工學(xué)第四章巖體地應(yīng)力及其測(cè)量方法課件

第四章

巖體地應(yīng)力及其測(cè)量方法土木建筑學(xué)院榮傳新第四章

巖體地應(yīng)力及其1本章內(nèi)容：4.1概述4.2地應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律4.3高地應(yīng)力區(qū)特征4.4地應(yīng)力測(cè)量方法授課學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí)本章內(nèi)容：4.1概述2§4-1概述

1、基本概念原巖：未經(jīng)工程開(kāi)挖而又不受開(kāi)挖影響仍處于自然平衡狀態(tài)的巖體，稱(chēng)為原巖。圍巖：受工程開(kāi)挖影響應(yīng)力發(fā)生重新分布的巖體，稱(chēng)為圍巖。原巖應(yīng)力：原巖中天然賦存的應(yīng)力稱(chēng)為原巖應(yīng)力，又稱(chēng)為地應(yīng)力。

原巖應(yīng)力場(chǎng)：原巖應(yīng)力在巖體空間有規(guī)律的分布狀態(tài)稱(chēng)為原巖應(yīng)力場(chǎng)，又稱(chēng)為地應(yīng)力場(chǎng)。即未經(jīng)采動(dòng)的巖體在天然狀態(tài)下所具有的應(yīng)力狀態(tài)?！?-1概述

1、基本概念原巖：未經(jīng)工程開(kāi)挖而又3自重應(yīng)力：地殼上部各種巖體由于受到地心引力的作用而產(chǎn)生的應(yīng)力。它是由巖體自重引起的。自重應(yīng)力場(chǎng)：自重應(yīng)力在空間有規(guī)律的分布狀態(tài)稱(chēng)為自重應(yīng)力場(chǎng)。構(gòu)造應(yīng)力：由地質(zhì)構(gòu)造作用產(chǎn)生的應(yīng)力稱(chēng)為構(gòu)造應(yīng)力?；虻貧ぶ虚L(zhǎng)期存在著一種促使構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生和發(fā)展的內(nèi)在力量，這就是構(gòu)造應(yīng)力。構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)：構(gòu)造應(yīng)力在空間有規(guī)律的分布狀態(tài)稱(chēng)為構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。1基本概念自重應(yīng)力：地殼上部各種巖體由于受到地心引力的作用而產(chǎn)生的應(yīng)力4誘導(dǎo)應(yīng)力（二次應(yīng)力）:巖體開(kāi)挖擾動(dòng)了原巖的自然平衡狀態(tài)，使一定范圍內(nèi)的原巖應(yīng)力發(fā)生變化，變化后的應(yīng)力稱(chēng)為誘導(dǎo)應(yīng)力或二次應(yīng)力。原巖應(yīng)力≈自重應(yīng)力＋構(gòu)造應(yīng)力

迄今為止，對(duì)原巖應(yīng)力還無(wú)法進(jìn)行較完善的理論計(jì)算，而只能依靠實(shí)際測(cè)量來(lái)建立巖體中初始應(yīng)力狀態(tài)。

1基本概念誘導(dǎo)應(yīng)力（二次應(yīng)力）:巖體開(kāi)挖擾動(dòng)了原巖的自然平衡狀態(tài)，使一52、地應(yīng)力的成因、組成成分和影響因素一、地應(yīng)力的成因(1)大陸板塊邊界受壓引起的應(yīng)力場(chǎng)(2)地幔熱對(duì)流引起的應(yīng)力場(chǎng)(3)由地心引力引起的應(yīng)力場(chǎng)(4)巖漿侵入引起的應(yīng)力場(chǎng)(5)地溫梯度引起的應(yīng)力場(chǎng)(6)地表剝蝕產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)2、地應(yīng)力的成因、組成成分和影響因素一、地應(yīng)力的成因6二、自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力（1）巖體的自重應(yīng)力在均勻巖體中，深度為z處的巖體的豎向自重應(yīng)力為：在半無(wú)限體中任一微元體上的正應(yīng)力均為主應(yīng)力，且有二、自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力在半無(wú)限體中任一微元體上的正應(yīng)力均為主7得：其中λ為巖體靜止側(cè)壓力系數(shù)。根據(jù)虎克定律：得：其中λ為巖體靜止側(cè)壓力系數(shù)。根據(jù)虎克定律：8在均勻巖體中，巖體的自重初始應(yīng)力狀態(tài)為：在均勻巖體中，巖體的自重初始應(yīng)力狀態(tài)為：9對(duì)于均質(zhì)成層巖體：對(duì)于均質(zhì)成層巖體：10對(duì)于各向異性體，例如薄層狀沉積巖：則有：對(duì)于各向異性體，例如薄層狀沉積巖：則有：11巖體自重應(yīng)力的特點(diǎn)：（a）水平應(yīng)力σx、σy小于垂直應(yīng)力σz；（b）σx、σy、σz均為壓應(yīng)力；（c）σz只與巖體密度和深度有關(guān)，而σx、σy還同時(shí)與巖體彈性常數(shù)E、μ有關(guān)；（d）結(jié)構(gòu)面影響巖體自重應(yīng)力分布。巖體自重應(yīng)力的特點(diǎn)：12在地殼淺部，可認(rèn)為巖體處于彈性狀態(tài)，μ=0.20~0.35,在深部，巖體轉(zhuǎn)入塑性狀態(tài)，μ=0.50，λ＝1，則有：σx=σy=σz＝γz各向等壓的應(yīng)力狀態(tài)，又稱(chēng)為靜水壓力狀態(tài)。著名的海姆假說(shuō)（瑞士地質(zhì)學(xué)家1878）在地殼淺部，可認(rèn)為巖體處于彈性狀態(tài)，μ=0.20~0.35,13（2）構(gòu)造應(yīng)力a、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的概念

構(gòu)造應(yīng)力：由地質(zhì)構(gòu)造作用產(chǎn)生的應(yīng)力稱(chēng)為構(gòu)造應(yīng)力。或地殼中長(zhǎng)期存在著一種促使構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生和發(fā)展的內(nèi)在力量，這就是構(gòu)造應(yīng)力。巖體構(gòu)造應(yīng)力是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中積累或剩余的一種分布力。構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中積累或剩余的一種應(yīng)力場(chǎng)，相對(duì)于人類(lèi)活動(dòng)時(shí)期而言，除構(gòu)造活動(dòng)區(qū)外，它是剩余應(yīng)力場(chǎng)。（2）構(gòu)造應(yīng)力a、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的概念14b、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的起因地質(zhì)學(xué)家分析地球表層（包括地殼和地幔）結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律和發(fā)展，提出了各種大地構(gòu)造學(xué)說(shuō)，最具代表的是地質(zhì)力學(xué)學(xué)說(shuō)和板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)。(a)、地質(zhì)力學(xué)學(xué)說(shuō)該學(xué)說(shuō)認(rèn)為地球自轉(zhuǎn)速度的變化產(chǎn)生兩種推動(dòng)地殼運(yùn)動(dòng)的力：一種是經(jīng)向水平離心力；一種是緯向水平慣性力。這兩種力是引起地殼巖體中出現(xiàn)構(gòu)造應(yīng)力的根本原因。大量的實(shí)測(cè)資料說(shuō)明巖體中水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力，說(shuō)明構(gòu)造應(yīng)力以水平應(yīng)力為主。(b)、板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)該學(xué)說(shuō)認(rèn)為板塊運(yùn)動(dòng)的核心是海底擴(kuò)張。海底擴(kuò)張是由于地幔對(duì)流引起的。b、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的起因地質(zhì)學(xué)家分析地球表層（包括15§4-2地應(yīng)力分布規(guī)律目前，原巖應(yīng)力的實(shí)測(cè)深度達(dá)3000m。在這一深度內(nèi)，原巖應(yīng)力變化規(guī)律大致可歸納為以下幾點(diǎn)：一、原巖應(yīng)力場(chǎng)是相對(duì)穩(wěn)定的非穩(wěn)定場(chǎng),它是時(shí)間和空間的函數(shù).二、實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力σv基本上等于上覆巖層的重力在25～2700m深度內(nèi)，σv隨深度線性增加，大致相當(dāng)于按平均重度γ=27kN/m3計(jì)算出來(lái)的重力γH,即σv＝27H。三、水平應(yīng)力σH普遍大于垂直應(yīng)力σv,即側(cè)壓力系數(shù)λ＝σH/σv

