(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211186394.5 (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 中国科学院武汉岩土力学研究所 地址 430071 湖北省武汉市武昌区水果湖 街小洪山2号 (72)发明人 秦雨樵　汤华　吴振君　葛修润　 张勇慧　袁从华　邓琴　尹小涛　 (74)专利代理 机构 武汉知伯乐知识产权代理有 限公司 42 282 专利代理师 赵伟红 (51)Int.Cl. G06F 17/15(2006.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 考虑不规则钻孔形状的应力解除法地应力 计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑不规则钻孔形状的 应力解除法地应力计算方法， 包括计算任意不规 则钻孔形状的映射函数表达式， 代入复变函数表 达式中分别推导平面应变条件下和反平面剪切 应变条件下远场地应力与钻孔孔壁应力关系， 获 得三维条件下三维地应力与孔壁应力之间的解 析表达式； 通过侧壁取芯开展岩体力学参数试 验， 结合三维条件下三维地应力与孔壁应力之间 的解析表达式获得不规则钻孔一点处任意方向 上的孔壁应变与远场地应力之间的解析表达式； 通过最小二乘法及不规则钻孔一点处任意方向 上的孔壁应变与远场地应力之间的解析表达式， 得到远场地应力分量大小； 能够解决现有应力解 除法测量 地应力时精确性差的问题。 权利要求书4页 说明书10页 附图3页 CN 115270062 A 2022.11.01 CN 115270062 A 1.一种考虑不规则钻孔形状的应力解除法地应力计算方法， 其特征在于， 包括如下步 骤： S1:获取钻孔真实形态； S2:根据钻孔真实形态计算任意 不规则钻孔形状的映射 函数表达式； S3:将任意不规则钻孔形状的映射函数表达式代入平面应变问题的复变函数表达 式中 推导并获得任意不规则钻孔形状的平面应变条件下远场地应力与钻孔孔壁应力之间的关 系式； S4:将任意不规则钻孔形状的映射函数表达式代入反平面剪切应变问题的复变函数表 达式中推导并获得任意不规则钻孔形状的反平面剪切应变条件下远场地应力与钻孔孔壁 应力之间的关系式； S5:结合步骤S3和步骤S4获得三维条件下三维地应力与孔 壁应力之间的解析表达式； S6： 采用侧壁取芯设备取出深部测试段岩芯； 开展岩体力学参数试验确定岩体变形参 数； 结合弹性力学应力应变本构方程、 岩体力学参数及三维条件下三维地应力与孔壁应力 之间的解析表达式推导得到不规则钻孔一点处任意方向上的孔壁应变与远场地应力之间 的解析表达式； S7： 采用局部壁面应力解除法设备在深钻孔中开展地应力测试， 获得孔壁处至少6个方 向上的应 变变化； S8： 通过最小二乘法及不规则钻孔一点处任意方向上的孔壁应变与远场 地应力之间的 解析表达式， 得到远场地应力分量大小。 2.根据权利要求1所述的考虑不规则钻孔形状的应力解除法地应力计算方法， 其特征 在于， 步骤S2中任意不规则钻孔形状的映射函数表达式采用洛朗级数形式,通过式 （1） 表 示： （1） 其中， 为实际坐标空间中的坐标复数表达形式； 为任意不规则钻孔形状的映 射函数； 为任意不规则钻孔形状在映射空间中坐标复数的表达形 式； R、 C1、 C2 …… 为k +1个实常数； 表示洛朗级数的第 项； 表示任意 不规则钻孔形状上的第 个点； 采用边界点搜索方法计算R、 C1、 C2 …… 这k+1个实常数的值并获得满足精度测试要 求的映射 函数表达式。 3.根据权利要求2所述的考虑不规则钻孔形状的应力解除法地应力计算方法， 其特征 在于:满足精度测试要求的映射 函数表达式的具体 计算包括如下步骤： S21:将单位圆平分为 段， 通过将单位圆上的任一点和其对应真实钻孔上的映射点进 行计算获得初始映射 函数表达式； S22:通过初始映射 函数表达式计算初始映射下的映射 点； S23:判断初始映射函数的精度是否满足测试要求； 精度满足测试要求则所求得的初始 映射函数即为所要求足够精确的映射 函数表达式； 如精度不满足测试要求， 则进行 下一步；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115270062 A 2S24:计算任意两个相邻点距离与映射孔形周长的比值， 确定各个映射点在 真实钻孔上 的相应位置， 并与单位圆上的点建立第二次映射表达式， 进行 下一步； S25:重复步骤S22～S24直到所需要的映射函数精度达到测试要求， 得到最终满足要求 的映射函数。 4.根据权利要求3所述的考虑不规则钻孔形状的应力解除法地应力计算方法， 其特征 在于， 映射 函数的精度计算 通过式 （2） 表示： （2） 其中， 为映射坐标空间中钻 孔边界处的坐标值； 为所有映射洞室上的映射点与真 实钻孔上相应映射 点距离的算 术平均值； 为真实钻孔 边界总长 。 5.根据权利要求1 ‑4中任一项所述的考虑不规则钻孔形状的应力解除法地应力 计算方 法， 其特征在于， 步骤S4中任意不规则钻孔形状的反平面剪切应变条件下远场地应力与钻 孔孔壁应力之间的关系式的获得包括： S41:构建反平面剪切应 变条件下钻孔 孔壁的应力函数表达式； S42:构建反平面剪切应 变条件下应力边界条件的应力函数表达式； S43:根据步骤S41和S42获得反平面剪切应变条件下远场地应力与钻孔孔壁应力之间 的关系表达式。 6.根据权利要求5所述的考虑不规则钻孔形状的应力解除法地应力计算方法， 其特征 在于， 反平面剪切应 变条件下钻孔 孔壁的应力函数的表达式通过式 （13） 和式 （14） 表示： （13） （14） 式中， 为实际坐标空间中的坐标复数表达形 式； 表示洛朗级数的第 项； 表示任 意不规则钻孔形状上的第 个点； 为第k点处与 相关的系数；  为孔壁在远场 xz 平面上的切应力；   为孔壁在远场yz平面上的切应力； 为叙述单位； 为按洛朗级 数 展开的系数项。 7.根据权利要求6所述的考虑不规则钻孔形状的应力解除法地应力计算方法， 其特征 在于， 反平面剪切应 变条件下应力边界条件的应力函数表达式通过式 （15） 表示： （15） 式中， 为反平面剪切应变条件下应力边界条件的应力函数； 为体积模量； 为微 分符号； 为任意不规则钻孔形状上的一段单位弧长； 为叙述单位； 为反平面剪切 应变条件下钻孔 孔壁的应力函数； 为函数 的共轭值。权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115270062 A 3