关键词:
采矿工程
地应力
应力解除
偏心圆
弹性模量率定
解析解
摘要:
应力解除法地应力测量中套孔岩芯普遍存在偏心,导致弹性模量率定产生显著误差,严重影响地应力测试准确性。利用双极坐标系下偏心圆环模型和广义胡克定律,基于偏心圆的应力和应变解,获得基于平面应力条件的偏心岩芯弹性模量率定解析,提出偏心岩芯内、外侧加压方式下的弹性模量率定系数和含空心包体偏心岩芯的近似修正系数,并采用数值模拟方法进行分析和验证,结果表明:(1)所提弹性模量率定解显著提高了偏心岩芯弹性模量率定的准确性,当岩芯偏心比为0.6时,单应变花和三应变花测量下该解的最大率定误差分别为2.7%和1.1%,比同心岩芯的弹性模量率定解分别降低了16.5%和11.7%;(2)偏心岩芯薄壁侧的弹性模量率定受偏心影响显著,当岩芯偏心比为0.2~0.6时,弹性模量率定系数在厚壁侧取2.14~2.15,仅变化0.5%,而在薄壁侧取2.20~2.47,变化了12.3%;(3)弹性模量率定系数随半径比增大在偏心岩芯厚壁侧减小、薄壁侧增大,对于偏心比为0.6、半径比由0.3增至0.7的偏心岩芯,其弹性模量率定系数与岩芯同心时相比,在岩芯厚壁侧由减小1.2%增至19.8%,在薄壁侧由增大16.5%增至83.8%;(4)所提近似修正系数能够有效降低含空心包体偏心岩芯的率定误差,尤其在其偏心比小于0.5时,率定误差始终保持在2%以下。研究结果可为应力解除法地应力测量中偏心套孔岩芯弹性模量率定和地应力精确计算提供理论指导。