>1;§4-2地應(yīng)力分布規(guī)律目前，原巖應(yīng)力的實(shí)測(cè)深度達(dá)3000m16

四、平均水平應(yīng)力σH與垂直應(yīng)力σv的比值隨深度增加而減小。五、最大、最小水平主應(yīng)力隨深度線性增加：σHmax＝6.7＋0.0444H(Mpa)σHmin＝0.8＋0.0329H(Mpa)六、兩個(gè)水平應(yīng)力的關(guān)系一般有五、最大、最小水平主應(yīng)力隨深度線性增加：17七、地應(yīng)力的分布規(guī)律還受地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體力學(xué)性質(zhì)、溫度、地下水等因素的影響，特別是地形和斷層的擾動(dòng)影響最大。地形：谷底是應(yīng)力集中部位，最大主應(yīng)力在谷底或河床中心近于水平，在岸坡則向谷底或河床傾斜，大致與坡面平行；斷層和結(jié)構(gòu)面附近是應(yīng)力降低區(qū)，斷層端部、拐角處應(yīng)力集中區(qū)，主應(yīng)力方向大多平行或垂直于斷層走向。七、地應(yīng)力的分布規(guī)律還受地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu)特征、18§4-3高地應(yīng)力區(qū)特征4.3.1高地應(yīng)力判別準(zhǔn)則和高地應(yīng)力現(xiàn)象1．高地應(yīng)力判別準(zhǔn)則高地應(yīng)力是一個(gè)相對(duì)的概念。由于不同巖石具有不同的彈性模量，巖石的儲(chǔ)能性能也不同。一般來(lái)說(shuō)，地區(qū)初始地應(yīng)力大小與該地區(qū)巖體的變形特性有關(guān)，巖質(zhì)堅(jiān)硬，則儲(chǔ)存彈性能多，地應(yīng)力也大。因此高地應(yīng)力是相對(duì)于圍巖強(qiáng)度而言的。也就是說(shuō)，當(dāng)圍巖內(nèi)部的最大地應(yīng)力與圍巖強(qiáng)度(Rb)的比值達(dá)到某一水平時(shí)，才能稱(chēng)為高地應(yīng)力或極高地應(yīng)力。即§4-3高地應(yīng)力區(qū)特征4.3.1高地應(yīng)力判別準(zhǔn)則和高地19[工學(xué)]第四章巖體地應(yīng)力及其測(cè)量方法課件202、高地應(yīng)力現(xiàn)象（1）巖芯餅化現(xiàn)象（2）巖爆。在巖性堅(jiān)硬完整或較完整的高地應(yīng)力地區(qū)開(kāi)挖隧洞或探洞的過(guò)程中時(shí)有巖爆發(fā)生。巖爆是巖石被擠壓到彈性限度，巖體內(nèi)積聚的能量突然釋放所造成的一種巖石破壞現(xiàn)象。2、高地應(yīng)力現(xiàn)象21(3)探洞和地下隧洞的洞壁產(chǎn)生剝離，巖體錘擊為嘶啞聲并有較大變形，在中等強(qiáng)度以下的巖體中開(kāi)挖探洞或隧洞，高地應(yīng)力狀況不會(huì)像巖爆那樣劇烈，洞壁巖體產(chǎn)生剝離現(xiàn)象．有時(shí)裂縫一直延伸到巖體淺層內(nèi)部，錘擊時(shí)有破啞聲。在軟質(zhì)巖體中洞體則產(chǎn)生較大的變形，位移顯著，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，洞徑明顯縮小。(4)巖質(zhì)基坑底部隆起、剝離以及回彈錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。在堅(jiān)硬巖體表面開(kāi)挖基坑或槽，在開(kāi)挖過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生坑底突然隆起、斷裂，并伴有響聲；或在基坑底部產(chǎn)生隆起剝離。在巖體中，如有軟弱夾層，則會(huì)在基坑斜坡上出現(xiàn)回彈錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。(3)探洞和地下隧洞的洞壁產(chǎn)生剝離，巖體錘擊為嘶啞聲并有較22(5)野外原位測(cè)試測(cè)得的巖體物理力學(xué)指標(biāo)比實(shí)驗(yàn)室?guī)r塊試驗(yàn)結(jié)果高。(5)野外原位測(cè)試測(cè)得的巖體物理力學(xué)指標(biāo)比實(shí)驗(yàn)室?guī)r塊試驗(yàn)結(jié)果234.3.2巖爆及其防治措施圍巖處于高應(yīng)力場(chǎng)條件下所產(chǎn)生的巖片(塊)飛射拋撤，以及洞壁片狀剝落等現(xiàn)象叫巖爆。巖體內(nèi)開(kāi)挖地下廠房、隧道、礦山地下巷道、采場(chǎng)等地下工程，引起挖空區(qū)圍巖應(yīng)力重新分布和集中，當(dāng)應(yīng)力集中到一定程度后就有可能產(chǎn)生巖爆。在地下工程開(kāi)挖過(guò)程中，巖爆是圍巖各種失穩(wěn)現(xiàn)象中反映最強(qiáng)烈的一種。它是地下施工的一大地質(zhì)災(zāi)害。由于它的突發(fā)性，在地下工程中對(duì)施工人員和施工設(shè)備威脅最嚴(yán)重。如果處理不當(dāng)，就會(huì)給施工安全、巖體及建筑物的穩(wěn)定帶來(lái)很多困難，甚至?xí)斐芍卮蠊こ淌鹿?。由于巖爆是極為復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象，至今對(duì)地下工程中巖爆的形成條件及機(jī)理還沒(méi)有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。有的學(xué)者認(rèn)為巖爆是受剪破裂；也有的學(xué)者根據(jù)自己的觀察和試驗(yàn)結(jié)果得出張破裂的結(jié)論；還有一種觀點(diǎn)把產(chǎn)生巖爆的巖體破壞過(guò)程分為：劈裂成板條、剪(折)斷成塊、塊片彈射三個(gè)階段式破壞。4.3.2巖爆及其防治措施圍巖處于高應(yīng)力場(chǎng)條件下所產(chǎn)生的241.巖爆的類(lèi)型、性質(zhì)和特點(diǎn)巖爆的特征可從多個(gè)角度去描述，目前主要是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查所得到的巖爆特征，考慮巖爆危害方式、危害程度以及對(duì)其防治對(duì)策等因素，分為破裂松脫型、爆裂彈射型、爆炸拋射型。(1)破裂松脫型圍巖成塊狀、板狀、鱗片狀，爆裂聲響微弱，彈射距離很小，巖壁上形成破裂坑，破裂坑的深度主要受?chē)鷰r應(yīng)力和強(qiáng)度的控制。(2)爆裂彈射型巖片彈射及巖粉噴射，爆裂聲響如同槍聲、彈射巖片體積一般不超過(guò)0.33m3，直徑5~10cm。洞室開(kāi)鑿后，一般出現(xiàn)片狀巖石彈射、崩落或成筍皮狀的薄片剝落，巖片的彈射距離一般為2~5m。巖塊多為中間厚，周邊薄的菱形巖片。(3)爆炸拋射型巖爆發(fā)生時(shí)巨石拋射，其聲響如同炮彈爆炸，拋射巖塊的體積數(shù)立方米到數(shù)十立方米，拋射距離幾米到十幾米。1.巖爆的類(lèi)型、性質(zhì)和特點(diǎn)25此外，也有把巖爆分為應(yīng)變型、屈服型及巖塊突出型的。應(yīng)變型，指坑道周邊堅(jiān)硬巖體產(chǎn)生應(yīng)力集中，在脆性巖石中發(fā)生激烈的破壞，是最一般的巖爆現(xiàn)象；屈服型，指在有相互平行的裂隙的坑道中，坑道壁的巖石屈服，發(fā)生突然破壞，常常是由爆破振動(dòng)所誘發(fā)的；巖塊突出型，是因被裂隙或節(jié)理等分離的巖塊突然突出的現(xiàn)象，也是因爆破或地震等而誘發(fā)的。巖爆的規(guī)?；旧峡梢苑譃槿?lèi)，即小規(guī)模的、中等規(guī)模的和大規(guī)模的。此外，也有把巖爆分為應(yīng)變型、屈服型及巖塊突出型的。262、巖爆產(chǎn)生的條件巖爆產(chǎn)生的條件可歸納為：(1)地下工程開(kāi)挖、洞室空間的形成是誘發(fā)巖爆的幾何條件；(2)圍巖應(yīng)力重分布和集中將導(dǎo)致圍巖積累大量彈性變形能，這是誘發(fā)巖爆的動(dòng)力條件；(3)巖體承受極限應(yīng)力產(chǎn)生初始破裂后剩余彈性變形能的集中釋放量即決定巖爆的彈射程度；(4)巖爆通過(guò)何種方式出現(xiàn)，這取決于圍巖的巖性、巖體結(jié)構(gòu)特征、彈性變形能的積累和釋放時(shí)間的長(zhǎng)短。2、巖爆產(chǎn)生的條件巖爆產(chǎn)生的條件可歸納為：273、巖爆發(fā)生的判據(jù)我國(guó)工程巖體分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)采用的判據(jù)如下：(1)當(dāng)Rc／σmax>7時(shí)，無(wú)巖爆：(2)當(dāng)Rc／σmax=4~7時(shí)，可能會(huì)發(fā)生輕微巖爆或中等巖爆；(3)當(dāng)履Rc／σmax<4時(shí)，可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重巖爆。式中Rc——巖石單軸抗壓強(qiáng)度：σmax——最大地應(yīng)力。3、巖爆發(fā)生的判據(jù)我國(guó)工程巖體分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)采用的判據(jù)如下：284、巖爆的防治通過(guò)大量的工程實(shí)踐及經(jīng)驗(yàn)的積累，目前已有許多行之有效的治理巖爆的措施，歸納起來(lái)有：加固圍巖、加防護(hù)措施、完善施工方法、改善圍巖應(yīng)力條件以及改變圍巖性質(zhì)等。(1)圍巖加固措施該方法是指對(duì)已開(kāi)挖洞室周邊的加固以及對(duì)撐子面前方的超前加固，這些措施一是可以改善撐子面本身以及1~2倍洞室直徑范圍內(nèi)圍巖的應(yīng)力狀態(tài)；二是具有防護(hù)作用，可防止彈射、塌落等。4、巖爆的防治通過(guò)大量的工程實(shí)踐及經(jīng)驗(yàn)的積累，目前已有許多行29(2)改善圍巖應(yīng)力條件可從設(shè)計(jì)與施工的角度采用下述幾種辦法：a)在選擇隧道及其他地下結(jié)構(gòu)物的位置時(shí)，應(yīng)使其長(zhǎng)軸方向與最大主應(yīng)力方向平行，這樣做可以減少洞室周邊圍巖的切向應(yīng)力；b)在設(shè)計(jì)時(shí)選擇合理的開(kāi)挖斷面形狀，以改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)；c)在施工過(guò)程中，爆破開(kāi)挖采用短進(jìn)尺、多循環(huán)，也可以改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，這一點(diǎn)已被大量的實(shí)踐所證實(shí)；d)應(yīng)力解除法，即在圍巖內(nèi)部造成一個(gè)破碎帶，形成一個(gè)低彈性區(qū)，從而使撐子面及洞室周邊應(yīng)力降低，使高應(yīng)力轉(zhuǎn)移到圍巖深部。為達(dá)到這一目的，可以打超前鉆孔或在超前鉆孔中進(jìn)行松動(dòng)爆破，這種防治巖爆的方法也稱(chēng)為超應(yīng)力解除法。(2)改善圍巖應(yīng)力條件30(3)改變圍巖性質(zhì)在我國(guó)煤炭部門(mén)，廣泛使用煤層預(yù)注水法以改變煤的變形及強(qiáng)度特性，即注水軟化的方法。煤試件在浸泡水以后，動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間增加，能量釋放率顯著下降。根據(jù)煤試件在自然狀態(tài)和浸水飽和狀態(tài)的動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間(應(yīng)力曲線)相比較的結(jié)果，可以看出，浸水飽和煤樣的動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間呈現(xiàn)數(shù)量級(jí)的增加。人們根據(jù)煤的這一特性對(duì)煤層進(jìn)行預(yù)注水來(lái)防止沖擊地壓。煤層壓力注水一般有兩種方式：一是在煤層開(kāi)采前進(jìn)行壓力預(yù)注水．使煤體濕潤(rùn)，減緩和消除煤的沖擊能力，這是一種積極主動(dòng)的區(qū)域性防治措施；第二種是對(duì)工作面前方局部應(yīng)力集中帶進(jìn)行高壓注水，以減緩應(yīng)力集中，解除煤爆危險(xiǎn)，這是一種局部解危措施。(4)施工安全措施主要是躲避及清除浮石二種。巖爆一般在爆破后1h左右比較激烈，以后則逐漸趨于緩和；爆破多數(shù)發(fā)生在l~2倍洞室直徑的范圍以?xún)?nèi)，所以躲避也是一種行之有效的方法。每次爆破循環(huán)之后，施工人員躲避在安全處，待激烈的巖爆平息之后再進(jìn)行施工。當(dāng)然這樣做要延緩工程的進(jìn)度，是一種消極的方法。在拱頂部位由于巖爆所產(chǎn)生的松動(dòng)石塊必須清除，以保證施工的安全。對(duì)于破裂松脫型巖爆，彈射危害不大，可采用清除浮石的方法來(lái)保證施工安全。(3)改變圍巖性質(zhì)31§4-4地應(yīng)力測(cè)量方法一、地應(yīng)力測(cè)量的基本原理巖體應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的目的是了解巖體中存在的應(yīng)力大小和方向，從而為分析巖體工程的受力狀態(tài)以及為支護(hù)及巖體加固提供依據(jù)。巖體應(yīng)力測(cè)量還是預(yù)報(bào)巖體失穩(wěn)破壞以及預(yù)報(bào)巖爆的有力工具。巖體應(yīng)力測(cè)量可以分為巖體初始應(yīng)力測(cè)量和地下工程應(yīng)力分布測(cè)量，前者是為了測(cè)定巖體初始地應(yīng)力場(chǎng)，后者則是為了測(cè)定巖體開(kāi)挖后引起的應(yīng)力重分布狀況。從巖體應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的技術(shù)來(lái)講，這二者并無(wú)原則區(qū)別。依據(jù)測(cè)量基本原理的不同，也可將測(cè)量方法分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量法兩大類(lèi)?！?-4地應(yīng)力測(cè)量方法一、地應(yīng)力測(cè)量的基本原理32直接測(cè)量法是由測(cè)量?jī)x器直接測(cè)量和記錄各種應(yīng)力的量，并由這些應(yīng)力量和原巖應(yīng)力的相互關(guān)系，通過(guò)計(jì)算獲得原巖應(yīng)力值。在計(jì)算過(guò)程中并不涉及不同物理量的換算，不需要知道巖石的物理力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。扁千斤頂法、水壓致裂法、剛性包體應(yīng)力計(jì)法和聲發(fā)射法均屬直接測(cè)量法。其中，水壓致裂法目前應(yīng)用最為廣泛，聲發(fā)射法次之。在間接測(cè)量法中，不是直接測(cè)量應(yīng)力量，而是借助某些傳感元件或某些介質(zhì)，測(cè)量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化，然后由測(cè)得的間接物理量的變化，通過(guò)已知的公式計(jì)算巖體中的應(yīng)力值。因此，在間接測(cè)量法中，為了計(jì)算應(yīng)力值，首先必須確定巖體的某些物理力學(xué)性質(zhì)以及所測(cè)物理量和應(yīng)力的相互關(guān)系。套孔應(yīng)力解除法和其他的應(yīng)力或應(yīng)變解除方法以及地球物理方法等是間接法中較常用的，其中套孔應(yīng)力解除法是目前國(guó)內(nèi)外最普遍采用的發(fā)展較為成熟的一種地應(yīng)力測(cè)量方法。直接測(cè)量法是由測(cè)量?jī)x器直接測(cè)量和記錄各種應(yīng)力的量，并由這些應(yīng)33二、水壓致裂法(直接測(cè)量法)1、基本原理對(duì)測(cè)試段鉆孔用特制封隔器密封起來(lái)，然后對(duì)密封段加高壓水直至孔壁巖石產(chǎn)生張裂隙。根據(jù)裂隙的方向及泵壓的大小分析確定原巖的應(yīng)力狀態(tài)。水壓致裂裝置封隔器鉆孔高壓水二、水壓致裂法(直接測(cè)量法)1、基本原理水壓致裂裝置封隔器鉆342、基本假設(shè)（1）一個(gè)主應(yīng)力方向是垂直的，其大小等于上覆巖層的自重應(yīng)力。而另外兩個(gè)主應(yīng)力是水平的，且破裂方向垂直于最小主應(yīng)力方向。即鉆孔方向?yàn)槟骋恢鲬?yīng)力方向。（2）巖體是均質(zhì)、各向同性的線彈性體。3、適用條件：完整性好的脆性巖體。2、基本假設(shè)（1）一個(gè)主應(yīng)力方向是垂直的，其大小等于上覆巖層35兩向受不相等的均布力σ1、σ2作用時(shí)的應(yīng)力分量：孔壁（r=ρ)應(yīng)力分量：式中：φ為周邊一點(diǎn)與σ1的夾角。當(dāng)φ＝0o時(shí)，σφ取極小值，此時(shí)（1）兩向受不相等的均布力σ1、σ2作用時(shí)的應(yīng)力分量：孔壁（r=ρ36由彈性力學(xué)厚壁筒公式，在只受內(nèi)壓q1作用：若R→∞,得到具有圓孔的無(wú)限大薄板，或具有圓形孔道的無(wú)限大彈性體，其解答為：若r＝ρ,得到：根據(jù)巖體力學(xué)應(yīng)力符號(hào)規(guī)定，得孔壁切向應(yīng)力：（2）由彈性力學(xué)厚壁筒公式，在只受內(nèi)壓q1作用：若R→37當(dāng)鉆孔受水壓力P作用,且受水平原巖應(yīng)力σ1、σ2作用，鉆孔壁的最小切向應(yīng)力為式（1）與（2）的疊加：巖體破裂條件：于是：式中pi為孔壁發(fā)生初始裂縫時(shí)的水壓力，Rt為封隔段巖石抗拉強(qiáng)度。

