巖芯餅化的巖餅厚度與地應(yīng)力之間的關(guān)系

曾冬霞

摘 要：文章中主要的應(yīng)用點(diǎn)算以及實(shí)驗(yàn)的方法，找出了單項(xiàng)水平方向上的地應(yīng)力在地芯中進(jìn)行影響的范圍以及在地心中分布的規(guī)律等，最后得出了結(jié)論。其結(jié)論就是在地應(yīng)力進(jìn)行釋放之后，在巖芯中的殘留地應(yīng)力的范圍的空間殼體的面，作出了巖芯中儲(chǔ)存的殘留應(yīng)力體積的假設(shè)，最后提出了巖芯餅化的巖餅厚度與地應(yīng)力之間的關(guān)系。根據(jù)上述的兩種方法，可以算出任何巖石餅化的單向水平臨界地應(yīng)力和任何巖芯餅化地區(qū)地應(yīng)力的大小關(guān)系。

關(guān)鍵詞：巖芯餅化；地應(yīng)力；電算試驗(yàn)；電測試驗(yàn)

前言

根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，在我國的二灘電站、映秀灣電站以及三峽壩區(qū)等地應(yīng)力高的地區(qū)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生“巖芯餅化”或者是“巖爆”的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象不僅僅發(fā)生在國內(nèi)，同時(shí)在國外的一些國家和地區(qū)，如瑞典福斯瑪克核電站等等。在這些地區(qū)的地應(yīng)力，都是非常高的，在一般情況下，是極其不容易測得。本文利用研究鉆探中取出巖餅的方式，推算出在于地應(yīng)力高的地區(qū)的地應(yīng)力方法。

為了測定巖芯餅化的巖餅厚度與地應(yīng)力之間的關(guān)系，本文采用了電算試驗(yàn)以及電測的方法，研究了巖芯中地應(yīng)力的作用，在此基礎(chǔ)之上，得出了地應(yīng)力在再新的波及范圍以及分布的規(guī)律，并由此推導(dǎo)出了地應(yīng)力與巖餅厚度的關(guān)系式，并最終判斷出各類巖石巖芯漿化的臨界地應(yīng)力，同時(shí)也由巖餅厚度計(jì)算出了相應(yīng)的地應(yīng)力的大小。

1 電測試驗(yàn)

電測試驗(yàn)是在平面問題上進(jìn)行思考以及試驗(yàn)的，是直接利用巖石進(jìn)行測量的，分別使用大理石以及正長巖作為進(jìn)行試驗(yàn)的試件，之后將電阻片安裝上，最后置于材料的試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行加載測量試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，便可以利用應(yīng)變的儀器測出應(yīng)變，并換算成應(yīng)力，既可以計(jì)算出了。

大理石的試件尺寸在以下可以展示出來，大概寬是10cm，高15cm，以及厚度大概是3cm。對于大理石的應(yīng)力進(jìn)行測定，最后得出的結(jié)果就是，正長巖的t0=0.35，大理石時(shí)間t0=0.38，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)最終波及的高度與地應(yīng)力無關(guān)。

2 電算試驗(yàn)

電算則是在三維立體的基礎(chǔ)上進(jìn)行試驗(yàn)的，根據(jù)設(shè)定，巖芯的直徑我們都取10cm，在一厘米的范圍內(nèi)進(jìn)行鉆縫。再取巖層時(shí)要注意在地應(yīng)力場中的某一深度提取。加入鉆進(jìn)巖層的深度為12厘米，那么就應(yīng)該在該深度上地應(yīng)力就被解除了。但是鉆縫之外的石頭仍然存在地應(yīng)力，取寬度按照孔口應(yīng)力集中影響的范圍是2.5倍的直徑進(jìn)行思考，大約是30cm。因?yàn)槭窃谌S的基礎(chǔ)上進(jìn)行考慮的，因此，因?yàn)樵谌S的結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)對稱的形式，所以地應(yīng)力毫無疑問也應(yīng)該是對稱的，所以在計(jì)算的時(shí)候我們?nèi)∑渲械?/4就可以了。

