570 北京科技大学学报 2004年第6期 E{(a,+o)+2(1-[a,-0s20- 3测量结果与分析 2tsin20]-vo) (1) 3.1应力解除实验结果 6=a-a+o】 (2) 根据各个测点的应力解除曲线，得到各个测 a=(1+v红cos9-tasin) (3) 点12个应变片的稳定值，如表1所示 E4s=2(ee+e,+8m) (4) 3.2各测点岩石弹性模量、泊松比和地应力计算 结果 式中，E,E,Gas,C135(C4)分别为周向，轴向，和Z轴 由表1中的应变值和由岩石物理力学性质实 成45°和135°夹角的应变片所测得的应变值，0为 电阻变化所在位置与X轴的夹角. 验测得的各测点的岩石弹性模量和泊松比，根据 式(1)(4)，即可求得各测点的地应力值.由于求k 21314 系数（化，k,k,k4)时需要知道E值，而求E值时需要 知道k系数值，同时由于岩体的非线性，E值又与 地应力大小有关，所以计算中采用双迭代的方法 求解，计算结果分别列于表2和表3中 电阻应变片排列位置 3.3地应力测量结果分析 从表3所示的4个测点的地应力数据，可以 D 6- 发现三山岛金矿采空区的地应力场分布特点为： (1)每个测点均有两个主应力接近水平方向，其 与水平面的夹角平均为12.0°，最大为21.3°，最小 4 为4.9°：另有一个主应力接近垂直方向，其与垂 45 B 12 直方向的夹角平均为17.9°，最大为24.3°，最小为 8.0°.(2)最大主应力位于近水平方向，其值远大 11 于自重应力，最大水平主应力的走向为北西西 2 6 10 向，与区域构造应力场中北北东向的新华夏系构 1一应变计电缆；2一安装杆；3一连接销；4,13一密封； 造体系的最大主应力的方向基本一致.说明矿区 5一环氧树脂；6一空腔，内装粘结剂；7一电阻应变花； 8一固定销；9一应变计与孔壁之间的空隙；10一活塞； 构造应力场是以新华夏系应力场为主的.(3)垂 11一岩石钻孔；12一出胶小孔；14一导向头 直主应力基本上等于或略小于上覆岩层的重力. 图1改进型空心包体应变计结构示意图 (4)通过对4个测点的应力值线性回归分析，得出 Fig.1 Structure of improved hollow inclusion cell 了最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应 表1各测点应变计测得的最终稳定应变值 Table 1 Strain values actually induced by stress relief 测点A0 As Bis B15 Cve Cu Cas C135 1 128 84 152 168144108 92108 48 116 88 116 2 94 240 278 416 406140 304152 252 158 148 284 3 132 252 170 442 488 198 470 456 324 320 286 384 4 100 122 166 68 206 154 136 154 114 82 188 132 表2各测点弹性模量E,泊松比μ和系数k Table 2 Young's modulus of elasticity,poisson's ratio and 力随深度变化的回归曲线方程如下， coefficient k at different measured points 最大水平主应力的回归方程为： 测点E/GPa v k, k =m=0.81+0.0449H (5) 1 48.360.251.0551.0831.0340.963 最小水平主应力的回归方程为： 267.660.241.0581.089 1.036 0.958 hmm=0.87+0.0231H (6) 347.900.241.0551.0831.034 0.959 垂直主应力值的回归方程为： 445.200.251.0541.0821.0340.964 0=0.28+0.0255H (7). 5 7 0 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 4 年 第 6 期 l 肠 二 了 、产、产、. 1 1今4 了.气. 、 {( ax + 巧) + 2 ( l 一 护) [(环 一 氏) e o s 2 0 一 2 场s in 2 0] 一 协} 。 · 音az[ 一 v (ax + 、 〕 、 一 音 ( , + v) (。 。。 s。 一 二 s in 。 (3 ) 、 5一 合 ( 。 口+ 。 + 、 (4 ) 式 中 , ` , 几 , 局 5 , 翻 。俩 5 ) 分 别 为 周 向 , 轴 向 , 和 Z 轴 成 45 “ 和 13 5 “ 夹 角 的应变 片所测 得 的应 变值 , 0为 电阻变 化 所在 位 置 与 X 轴 的夹 角 . 2 3 4 5 6 7 1 0 11 12 13 14 电阻应变片排列位 置 人 ō、2. 