可見(jiàn)，當(dāng)水壓力達(dá)到pi時(shí)，孔壁將沿σ1的方位開(kāi)裂。如果鉆孔中有裂隙水，其水壓力為P0，則：（3）當(dāng)鉆孔受水壓力P作用,且受水平原巖應(yīng)力σ1、σ238繼續(xù)注入高壓水，裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，當(dāng)裂隙深度達(dá)到3倍鉆孔直徑時(shí)，此處接近原巖應(yīng)力狀態(tài)，停止加壓，保持壓力恒定（PS),則有：如果測(cè)出封隔段巖石抗拉強(qiáng)度Rt，即可由式（3）、（4）求出σ1和σ2（4）因此，在初始裂隙產(chǎn)生后，將水壓力卸除，使裂隙閉合，然后重新加壓，使裂隙重新打開(kāi)，這時(shí)水壓力為pr，則有（5）由式（5）、（4）可求出σ1和σ2繼續(xù)注入高壓水，裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，當(dāng)裂隙深度達(dá)到3倍鉆39聯(lián)立解得：（4）（5）（3）

A、

巖石抗拉強(qiáng)度：

B、

最大水平應(yīng)力：

C、

最小水平應(yīng)力：可見(jiàn)，水壓致裂法只能確定垂直于鉆孔平面內(nèi)的最大和最小主應(yīng)力，實(shí)際上是一種二維應(yīng)力測(cè)量方法。若要確定測(cè)點(diǎn)的三維應(yīng)力狀態(tài)，必須打互不平行的交匯于一點(diǎn)的的三個(gè)鉆孔。這是非常困難的。聯(lián)立解得：（4）（5）（3）A、巖石抗拉強(qiáng)404、水壓致裂法評(píng)價(jià)(1)設(shè)備簡(jiǎn)單。只需用普通鉆探方法打鉆孔，用雙止水裝置密封，用液壓泵通過(guò)壓裂裝置壓裂巖體，不需要復(fù)雜的電磁測(cè)量設(shè)備。(2)操作方便。只通過(guò)液壓泵向鉆孔內(nèi)注液以壓裂巖體，觀測(cè)壓裂過(guò)程中泵壓、液量即可。(3)測(cè)值直觀。它可根據(jù)壓裂時(shí)泵壓(初始開(kāi)裂泵壓、穩(wěn)定開(kāi)裂泵壓、關(guān)閉壓力、開(kāi)啟壓力)計(jì)算出地應(yīng)力值，不需要復(fù)雜的換算及輔助測(cè)試，同時(shí)還可求得巖體抗拉強(qiáng)度。(4)測(cè)值代表性大。所測(cè)得的地應(yīng)力值及巖體抗拉強(qiáng)度是代表較大范圍內(nèi)的平均值，有較好的代表性。(5)適應(yīng)性強(qiáng)。這一方法不需要電磁測(cè)量元件，不怕潮濕，可在干孔及孔中有水條件下作試驗(yàn)，不怕電磁干擾，不怕震動(dòng)。因此，這一方法越來(lái)越受到重視和推廣。但它存在一個(gè)較大的缺陷，就是主應(yīng)力方向定得不準(zhǔn)。4、水壓致裂法評(píng)價(jià)(1)設(shè)備簡(jiǎn)單。只需用41

三、應(yīng)力解除法(間接測(cè)量法)（一）基本原理地下某點(diǎn)的巖體處于三向壓縮狀態(tài)，如用人為的方法解除其應(yīng)力，必然發(fā)生彈性恢復(fù)，測(cè)定其恢復(fù)的應(yīng)變，利用彈性力學(xué)公式則可算出巖體初始應(yīng)力。

破壞聯(lián)系，解除應(yīng)力；彈性恢復(fù)，測(cè)出變形；根據(jù)變形，轉(zhuǎn)求應(yīng)力。三、應(yīng)力解除法(間接測(cè)量法)破壞聯(lián)系，解除應(yīng)力；彈性恢復(fù)421、已知主應(yīng)力方向的應(yīng)力解除

如圖示平板：在受力狀態(tài)下，貼上應(yīng)變片此時(shí)：卸去外力，變形恢復(fù)，此時(shí)：根據(jù)廣義虎克定律：解得：(1)1、已知主應(yīng)力方向的應(yīng)力解除在受力狀態(tài)下，貼上應(yīng)變片此時(shí)：卸43由彈性原理：式中：εα為x軸成α角度方向的線應(yīng)變。由上式可解得εx,εy,γxy2、未知主應(yīng)力方向的應(yīng)力解除(2)εyεx由彈性原理：式中：εα為x軸成α角度方向的線應(yīng)變。由上式可44解得εx,εy,γxy,可按下式求出主應(yīng)變?chǔ)?ε2和α0已知ε1,ε3,α0,即可按(1)式求出主應(yīng)變?chǔ)?,σ3。(3)(1)解得εx,εy,γxy,可按下式求出主應(yīng)變?chǔ)?ε2和α0453、應(yīng)變花種類(lèi)為計(jì)算方便，常把三個(gè)應(yīng)變片布置成如圖所示的形式。即：等角應(yīng)變花、直角應(yīng)變花3、應(yīng)變花種類(lèi)為計(jì)算方便，常把三個(gè)應(yīng)變片布置成如圖46A、直角應(yīng)變花α1＝00，α2＝450，α3＝900將εx,εy,γxy代入(3)式得：(4)將ε1,ε3,α0代入(1)式求出主應(yīng)變?chǔ)?,σ3：(5)A、直角應(yīng)變花將εx,εy,γxy代入(3)式得：(4)將47B、等角應(yīng)變花α1＝00，α2＝600，α3＝1200由上式可解得εx,εy,γxy，并將其代入(3)式得：(7)(6)B、等角應(yīng)變花由上式可解得εx,εy,γxy，并將其代入(48將（7）式

代入(1)式得：

注意：按上式方法計(jì)算得出的σ1，σ3是平面狀態(tài)下（鉆孔斷面內(nèi)）的次主應(yīng)力，而不是該點(diǎn)的主應(yīng)力。次主應(yīng)力：是某坐標(biāo)面內(nèi)兩個(gè)正應(yīng)力的極值，一般不等于主應(yīng)力；次主應(yīng)力面上仍有剪應(yīng)力；只有在三個(gè)正交的平面上的剪應(yīng)力都為零時(shí)，次主應(yīng)力才等于主應(yīng)力。(8)將（7）式代入(1)式得：注意：按上式方法計(jì)算得出49（二）應(yīng)力解除法1、巖體孔底應(yīng)力解除法孔底應(yīng)力解除法測(cè)定巖體應(yīng)力的步驟：1、打大孔至測(cè)點(diǎn)，磨平孔底。2、在孔底粘貼電阻應(yīng)變花探頭(CRIR門(mén)塞式孔底應(yīng)變計(jì))。3、解除應(yīng)力，測(cè)量其應(yīng)變。4、取出巖心，測(cè)其彈性參數(shù)。5、計(jì)算巖體應(yīng)力。（二）應(yīng)力解除法1、巖體孔底應(yīng)力解除法1、打大孔至測(cè)點(diǎn)，磨50對(duì)于等角應(yīng)變花，孔底平面內(nèi)的應(yīng)力按下式計(jì)算：對(duì)于等角應(yīng)變花，孔底平面內(nèi)的應(yīng)力按下式計(jì)算：51對(duì)于直角應(yīng)變花，孔底平面內(nèi)的應(yīng)力按下式計(jì)算：σ’x,σ’y,σ’z,τ’xy為孔底平面上開(kāi)挖擾動(dòng)的次生應(yīng)力。對(duì)于直角應(yīng)變花，孔底平面內(nèi)的應(yīng)力按下式計(jì)算：σ’x,σ’y52孔底平面位置處的原巖應(yīng)力按下式經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：式中：σx，σy，σz為孔底的原巖應(yīng)力。其中，a,b,c,d系數(shù)無(wú)理論解，只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)或數(shù)值分析求得。不同的研究者給出不同的值，古德曼解值：(9)孔底平面位置處的原巖應(yīng)力按下式經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：式中：σx，σy53孔底應(yīng)力解除法的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：解除巖心短，不需要打很長(zhǎng)的套孔巖心，適用于完整性差的巖體。

缺點(diǎn)：采用孔底應(yīng)力解除時(shí)，單孔不能確定巖體應(yīng)力的六個(gè)分量，必須進(jìn)行三孔測(cè)定，才能確定巖體的原巖應(yīng)力；無(wú)理論計(jì)算公式，只能用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算巖體的三維應(yīng)力。孔底應(yīng)力解除法的評(píng)價(jià)542、巖體鉆孔套孔應(yīng)力解除法通過(guò)測(cè)定鉆孔孔徑變形求解巖體應(yīng)力，該方法也需要有三個(gè)不同方向的鉆孔進(jìn)行測(cè)定，才能最終得到巖體全應(yīng)力的六個(gè)獨(dú)立的應(yīng)力分量。其應(yīng)力解除工序?yàn)椋?、打大孔至測(cè)點(diǎn)，磨平孔底。2、打同心小孔，安裝孔徑變形計(jì)探頭(USBM)。3、延伸大鉆孔解除應(yīng)力，同時(shí)測(cè)量孔徑變形。4、取出巖心，測(cè)其彈性參數(shù)E、μ。5、計(jì)算巖體應(yīng)力。2、巖體鉆孔套孔應(yīng)力解除法通過(guò)測(cè)定鉆孔孔徑變形求解巖體應(yīng)力，55假定鉆孔方向與σ3方向一致，并認(rèn)為σ3=0，由彈性力學(xué)公式，在二向應(yīng)力σ1、σ2的作用下，無(wú)限大平板內(nèi)圓孔周邊徑向位移u的計(jì)算公式為：平面應(yīng)力：平面應(yīng)變：式中：d——鉆孔直徑；u——圓孔周邊的徑向位移；

