本发明专利技术公开了一种基于裂隙应变恢复的地层三向应力测量方法和系统，涉及岩体应力测量技术领域，包括：测量待测地层温度，将待测地层的岩芯样本加工成岩石试件，并在岩石试件表面粘贴多组应变花；对岩石试件进行三轴等压循环加载试验，得到岩石试件的加卸载曲线；对加载曲线进行分解和基于待测地层温度的温度修正，计算多组应变花上的裂隙应变；基于裂隙应变，计算岩石试件的多个应变分量；基于多个应变分量，计算岩石试件的主裂隙应变的大小及方向，并将岩石试件的裂隙闭合应力时围压作为最大主应力；基于最大主应力和各向主应力比值关系，计算待测地层的三向应力。本发明专利技术缓解了现有技术存在的操作难度较大、测量结果误差较大的技术问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩体应力测量，特别是指一种基于裂隙应变恢复的地层三向应力测量方法和系统。
技术介绍
1、地应力是地层中天然赋存的应力，地应力测量是了解地层应力赋存状态和获取地应力参数的主要方法。深部的应力测量对地下岩体工程的设计及安全具有重要意义。
2、目前岩体地应力测量主要有套孔应力解除法、水压致裂法、声发射法、差应变曲线分析法等。但套孔应力解除法对成孔要求较高，且测量周期相对较长；水压致裂法只能测得二向应力，且对岩体均质性及完整性要求较高；声发射法不仅对岩体质量要求较高，且操作难度较大，应用较为局限；差应变曲线分析法虽然操作简便，但测量结果误差较大。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种基于裂隙应变恢复的地层三向应力测量方法和系统。所述技术方案如下：
2、一方面，提供了一种基于裂隙应变恢复的地层三向应力测量方法，所述方法包括：测量待测地层温度，将所述待测地层的岩芯样本加工成岩石试件，并在所述岩石试件表面粘贴多组应变花；对所述岩石试件进行三轴等压循环加载试验，得到所述岩石试件的加卸载曲线；对所述加载曲线进行分解和基于所述待测地层温度的温度修正，计算所述多组应变花上的裂隙应变；基于所述裂隙应变，计算所述岩石试件的多个应变分量；基于所述多个应变分量，计算所述岩石试件的主裂隙应变的大小及方向，并将所述岩石试件的裂隙闭合应力时围压作为最大主应力；基于所述最大主应力和各向主应力比值关系，计算所述待测地层的三向应力。
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p>3、进一步地，在将待测地层的岩芯样本加工成岩石试件之前，所述方法还包括：按照垂直于巷道走向方向在所述待测地层上钻深孔取芯，获取所述岩芯样本；所述岩芯样本的取样位置大于三倍巷道直径；记录所述岩芯样本所处的位置及深度。4、进一步地，所述岩石试件包括立方体试件或圆柱体试件；每组应变花包括四个应变片；在所述岩石试件表面粘贴多组应变花，包括：在所述立方体试件的共角的三个面上分别粘贴所述应变花，或在所述圆柱体试件的一个底面粘贴一组应变花和侧面粘贴两组应变花。
5、进一步地，对所述岩石试件进行三轴等压循环加载试验，包括：将所述岩石试样置于压力容器内，采用热缩橡胶套包裹，进行三轴等压循环加载试验。
6、进一步地，对所述加载曲线进行分解和基于所述待测地层温度的温度修正，计算所述多组应变花上的裂隙应变，包括：将所述加载曲线分解为岩石微颗粒形变、微孔隙应变和岩石取芯引起的原生及次生的裂隙应变；基于所述岩芯样本的温度修正系数与所述待测地层温度，对所述岩芯样本的弹性模量进行修正，得到修正之后的弹性模量；基于所述修正之后的弹性模量和所述加卸载曲线，计算所述裂隙应变；其中，所述修正之后的弹性模量包括：
7、
8、其中，v为泊松比，kt为所述修正之后的弹性模量，α1、α2、α3为通过室内实验获得的温度修正系数；与岩石种类有关；k为弹性体应变最大时曲线所对应的卸载切线模量；t为所述待测地层温度；所述裂隙应变包括：
9、
10、εvi为第i组应变片上限应力处的总应变，为第i组应变片完全卸载后的微孔隙应变，p为所施加的围压。
11、进一步地，基于所述裂隙应变，计算所述岩石试件的多个应变分量，包括：
12、
13、其中，εi′为第i支应变片测得的裂隙应变，i＝1，2……12；εx、εy、εz为三个方向的正应变值；γxy、γyz、γxz为三个平面上的切应变。
14、进一步地，所述主裂隙应变的分量计算算式包括：
15、
16、所述主裂隙应变的方向余弦包括：
17、
18、其中，
19、
20、εi为所述主裂隙应变，i＝1，2，3；li、mi、ωi为第i个主裂隙应变与x、y、z轴的方向余弦，i＝1，2，3。
21、进一步地，各向主应力比值关系，包括：
22、σ1:σ2:σ3＝[v(ε2+ε3)+(1-v)ε1]:[v(ε3+ε1)+(1-v)ε2]:[v(ε2+ε1)+(1-v)ε3]
23、其中，v为泊松比，σ1、σ2、σ3分别为三个方向的主应力。
