利用室內和現場水壓致裂試驗聯合確定地應力與巖石抗拉強度

作者：王成虎,高桂云,王洪,王璞

摘要：鉆桿式水壓致裂原地應力測試系統的柔性會影響最大水平主應力的計算精度。利用空心巖柱液壓致裂試驗獲得的巖石抗拉強度來取代重張壓力計算最大水平主應力是降低鉆桿式測試系統柔性的負面影響的重要途徑。在福建某隧道深度為65 m的鉆孔內開展了8段的高質量水壓致裂原地應力測試,隨后利用鉆孔所揭露的完整巖芯開展了17個巖樣的空心巖柱液壓致裂試驗。利用空心巖柱液壓致裂所得的抗拉強度平均值為8.40 MPa,與經典水壓致裂法確定的巖體抗拉強度8.22 MPa接近。對于20 m的范圍內8個測段的原地應力量值,最小水平主應力平均值為8.41 MPa,基于重張壓力Pr的最大水平主應力平均值為16.70 MPa;基于空心巖柱抗拉強度的最大水平主應力量值平均值為16.88 MPa,兩種方法獲得的最大水平主應力平均值基本一致。最大最小水平主應力與垂直主應力之間的關系表現為σH>σV>σh,這種應力狀態有利于區域走滑斷層活動。通過對比分析可知,對于鉆桿式水壓致裂原地應力測試系統,當測試深度小且測試系統柔性小時,基于重張壓力和基于空心巖柱抗拉強度得到的最大水平主應力量值差別不大,這說明基于空心巖柱的巖石抗拉強度完全可以用于水壓致裂最大水平主應力的計算,同時基于微小系統柔性的水壓致裂測試系統獲得的現場巖體強度也是可靠的。

發文機構：中國地震局地殼應力研究所地殼動力學實驗室

關鍵詞：水壓致裂地應力測量空心巖柱試驗巖石抗拉強度最大水平主應力hydraulic fracturingin-situ stress measurementhollow cylinder testtensile strength of rocksmaximum horizontal principal stress

分類號： TU45[建筑科學—巖土工程][建筑科學—土工工程]