θ——測(cè)量的方向與水平軸的夾角。

δ——鉆孔直徑變化值。假定鉆孔方向與σ3方向一致，并認(rèn)為σ3=0，由彈性力學(xué)公式，56假定孔徑變形計(jì)探頭的三個(gè)觸頭相對(duì)于巖體應(yīng)力σ1’

的夾角為θ1、θ2、θ3，測(cè)得的孔徑變形分別為δ1、δ2、δ3。假定孔徑變形計(jì)探頭的三個(gè)觸頭相對(duì)于巖體應(yīng)力σ1’57當(dāng)θ1，θ2，θ3的間隔為450時(shí)，按下式計(jì)算巖體應(yīng)力：如果判別式成立，則α為δ0與σ1’

的夾角，否則為δ0與σ2’

的夾角。對(duì)于深孔，可作平面應(yīng)變問(wèn)題處理，按上式計(jì)算。對(duì)于淺孔，可作平面應(yīng)力問(wèn)題處理。當(dāng)θ1，θ2，θ3的間隔為450時(shí)，按下式計(jì)算巖體應(yīng)力58按上式計(jì)算得出的σ1’，σ2’是鉆孔斷面內(nèi)的次主應(yīng)力。要確定一點(diǎn)的全應(yīng)力，必須向測(cè)點(diǎn)打三個(gè)不同方向的鉆孔，進(jìn)行同樣測(cè)定，然后再求解。按上式計(jì)算得出的σ1’，σ2’是鉆孔斷面內(nèi)的次59四、應(yīng)力恢復(fù)法(扁千斤頂法)示意圖

四、應(yīng)力恢復(fù)法(扁千斤頂法)示意圖60優(yōu)缺點(diǎn)

從原理上來(lái)講，扁千斤頂法只是一種一維應(yīng)力測(cè)量方法，一個(gè)扁槽的測(cè)量只能確定測(cè)點(diǎn)處垂直于扁千斤頂方向的應(yīng)力分量。為了確定該測(cè)點(diǎn)的六個(gè)應(yīng)力分量就必須在該點(diǎn)沿不同方向切割六個(gè)扁槽，這是不可能實(shí)現(xiàn)的。扁千斤頂測(cè)量只能在巷道、峒室或其他開(kāi)挖體表面附近的巖體中進(jìn)行，因而其測(cè)量的是一種受開(kāi)挖擾動(dòng)的次生應(yīng)力場(chǎng)，而非原巖應(yīng)力場(chǎng)。同時(shí)，扁千斤頂?shù)臏y(cè)量原理是基于巖石為完全線彈性的假設(shè)，對(duì)于非線性巖體，其加載和卸載路徑的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是不同的，由扁千斤頂測(cè)得的平衡應(yīng)力并不等于扁槽開(kāi)挖前巖體中的應(yīng)力。

優(yōu)缺點(diǎn)從原理上來(lái)講，扁千斤頂法只是一種一維61五、聲發(fā)射法聲發(fā)射——巖石受外荷載作用，其內(nèi)部?jī)?chǔ)存的應(yīng)變能因微裂隙產(chǎn)生和發(fā)展而快速釋放，從而產(chǎn)生彈性波，發(fā)出聲響，稱(chēng)為聲發(fā)射。凱澤效應(yīng)——

1950年，德國(guó)人J.Kaiser發(fā)現(xiàn)多晶金屬的應(yīng)力從其歷史最高點(diǎn)水平釋放后，再重新加載，當(dāng)應(yīng)力未達(dá)到先前最大應(yīng)力值時(shí)，很少有聲發(fā)射產(chǎn)生，而當(dāng)應(yīng)力達(dá)到和超過(guò)歷史最高水平后，則大量產(chǎn)生聲發(fā)射，這一現(xiàn)象稱(chēng)為凱澤效應(yīng)。凱澤點(diǎn)——從很少產(chǎn)生聲發(fā)射到大量產(chǎn)生聲發(fā)射的轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱(chēng)為凱澤點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為材料先前受到的最大應(yīng)力。五、聲發(fā)射法聲發(fā)射——巖石受外荷載作用，其內(nèi)部?jī)?chǔ)存的應(yīng)變能因62巖石也具有聲發(fā)射現(xiàn)象。凱澤效應(yīng)為測(cè)量巖石應(yīng)力提供了一個(gè)途徑，即如果從原巖中取回定向的巖石試件，通過(guò)對(duì)加工的不同方向的巖石試件進(jìn)行加載聲發(fā)射試驗(yàn)，測(cè)定凱澤點(diǎn)，即可找出每個(gè)試件以前所受的最大應(yīng)力，并進(jìn)而求出取樣點(diǎn)的原始（歷史）三維應(yīng)力狀態(tài)。即從原巖中取樣——沿6個(gè)不同方向制備試件（每個(gè)方向試件為15～25塊）——加壓測(cè)試——?jiǎng)P澤點(diǎn)——計(jì)算地應(yīng)力。壓力/KN聲發(fā)射事件數(shù)/103凱澤點(diǎn)時(shí)間/s巖石也具有聲發(fā)射現(xiàn)象。壓力/KN聲發(fā)射事件數(shù)/1063謝謝同學(xué)們！謝謝同學(xué)們！64第四章

巖體地應(yīng)力及其測(cè)量方法土木建筑學(xué)院榮傳新第四章

巖體地應(yīng)力及其65本章內(nèi)容：4.1概述4.2地應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律4.3高地應(yīng)力區(qū)特征4.4地應(yīng)力測(cè)量方法授課學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí)本章內(nèi)容：4.1概述66§4-1概述

1、基本概念原巖：未經(jīng)工程開(kāi)挖而又不受開(kāi)挖影響仍處于自然平衡狀態(tài)的巖體，稱(chēng)為原巖。圍巖：受工程開(kāi)挖影響應(yīng)力發(fā)生重新分布的巖體，稱(chēng)為圍巖。原巖應(yīng)力：原巖中天然賦存的應(yīng)力稱(chēng)為原巖應(yīng)力，又稱(chēng)為地應(yīng)力。

原巖應(yīng)力場(chǎng)：原巖應(yīng)力在巖體空間有規(guī)律的分布狀態(tài)稱(chēng)為原巖應(yīng)力場(chǎng)，又稱(chēng)為地應(yīng)力場(chǎng)。即未經(jīng)采動(dòng)的巖體在天然狀態(tài)下所具有的應(yīng)力狀態(tài)?！?-1概述

1、基本概念原巖：未經(jīng)工程開(kāi)挖而又67自重應(yīng)力：地殼上部各種巖體由于受到地心引力的作用而產(chǎn)生的應(yīng)力。它是由巖體自重引起的。自重應(yīng)力場(chǎng)：自重應(yīng)力在空間有規(guī)律的分布狀態(tài)稱(chēng)為自重應(yīng)力場(chǎng)。構(gòu)造應(yīng)力：由地質(zhì)構(gòu)造作用產(chǎn)生的應(yīng)力稱(chēng)為構(gòu)造應(yīng)力。或地殼中長(zhǎng)期存在著一種促使構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生和發(fā)展的內(nèi)在力量，這就是構(gòu)造應(yīng)力。構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)：構(gòu)造應(yīng)力在空間有規(guī)律的分布狀態(tài)稱(chēng)為構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。1基本概念自重應(yīng)力：地殼上部各種巖體由于受到地心引力的作用而產(chǎn)生的應(yīng)力68誘導(dǎo)應(yīng)力（二次應(yīng)力）:巖體開(kāi)挖擾動(dòng)了原巖的自然平衡狀態(tài)，使一定范圍內(nèi)的原巖應(yīng)力發(fā)生變化，變化后的應(yīng)力稱(chēng)為誘導(dǎo)應(yīng)力或二次應(yīng)力。原巖應(yīng)力≈自重應(yīng)力＋構(gòu)造應(yīng)力

迄今為止，對(duì)原巖應(yīng)力還無(wú)法進(jìn)行較完善的理論計(jì)算，而只能依靠實(shí)際測(cè)量來(lái)建立巖體中初始應(yīng)力狀態(tài)。