24、另一方面，还提供了一种基于裂隙应变恢复的地层三向应力测量系统，包括：加工模块，试验模块，第一计算模块，第二计算模块，第三计算模块和第四计算模块；其中，所述加工模块，用于测量待测地层温度，将所述待测地层的岩芯样本加工成岩石试件，并在所述岩石试件表面粘贴多组应变花；所述试验模块，用于对所述岩石试件进行三轴等压循环加载试验，得到所述岩石试件的加卸载曲线；所述第一计算模块，用于对所述加载曲线进行分解和基于所述待测地层温度的温度修正，计算所述多组应变花上的裂隙应变；所述第二计算模块，用于基于所述裂隙应变，计算所述岩石试件的多个应变分量；所述第三计算模块，用于基于所述多个应变分量，计算所述岩石试件的主裂隙应变的大小及方向，并将所述岩石试件的裂隙闭合应力时围压作为最大主应力；所述第四计算模块，用于基于所述最大主应力和各向主应力比值关系，计算所述待测地层的三向应力。
25、另一方面，还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的方法。
26、本专利技术实施例提供了一种基于裂隙应变恢复的地层三向应力测量方法和系统，通过三轴等压循环加卸载曲线获取试样的裂隙应变值，消除了现有技术中依靠无裂隙石英玻璃应变补偿试件获取微颗粒形变所引起的误差，且本本专利技术考虑钻孔内外温差，使得测量结果更贴近岩石试件原位状态，测量方法相对简便且易于操作，结果更为精确，缓解了现有技术存在的操作难度较大、测量结果误差较大的技术问题。
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【技术保护点】
1.一种基于裂隙应变恢复的地层三向应力测量方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将待测地层的岩芯样本加工成岩石试件之前，所述方法还包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩石试件包括立方体试件或圆柱体试件；每组应变花包括四个应变片；在所述岩石试件表面粘贴多组应变花，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述岩石试件进行三轴等压循环加载试验，包括：将所述岩石试样置于压力容器内，采用热缩橡胶套包裹，进行三轴等压循环加载试验。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述加载曲线进行分解和基于所述待测地层温度的温度修正，计算所述多组应变花上的裂隙应变，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述裂隙应变，计算所述岩石试件的多个应变分量，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述主裂隙应变的分量计算算式包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，各向主应力比值关系，包括：
9.一种基于裂隙应变恢复的地层三向应力测量系统，其特征在于，包括：加工模块，试验模块，第一计算模块，第二计算模块，第三计算模块和第四计算模块；其中，
10.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-8任一项所述的方法。
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【技术特征摘要】
1.一种基于裂隙应变恢复的地层三向应力测量方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将待测地层的岩芯样本加工成岩石试件之前，所述方法还包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩石试件包括立方体试件或圆柱体试件；每组应变花包括四个应变片；在所述岩石试件表面粘贴多组应变花，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述岩石试件进行三轴等压循环加载试验，包括：将所述岩石试样置于压力容器内，采用热缩橡胶套包裹，进行三轴等压循环加载试验。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述加载曲线进行分解和基于所述待测地层温度的温度修正，计算所述多组应变花...
【专利技术属性】
技术研发人员：苗胜军，潘宝强，刘泽京，吴庚辰，张少宁，马渊凯，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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