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1、第31卷第1期大地测量与地球动力学Vol.31No.12011年2月JOURNALOFGEODESYANDGEODYNAMICSFeb.,2011文章编号:167125942(2011)01200342063钻孔应变观测影响因素的数值模拟分析李玉江陆远忠陈连旺詹自敏叶际阳(中国地震局地壳应力研究所,北京100085)摘要利用有限元数值模拟方法,研究在非均匀地应力作用下,钻孔开挖前后区域应力场的变化特征,并探讨钻孔开挖后岩石、水泥、探头的弹性模量、泊松比及水泥的厚度与膨胀系数的变化对分量应变及面应变观测的影响。研究结
2、果表明:钻孔开挖造成区域应力场扰动的范围大概为1.5倍孔径。在“探头2水泥环2围岩”系统中,各参数的变化对应变观测的影响程度不同,但分量应变对外界载荷的响应趋势基本一致。在均匀地应力作用下,水泥厚度对应变的影响与水泥的弹性模量有关,且随着水泥膨胀系数的增加,面应变存在减小的趋势。关键词分量应变;应力场;弹性模量;面应变;数值模拟中图分类号:P315.72;TH762文献标识码:ANUMERICALSIMULATIONOFAFFECTINGFACTORSONBOREHOLESTRAIN2METEROBSERVATIO
3、NLiYujiang,LuYuanzhong,ChenLianwang,ZhanZiminandYeJiyang(InstituteofCrustalDynamics,CEA,Beijing100085)AbstractOnthebasisofthe“casing2cementsheath2formation”system,thethreedimensionalfiniteelementmodelwasbuilt.Withthismodel,andunderthenon2uniformstresscondition
4、s,thestresschangecharacteristicsbeforeandaftertheboreholedrillingwerestudiedandtheeffectsofthechangesoftheelasticmodulusoftherock,cementandsondecasing,thePoissonratio,thecementthicknessandtheexpansioncoefficientofthesystemonthecomponentstrainandplanestrainafte
5、rdrillingwereinquiredaswell.Theresultsindicatethattheinfluenceinci2dencefromtheboreholedrillingisprobably1.5timesasbigastheaperture.Theinfluenceofeachparameter’schangeonthestrainisdifferent,whereasthecomponentstrainresponsetrendtotheexteriorloadisprimarilyalik
6、e.Otherwise,undertheuniformstressconditions,theeffectofthecementthicknessonthestrainisrelatedtothece2mentelasticmodulus,buttheplanestrainisofnegativecorrelationwiththeexpansioncoefficient.Keywords:componentstrain;stressfield;elasticmodulus;planestrain;numerica
7、lsimulation但对短期连续地壳形变的监测还无法实现。钻孔应1引言变仪的应用为我们开展小区域精细的、连续的应变[1]以GPS为主要手段的“中国地壳运动观测网场微变化研究提供了基础。络”对中国大陆长周期、大范围的形变实现了监测,钻孔应变仪的广泛布设,获得了丰富的观测资3收稿日期:2010208217基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务专项(ZDJ2009-13,ZDJ2010-12)作者简介:李玉江,男,1982年生,研习员,主要从事应力应变场方面的数值模拟研究.E-mail:honylee@yahoo.
8、com.cn第1期李玉江等:钻孔应变观测影响因素的数值模拟分析35料,但是更多地是应用钻孔应变的观测资料去开展纵向上约束;2)分别定义围岩、水泥、探头、杆的弹[2-9]相关的研究。而对于影响资料本身的区域地质性模量和泊松比为E1、E2、E3、E4与ν1、ν2、ν3、ν4;3)构造条件、探头材料、固结水泥的物性参数及厚度、应变e1、e2、e3、e4分别为分量应