1基本概念誘導(dǎo)應(yīng)力（二次應(yīng)力）:巖體開(kāi)挖擾動(dòng)了原巖的自然平衡狀態(tài)，使一692、地應(yīng)力的成因、組成成分和影響因素一、地應(yīng)力的成因(1)大陸板塊邊界受壓引起的應(yīng)力場(chǎng)(2)地幔熱對(duì)流引起的應(yīng)力場(chǎng)(3)由地心引力引起的應(yīng)力場(chǎng)(4)巖漿侵入引起的應(yīng)力場(chǎng)(5)地溫梯度引起的應(yīng)力場(chǎng)(6)地表剝蝕產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)2、地應(yīng)力的成因、組成成分和影響因素一、地應(yīng)力的成因70二、自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力（1）巖體的自重應(yīng)力在均勻巖體中，深度為z處的巖體的豎向自重應(yīng)力為：在半無(wú)限體中任一微元體上的正應(yīng)力均為主應(yīng)力，且有二、自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力在半無(wú)限體中任一微元體上的正應(yīng)力均為主71得：其中λ為巖體靜止側(cè)壓力系數(shù)。根據(jù)虎克定律：得：其中λ為巖體靜止側(cè)壓力系數(shù)。根據(jù)虎克定律：72在均勻巖體中，巖體的自重初始應(yīng)力狀態(tài)為：在均勻巖體中，巖體的自重初始應(yīng)力狀態(tài)為：73對(duì)于均質(zhì)成層巖體：對(duì)于均質(zhì)成層巖體：74對(duì)于各向異性體，例如薄層狀沉積巖：則有：對(duì)于各向異性體，例如薄層狀沉積巖：則有：75巖體自重應(yīng)力的特點(diǎn)：（a）水平應(yīng)力σx、σy小于垂直應(yīng)力σz；（b）σx、σy、σz均為壓應(yīng)力；（c）σz只與巖體密度和深度有關(guān)，而σx、σy還同時(shí)與巖體彈性常數(shù)E、μ有關(guān)；（d）結(jié)構(gòu)面影響巖體自重應(yīng)力分布。巖體自重應(yīng)力的特點(diǎn)：76在地殼淺部，可認(rèn)為巖體處于彈性狀態(tài)，μ=0.20~0.35,在深部，巖體轉(zhuǎn)入塑性狀態(tài)，μ=0.50，λ＝1，則有：σx=σy=σz＝γz各向等壓的應(yīng)力狀態(tài)，又稱(chēng)為靜水壓力狀態(tài)。著名的海姆假說(shuō)（瑞士地質(zhì)學(xué)家1878）在地殼淺部，可認(rèn)為巖體處于彈性狀態(tài)，μ=0.20~0.35,77（2）構(gòu)造應(yīng)力a、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的概念

構(gòu)造應(yīng)力：由地質(zhì)構(gòu)造作用產(chǎn)生的應(yīng)力稱(chēng)為構(gòu)造應(yīng)力?；虻貧ぶ虚L(zhǎng)期存在著一種促使構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生和發(fā)展的內(nèi)在力量，這就是構(gòu)造應(yīng)力。巖體構(gòu)造應(yīng)力是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中積累或剩余的一種分布力。構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中積累或剩余的一種應(yīng)力場(chǎng)，相對(duì)于人類(lèi)活動(dòng)時(shí)期而言，除構(gòu)造活動(dòng)區(qū)外，它是剩余應(yīng)力場(chǎng)。（2）構(gòu)造應(yīng)力a、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的概念78b、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的起因地質(zhì)學(xué)家分析地球表層（包括地殼和地幔）結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律和發(fā)展，提出了各種大地構(gòu)造學(xué)說(shuō)，最具代表的是地質(zhì)力學(xué)學(xué)說(shuō)和板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)。(a)、地質(zhì)力學(xué)學(xué)說(shuō)該學(xué)說(shuō)認(rèn)為地球自轉(zhuǎn)速度的變化產(chǎn)生兩種推動(dòng)地殼運(yùn)動(dòng)的力：一種是經(jīng)向水平離心力；一種是緯向水平慣性力。這兩種力是引起地殼巖體中出現(xiàn)構(gòu)造應(yīng)力的根本原因。大量的實(shí)測(cè)資料說(shuō)明巖體中水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力，說(shuō)明構(gòu)造應(yīng)力以水平應(yīng)力為主。(b)、板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)該學(xué)說(shuō)認(rèn)為板塊運(yùn)動(dòng)的核心是海底擴(kuò)張。海底擴(kuò)張是由于地幔對(duì)流引起的。b、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的起因地質(zhì)學(xué)家分析地球表層（包括79§4-2地應(yīng)力分布規(guī)律目前，原巖應(yīng)力的實(shí)測(cè)深度達(dá)3000m。在這一深度內(nèi)，原巖應(yīng)力變化規(guī)律大致可歸納為以下幾點(diǎn)：一、原巖應(yīng)力場(chǎng)是相對(duì)穩(wěn)定的非穩(wěn)定場(chǎng),它是時(shí)間和空間的函數(shù).二、實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力σv基本上等于上覆巖層的重力在25～2700m深度內(nèi)，σv隨深度線性增加，大致相當(dāng)于按平均重度γ=27kN/m3計(jì)算出來(lái)的重力γH,即σv＝27H。三、水平應(yīng)力σH普遍大于垂直應(yīng)力σv,即側(cè)壓力系數(shù)λ＝σH/σv

