地质钻孔不规则程度的定量描述及其对柯西课题解的影响

目前,绝大多数在较深钻孔进行地应力原位测试方法均是基于无限大空间中圆孔孔壁处的应力解(柯西课题解)推导的。在地质钻孔中,一般很难保证孔壁完全接近圆形并且光滑,特别是在岩体条件较差的环境中,孔壁往往非常粗糙,并出现一定程度的扩孔现象。为了解决该问题,提出一种对地质钻孔不规则程度的定量描述体系,采用随机分形的方式,根据岩体力学中对经典粗糙节理的分形描述规律,得到一系列不同粗糙度的钻孔孔壁形态。并将其代入有限元计算中,其计算结果与柯西课题解比对,并用峰值拟合法对理论公式进行修正。研究得出:孔壁不规则程度可由粗糙度、扩孔率、偏心距离以及圆度等多个物理量进行衡量;应力、应变分量极易受到孔壁粗糙程度的影响,应力集中效应明显,而位移分量具有较好的稳定性;当孔壁形状的分辨率达到一定程度后,各分量的变化趋势趋于一致;拟合参数与地应力组合无关,具有较强的稳定性。经典的柯西课题解不适用于孔壁非常不规则的情况,在进行地应力计算前应当依据钻孔形态进行修正,以提高精确度。