最后進(jìn)行分析，我們可以得出：假如沒有了地應(yīng)力之后，殘留在巖芯中的水平地應(yīng)力在中心軸波及的高度比實(shí)驗(yàn)值要稍微的大一些，如果地應(yīng)力稍微削弱，巖芯中殘留的地應(yīng)力就非常的接近實(shí)驗(yàn)值了。

3 巖芯餅化應(yīng)力公式的推導(dǎo)

3.1 利用假想法實(shí)驗(yàn)法

為了使推導(dǎo)的過程變得容易，巖芯中殘余的地應(yīng)力體積相等，所以我們就要簡化巖芯中殘余的地應(yīng)力范圍曲線，最終計(jì)算出折現(xiàn)旋轉(zhuǎn)體積。第一，應(yīng)確定臺(tái)體的高度t。把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為依據(jù)，確定臺(tái)體之后最終確定出體高t，大概是直徑的0.35倍，這就是實(shí)驗(yàn)值得下限，所以這就作為了選擇的標(biāo)準(zhǔn)，只有按照此辦法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測出的殼體體積和臺(tái)體才會(huì)更為相近；第二，開始進(jìn)行確定臺(tái)體的底部直徑為D，即與巖芯直徑相同；最后就是，對于最終的臺(tái)體頂部直徑進(jìn)行確定，在底部直徑和臺(tái)體高確定的情況下， 使得臺(tái)體的體積最終等于一個(gè)確定的殼體體積， 由此便可以推算出臺(tái)體頂部直徑了。

3.2 巖餅厚度與地應(yīng)力的關(guān)系式

這就是地應(yīng)力與巖餅厚度的關(guān)系式。式中；

？滓-水平地力，

tn-巖石抗剪斷強(qiáng)度；

t-巖餅.厚度， 應(yīng)用時(shí)將t 折算為巖講直徑的倍數(shù)；

D-巖講的平均直徑。

式（3） 適用于單向或基本上是單向水平地應(yīng)力的計(jì)算公式， 根據(jù)式（3）可求得任何巖漿厚度的地應(yīng)力。如果巖餅厚度t=0.35D時(shí)代入式（3），可以得到與式（2）完全相同的臨界地應(yīng)力計(jì)算公式。雖然在我國以及國外的許多國家也都存在這種地區(qū)，對于這些地區(qū)已經(jīng)測得的資料不少， 但是， 同時(shí)得到巖餅，且又實(shí)測出地應(yīng)力的資料極少。實(shí)測地應(yīng)力資料， 較大的水平地應(yīng)力為6，較小的水平地應(yīng)力為259。巖餅： 直徑D=11.27厘米， 厚度t=2.5厘米。按正長巖砂=200公斤/平方厘米 ，計(jì)算得到應(yīng)力614.7。與實(shí)測的較大水平地應(yīng)力有些差別， 這種差別的原因可能是由于二灘實(shí)際地應(yīng)力并非單向狀態(tài)之故。

4 結(jié)束語

首先得到的就是巖芯餅化的臨界地應(yīng)力與巖石的抗剪斷能力的關(guān)系，前者大約是后者的三倍，但是臨界的地應(yīng)力與巖石的抗壓能力以及鉆孔直徑也是沒有任何關(guān)系的。巖餅的最大厚度絕對不超過巖芯的0.35倍。

其次就是巖餅的地應(yīng)力越大，巖餅也就越薄，地應(yīng)力越小，巖餅也越厚，這之間是成反比關(guān)系的。

最后就是，二灘電站壩區(qū)的正長巖的巖芯進(jìn)行餅化的臨界地應(yīng)力是每平方厘米在600公斤左右，巖餅餅化層的地應(yīng)力應(yīng)該是在600公斤每平方厘米以上。

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