>1;§4-2地應(yīng)力分布規(guī)律目前，原巖應(yīng)力的實(shí)測(cè)深度達(dá)3000m80

四、平均水平應(yīng)力σH與垂直應(yīng)力σv的比值隨深度增加而減小。五、最大、最小水平主應(yīng)力隨深度線性增加：σHmax＝6.7＋0.0444H(Mpa)σHmin＝0.8＋0.0329H(Mpa)六、兩個(gè)水平應(yīng)力的關(guān)系一般有五、最大、最小水平主應(yīng)力隨深度線性增加：81七、地應(yīng)力的分布規(guī)律還受地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體力學(xué)性質(zhì)、溫度、地下水等因素的影響，特別是地形和斷層的擾動(dòng)影響最大。地形：谷底是應(yīng)力集中部位，最大主應(yīng)力在谷底或河床中心近于水平，在岸坡則向谷底或河床傾斜，大致與坡面平行；斷層和結(jié)構(gòu)面附近是應(yīng)力降低區(qū)，斷層端部、拐角處應(yīng)力集中區(qū)，主應(yīng)力方向大多平行或垂直于斷層走向。七、地應(yīng)力的分布規(guī)律還受地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu)特征、82§4-3高地應(yīng)力區(qū)特征4.3.1高地應(yīng)力判別準(zhǔn)則和高地應(yīng)力現(xiàn)象1．高地應(yīng)力判別準(zhǔn)則高地應(yīng)力是一個(gè)相對(duì)的概念。由于不同巖石具有不同的彈性模量，巖石的儲(chǔ)能性能也不同。一般來(lái)說(shuō)，地區(qū)初始地應(yīng)力大小與該地區(qū)巖體的變形特性有關(guān)，巖質(zhì)堅(jiān)硬，則儲(chǔ)存彈性能多，地應(yīng)力也大。因此高地應(yīng)力是相對(duì)于圍巖強(qiáng)度而言的。也就是說(shuō)，當(dāng)圍巖內(nèi)部的最大地應(yīng)力與圍巖強(qiáng)度(Rb)的比值達(dá)到某一水平時(shí)，才能稱(chēng)為高地應(yīng)力或極高地應(yīng)力。即§4-3高地應(yīng)力區(qū)特征4.3.1高地應(yīng)力判別準(zhǔn)則和高地83[工學(xué)]第四章巖體地應(yīng)力及其測(cè)量方法課件842、高地應(yīng)力現(xiàn)象（1）巖芯餅化現(xiàn)象（2）巖爆。在巖性堅(jiān)硬完整或較完整的高地應(yīng)力地區(qū)開(kāi)挖隧洞或探洞的過(guò)程中時(shí)有巖爆發(fā)生。巖爆是巖石被擠壓到彈性限度，巖體內(nèi)積聚的能量突然釋放所造成的一種巖石破壞現(xiàn)象。2、高地應(yīng)力現(xiàn)象85(3)探洞和地下隧洞的洞壁產(chǎn)生剝離，巖體錘擊為嘶啞聲并有較大變形，在中等強(qiáng)度以下的巖體中開(kāi)挖探洞或隧洞，高地應(yīng)力狀況不會(huì)像巖爆那樣劇烈，洞壁巖體產(chǎn)生剝離現(xiàn)象．有時(shí)裂縫一直延伸到巖體淺層內(nèi)部，錘擊時(shí)有破啞聲。在軟質(zhì)巖體中洞體則產(chǎn)生較大的變形，位移顯著，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，洞徑明顯縮小。(4)巖質(zhì)基坑底部隆起、剝離以及回彈錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。在堅(jiān)硬巖體表面開(kāi)挖基坑或槽，在開(kāi)挖過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生坑底突然隆起、斷裂，并伴有響聲；或在基坑底部產(chǎn)生隆起剝離。在巖體中，如有軟弱夾層，則會(huì)在基坑斜坡上出現(xiàn)回彈錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。(3)探洞和地下隧洞的洞壁產(chǎn)生剝離，巖體錘擊為嘶啞聲并有較86(5)野外原位測(cè)試測(cè)得的巖體物理力學(xué)指標(biāo)比實(shí)驗(yàn)室?guī)r塊試驗(yàn)結(jié)果高。(5)野外原位測(cè)試測(cè)得的巖體物理力學(xué)指標(biāo)比實(shí)驗(yàn)室?guī)r塊試驗(yàn)結(jié)果874.3.2巖爆及其防治措施圍巖處于高應(yīng)力場(chǎng)條件下所產(chǎn)生的巖片(塊)飛射拋撤，以及洞壁片狀剝落等現(xiàn)象叫巖爆。巖體內(nèi)開(kāi)挖地下廠房、隧道、礦山地下巷道、采場(chǎng)等地下工程，引起挖空區(qū)圍巖應(yīng)力重新分布和集中，當(dāng)應(yīng)力集中到一定程度后就有可能產(chǎn)生巖爆。在地下工程開(kāi)挖過(guò)程中，巖爆是圍巖各種失穩(wěn)現(xiàn)象中反映最強(qiáng)烈的一種。它是地下施工的一大地質(zhì)災(zāi)害。由于它的突發(fā)性，在地下工程中對(duì)施工人員和施工設(shè)備威脅最嚴(yán)重。如果處理不當(dāng)，就會(huì)給施工安全、巖體及建筑物的穩(wěn)定帶來(lái)很多困難，甚至?xí)斐芍卮蠊こ淌鹿?。由于巖爆是極為復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象，至今對(duì)地下工程中巖爆的形成條件及機(jī)理還沒(méi)有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。有的學(xué)者認(rèn)為巖爆是受剪破裂；也有的學(xué)者根據(jù)自己的觀察和試驗(yàn)結(jié)果得出張破裂的結(jié)論；還有一種觀點(diǎn)把產(chǎn)生巖爆的巖體破壞過(guò)程分為：劈裂成板條、剪(折)斷成塊、塊片彈射三個(gè)階段式破壞。4.3.2巖爆及其防治措施圍巖處于高應(yīng)力場(chǎng)條件下所產(chǎn)生的881.巖爆的類(lèi)型、性質(zhì)和特點(diǎn)巖爆的特征可從多個(gè)角度去描述，目前主要是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查所得到的巖爆特征，考慮巖爆危害方式、危害程度以及對(duì)其防治對(duì)策等因素，分為破裂松脫型、爆裂彈射型、爆炸拋射型。(1)破裂松脫型圍巖成塊狀、板狀、鱗片狀，爆裂聲響微弱，彈射距離很小，巖壁上形成破裂坑，破裂坑的深度主要受?chē)鷰r應(yīng)力和強(qiáng)度的控制。(2)爆裂彈射型巖片彈射及巖粉噴射，爆裂聲響如同槍聲、彈射巖片體積一般不超過(guò)0.33m3，直徑5~10cm。洞室開(kāi)鑿后，一般出現(xiàn)片狀巖石彈射、崩落或成筍皮狀的薄片剝落，巖片的彈射距離一般為2~5m。巖塊多為中間厚，周邊薄的菱形巖片。(3)爆炸拋射型巖爆發(fā)生時(shí)巨石拋射，其聲響如同炮彈爆炸，拋射巖塊的體積數(shù)立方米到數(shù)十立方米，拋射距離幾米到十幾米。1.巖爆的類(lèi)型、性質(zhì)和特點(diǎn)89此外，也有把巖爆分為應(yīng)變型、屈服型及巖塊突出型的。應(yīng)變型，指坑道周邊堅(jiān)硬巖體產(chǎn)生應(yīng)力集中，在脆性巖石中發(fā)生激烈的破壞，是最一般的巖爆現(xiàn)象；屈服型，指在有相互平行的裂隙的坑道中，坑道壁的巖石屈服，發(fā)生突然破壞，常常是由爆破振動(dòng)所誘發(fā)的；巖塊突出型，是因被裂隙或節(jié)理等分離的巖塊突然突出的現(xiàn)象，也是因爆破或地震等而誘發(fā)的。巖爆的規(guī)?；旧峡梢苑譃槿?lèi)，即小規(guī)模的、中等規(guī)模的和大規(guī)模的。此外，也有把巖爆分為應(yīng)變型、屈服型及巖塊突出型的。902、巖爆產(chǎn)生的條件巖爆產(chǎn)生的條件可歸納為：(1)地下工程開(kāi)挖、洞室空間的形成是誘發(fā)巖爆的幾何條件；(2)圍巖應(yīng)力重分布和集中將導(dǎo)致圍巖積累大量彈性變形能，這是誘發(fā)巖爆的動(dòng)力條件；(3)巖體承受極限應(yīng)力產(chǎn)生初始破裂后剩余彈性變形能的集中釋放量即決定巖爆的彈射程度；(4)巖爆通過(guò)何種方式出現(xiàn)，這取決于圍巖的巖性、巖體結(jié)構(gòu)特征、彈性變形能的積累和釋放時(shí)間的長(zhǎng)短。2、巖爆產(chǎn)生的條件巖爆產(chǎn)生的條件可歸納為：913、巖爆發(fā)生的判據(jù)我國(guó)工程巖體分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)采用的判據(jù)如下：(1)當(dāng)Rc／σmax>7時(shí)，無(wú)巖爆：(2)當(dāng)Rc／σmax=4~7時(shí)，可能會(huì)發(fā)生輕微巖爆或中等巖爆；(3)當(dāng)履Rc／σmax<4時(shí)，可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重巖爆。