9 l l 3 测 量 结 果 与分 析 .3 1 应 力解除 实 验结 果 根据各 个 测 点 的应力 解 除 曲线 , 得 到 各个 测 点 12 个 应 变 片 的稳 定值 , 如 表 l 所 示 . 3 .2 各 测 点岩 石 弹 性模 量 、 泊松 比和地 应 力 计算 结果 由表 1 中的应 变值 和 由岩石 物 理力 学性 质 实 验测 得 的各 测 点 的岩石 弹性模量 和 泊松 比 , 根 据 式 ( 1卜(4 ) , 即可 求得 各 测 点 的地 应力 值 . 由于求 k 系数 k( 1 , 棍 , 丸 , 瓜)时 需要 知道 E 值 , 而求 E 值 时需 要 知道 k 系数 值 , 同时 由于 岩 体 的非 线 性 , E 值又 与 地应 力 大小 有关 , 所 以计算 中采 用 双迭 代 的方 法 求解 . 计 算 结果 分 别列 于 表 2 和 表 3 中 . .3 3 地 应 力测 量 结 果分 析 从表 3 所示 的 4 个 测 点 的地 应力 数 据 , 可 以 发现三 山岛金矿 采 空 区的地 应 力场 分布 特点 为 : ( l) 每 个 测 点均 有 两个 主 应 力接 近 水平 方 向 , 其 与 水平 面 的夹 角 平均 为 12 .0 “ , 最大 为 21 . 3 “ , 最 小 为 .4 90 ; 另有 一个 主 应 力接 近 垂 直 方 向 , 其 与 垂 直方 向 的夹 角平 均 为 17 . 90 , 最 大 为 24 .3 “ , 最 小 为 .8 0 . (2 ) 最 大 主应 力 位 于近 水 平 方 向 , 其值 远 大 于 自重 应 力 . 最 大 水 平 主 应 力 的 走 向为 北 西 西 向 , 与 区域 构造 应 力场 中北北 东 向 的新华 夏系 构 造体 系 的最 大主 应 力 的方 向基本 一 致 . 说 明矿 区 构造 应 力 场 是 以新 华 夏系 应 力场 为 主 的 . (3) 垂 直主 应 力基 本上 等 于或 略 小于上 覆 岩层 的重力 . (4 )通 过对 4 个 测 点 的应力 值 线性 回归分 析 , 得 出 了最 大水 平 主应 力 、 最 小水 平主 应 力和 垂直 主 应 B 罗、. 6 勘A J 了曰 , 5 瀚式 7 3 甲 2 1一应 变计 电缆 ; 2一 安装 杆 ; 3一连 接 销 ; 4 , 13 一密封 ; 5一环 氧树 脂 ; 6一空 腔 , 内装 粘结 剂 ; 7一电阻 应变 花 ; 8一固定 销 ; 9一应 变计 与 孔壁 之 间的空 隙; 10 一活 塞 ; 1 一岩 石钻 孔 ; 12一 出胶 小孔 ;l 4一 - 导 向头 图 1 改进 型 空心 包体 应 变计 结构 示意 图 F ig · 1 S t r u c tU cr o f im P vor e d h o l o w in c lu s i o n e e l 表 1 各测 点应 变 计测 得 的最终 稳 定应 变值 aT b l e 1 S t r a i n v a l u e s a e t u a ly i n d u e e d 勿 s t r e s s er il e f 测 点 A 90 A 。 成 , A 1 3, 刀卯 B 。 B 一35 C o s 2 04 八J ,2 1一汉ù1 内0 ù、 月且. 弓`,J ,ù. 氏一8 凸`入OUé 4 0八ù 曰 2 ,且 . 1 20 Qnn , 曰 王:lP。引犯2(l( 凡一92 一C,048 弓石 4 勺ō 片月 2 , `月,j 1 ,1 10 8 15 2 4 5 6 1 5 4 40 `U 0 门内z 内ù、 ù、 4 ,1 表 2 各 测点 弹性 模 量E, 泊松 比产 和 系数 k aT b l e 2 OY u n g , 5 m o d u lu s o f e la s it e ify , P o is s o n , s r a t io a n d c o e m e le n t k a t d i们er er n t m e a s u er d P o i n st 测 点 E/ G P a v k l 棍 凡 权 1 4 8 . 3 6 0 . 2 5 1 . 0 5 5 1 . 0 8 3 1 . 0 3 4 0 . 9 6 3 2 6 7 . 6 6 0 . 2 4 1 . 0 5 8 1 0 8 9 1 . 0 3 6 0 . 9 5 8 3 4 7 . 9 0 0 . 2 4 1 . 0 5 5 1 0 8 3 1 . 0 3 4 0 . 9 5 9 4 4 5 , 2 0 0 . 2 5 1 . 0 5 4 1 . 0 8 2 1 . 0 3 4 0 . 9 6 4 力随 深度 变 化 的 回归 曲线方 程 如 下 . 最 大水 平 主 应 力 的回 归 方程 为 : 氏~ = .0 8 1 十 .0 0 4 4 9 H 最 小水 平 主 应 力 的回 归 方程 为 : 氏 m in = 0 . 87 + 0 . 0 2 3 1H 垂 直主 应 力 值 的 回归 方程 为 : 氏 = 0 . 2 8 + 0 . 0 2 5 5 H ( 5 ) ( 6 ) ( 7 )