式中Rc——巖石單軸抗壓強(qiáng)度：σmax——最大地應(yīng)力。3、巖爆發(fā)生的判據(jù)我國(guó)工程巖體分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)采用的判據(jù)如下：924、巖爆的防治通過(guò)大量的工程實(shí)踐及經(jīng)驗(yàn)的積累，目前已有許多行之有效的治理巖爆的措施，歸納起來(lái)有：加固圍巖、加防護(hù)措施、完善施工方法、改善圍巖應(yīng)力條件以及改變圍巖性質(zhì)等。(1)圍巖加固措施該方法是指對(duì)已開(kāi)挖洞室周邊的加固以及對(duì)撐子面前方的超前加固，這些措施一是可以改善撐子面本身以及1~2倍洞室直徑范圍內(nèi)圍巖的應(yīng)力狀態(tài)；二是具有防護(hù)作用，可防止彈射、塌落等。4、巖爆的防治通過(guò)大量的工程實(shí)踐及經(jīng)驗(yàn)的積累，目前已有許多行93(2)改善圍巖應(yīng)力條件可從設(shè)計(jì)與施工的角度采用下述幾種辦法：a)在選擇隧道及其他地下結(jié)構(gòu)物的位置時(shí)，應(yīng)使其長(zhǎng)軸方向與最大主應(yīng)力方向平行，這樣做可以減少洞室周邊圍巖的切向應(yīng)力；b)在設(shè)計(jì)時(shí)選擇合理的開(kāi)挖斷面形狀，以改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)；c)在施工過(guò)程中，爆破開(kāi)挖采用短進(jìn)尺、多循環(huán)，也可以改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，這一點(diǎn)已被大量的實(shí)踐所證實(shí)；d)應(yīng)力解除法，即在圍巖內(nèi)部造成一個(gè)破碎帶，形成一個(gè)低彈性區(qū)，從而使撐子面及洞室周邊應(yīng)力降低，使高應(yīng)力轉(zhuǎn)移到圍巖深部。為達(dá)到這一目的，可以打超前鉆孔或在超前鉆孔中進(jìn)行松動(dòng)爆破，這種防治巖爆的方法也稱(chēng)為超應(yīng)力解除法。(2)改善圍巖應(yīng)力條件94(3)改變圍巖性質(zhì)在我國(guó)煤炭部門(mén)，廣泛使用煤層預(yù)注水法以改變煤的變形及強(qiáng)度特性，即注水軟化的方法。煤試件在浸泡水以后，動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間增加，能量釋放率顯著下降。根據(jù)煤試件在自然狀態(tài)和浸水飽和狀態(tài)的動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間(應(yīng)力曲線)相比較的結(jié)果，可以看出，浸水飽和煤樣的動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間呈現(xiàn)數(shù)量級(jí)的增加。人們根據(jù)煤的這一特性對(duì)煤層進(jìn)行預(yù)注水來(lái)防止沖擊地壓。煤層壓力注水一般有兩種方式：一是在煤層開(kāi)采前進(jìn)行壓力預(yù)注水．使煤體濕潤(rùn)，減緩和消除煤的沖擊能力，這是一種積極主動(dòng)的區(qū)域性防治措施；第二種是對(duì)工作面前方局部應(yīng)力集中帶進(jìn)行高壓注水，以減緩應(yīng)力集中，解除煤爆危險(xiǎn)，這是一種局部解危措施。(4)施工安全措施主要是躲避及清除浮石二種。巖爆一般在爆破后1h左右比較激烈，以后則逐漸趨于緩和；爆破多數(shù)發(fā)生在l~2倍洞室直徑的范圍以?xún)?nèi)，所以躲避也是一種行之有效的方法。每次爆破循環(huán)之后，施工人員躲避在安全處，待激烈的巖爆平息之后再進(jìn)行施工。當(dāng)然這樣做要延緩工程的進(jìn)度，是一種消極的方法。在拱頂部位由于巖爆所產(chǎn)生的松動(dòng)石塊必須清除，以保證施工的安全。對(duì)于破裂松脫型巖爆，彈射危害不大，可采用清除浮石的方法來(lái)保證施工安全。(3)改變圍巖性質(zhì)95§4-4地應(yīng)力測(cè)量方法一、地應(yīng)力測(cè)量的基本原理巖體應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的目的是了解巖體中存在的應(yīng)力大小和方向，從而為分析巖體工程的受力狀態(tài)以及為支護(hù)及巖體加固提供依據(jù)。巖體應(yīng)力測(cè)量還是預(yù)報(bào)巖體失穩(wěn)破壞以及預(yù)報(bào)巖爆的有力工具。巖體應(yīng)力測(cè)量可以分為巖體初始應(yīng)力測(cè)量和地下工程應(yīng)力分布測(cè)量，前者是為了測(cè)定巖體初始地應(yīng)力場(chǎng)，后者則是為了測(cè)定巖體開(kāi)挖后引起的應(yīng)力重分布狀況。從巖體應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的技術(shù)來(lái)講，這二者并無(wú)原則區(qū)別。依據(jù)測(cè)量基本原理的不同，也可將測(cè)量方法分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量法兩大類(lèi)。§4-4地應(yīng)力測(cè)量方法一、地應(yīng)力測(cè)量的基本原理96直接測(cè)量法是由測(cè)量?jī)x器直接測(cè)量和記錄各種應(yīng)力的量，并由這些應(yīng)力量和原巖應(yīng)力的相互關(guān)系，通過(guò)計(jì)算獲得原巖應(yīng)力值。在計(jì)算過(guò)程中并不涉及不同物理量的換算，不需要知道巖石的物理力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。扁千斤頂法、水壓致裂法、剛性包體應(yīng)力計(jì)法和聲發(fā)射法均屬直接測(cè)量法。其中，水壓致裂法目前應(yīng)用最為廣泛，聲發(fā)射法次之。在間接測(cè)量法中，不是直接測(cè)量應(yīng)力量，而是借助某些傳感元件或某些介質(zhì)，測(cè)量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化，然后由測(cè)得的間接物理量的變化，通過(guò)已知的公式計(jì)算巖體中的應(yīng)力值。因此，在間接測(cè)量法中，為了計(jì)算應(yīng)力值，首先必須確定巖體的某些物理力學(xué)性質(zhì)以及所測(cè)物理量和應(yīng)力的相互關(guān)系。套孔應(yīng)力解除法和其他的應(yīng)力或應(yīng)變解除方法以及地球物理方法等是間接法中較常用的，其中套孔應(yīng)力解除法是目前國(guó)內(nèi)外最普遍采用的發(fā)展較為成熟的一種地應(yīng)力測(cè)量方法。直接測(cè)量法是由測(cè)量?jī)x器直接測(cè)量和記錄各種應(yīng)力的量，并由這些應(yīng)97二、水壓致裂法(直接測(cè)量法)1、基本原理對(duì)測(cè)試段鉆孔用特制封隔器密封起來(lái)，然后對(duì)密封段加高壓水直至孔壁巖石產(chǎn)生張裂隙。根據(jù)裂隙的方向及泵壓的大小分析確定原巖的應(yīng)力狀態(tài)。水壓致裂裝置封隔器鉆孔高壓水二、水壓致裂法(直接測(cè)量法)1、基本原理水壓致裂裝置封隔器鉆982、基本假設(shè)（1）一個(gè)主應(yīng)力方向是垂直的，其大小等于上覆巖層的自重應(yīng)力。而另外兩個(gè)主應(yīng)力是水平的，且破裂方向垂直于最小主應(yīng)力方向。即鉆孔方向?yàn)槟骋恢鲬?yīng)力方向。（2）巖體是均質(zhì)、各向同性的線彈性體。3、適用條件：完整性好的脆性巖體。2、基本假設(shè)（1）一個(gè)主應(yīng)力方向是垂直的，其大小等于上覆巖層99兩向受不相等的均布力σ1、σ2作用時(shí)的應(yīng)力分量：孔壁（r=ρ)應(yīng)力分量：式中：φ為周邊一點(diǎn)與σ1的夾角。當(dāng)φ＝0o時(shí)，σφ取極小值，此時(shí)（1）兩向受不相等的均布力σ1、σ2作用時(shí)的應(yīng)力分量：孔壁（r=ρ100由彈性力學(xué)厚壁筒公式，在只受內(nèi)壓q1作用：若R→∞,得到具有圓孔的無(wú)限大薄板，或具有圓形孔道的無(wú)限大彈性體，其解答為：若r＝ρ,得到：根據(jù)巖體力學(xué)應(yīng)力符號(hào)規(guī)定，得孔壁切向應(yīng)力：（2）由彈性力學(xué)厚壁筒公式，在只受內(nèi)壓q1作用：若R→101當(dāng)鉆孔受水壓力P作用,且受水平原巖應(yīng)力σ1、σ2作用，鉆孔壁的最小切向應(yīng)力為式（1）與（2）的疊加：巖體破裂條件：于是：式中pi為孔壁發(fā)生初始裂縫時(shí)的水壓力，Rt為封隔段巖石抗拉強(qiáng)度。

可見(jiàn)，當(dāng)水壓力達(dá)到pi時(shí)，孔壁將沿σ1的方位開(kāi)裂。如果鉆孔中有裂隙水，其水壓力為P0，則：（3）當(dāng)鉆孔受水壓力P作用,且受水平原巖應(yīng)力σ1、σ2102繼續(xù)注入高壓水，裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，當(dāng)裂隙深度達(dá)到3倍鉆孔直徑時(shí)，此處接近原巖應(yīng)力狀態(tài)，停止加壓，保持壓力恒定（PS),則有：如果測(cè)出封隔段巖石抗拉強(qiáng)度Rt，即可由式（3）、（4）求出σ1和σ2（4）因此，在初始裂隙產(chǎn)生后，將水壓力卸除，使裂隙閉合，然后重新加壓，使裂隙重新打開(kāi)，這時(shí)水壓力為pr，則有（5）由式（5）、（4）可求出σ1和σ2繼續(xù)注入高壓水，裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，當(dāng)裂隙深度達(dá)到3倍鉆103聯(lián)立解得：（4）（5）（3）

A、

巖石抗拉強(qiáng)度：

B、

最大水平應(yīng)力：

C、

最小水平應(yīng)力：可見(jiàn)，水壓致裂法只能確定垂直于鉆孔平面內(nèi)的最大和最小主應(yīng)力，實(shí)際上是一種二維應(yīng)力測(cè)量方法。若要確定測(cè)點(diǎn)的三維應(yīng)力狀態(tài)，必須打互不平行的交匯于一點(diǎn)的的三個(gè)鉆孔。這是非常困難的。聯(lián)立解得：（4）（5）（3）A、巖石抗拉強(qiáng)1044、水壓致裂法評(píng)價(jià)(1)設(shè)備簡(jiǎn)單。只需用普通鉆探方法打鉆孔，用雙止水裝置密封，用液壓泵通過(guò)壓裂裝置壓裂巖體，不需要復(fù)雜的電磁測(cè)量設(shè)備。(2)操作方便。只通過(guò)液壓泵向鉆孔內(nèi)注液以壓裂巖體，觀測(cè)壓裂過(guò)程中泵壓、液量即可。(3)測(cè)值直觀。它可根據(jù)壓裂時(shí)泵壓(初始開(kāi)裂泵壓、穩(wěn)定開(kāi)裂泵壓、關(guān)閉壓力、開(kāi)啟壓力)計(jì)算出地應(yīng)力值，不需要復(fù)雜的換算及輔助測(cè)試，同時(shí)還可求得巖體抗拉強(qiáng)度。(4)測(cè)值代表性大。所測(cè)得的地應(yīng)力值及巖體抗拉強(qiáng)度是代表較大范圍內(nèi)的平均值，有較好的代表性。(5)適應(yīng)性強(qiáng)。這一方法不需要電磁測(cè)量元件，不怕潮濕，可在干孔及孔中有水條件下作試驗(yàn)，不怕電磁干擾，不怕震動(dòng)。因此，這一方法越來(lái)越受到重視和推廣。但它存在一個(gè)較大的缺陷，就是主應(yīng)力方向定得不準(zhǔn)。4、水壓致裂法評(píng)價(jià)(1)設(shè)備簡(jiǎn)單。只需用105

三、應(yīng)力解除法(間接測(cè)量法)（一）基本原理地下某點(diǎn)的巖體處于三向壓縮狀態(tài)，如用人為的方法解除其應(yīng)力，必然發(fā)生彈性恢復(fù)，測(cè)定其恢復(fù)的應(yīng)變，利用彈性力學(xué)公式則可算出巖體初始應(yīng)力。

破壞聯(lián)系，解除應(yīng)力；彈性恢復(fù)，測(cè)出變形；根據(jù)變形，轉(zhuǎn)求應(yīng)力。三、應(yīng)力解除法(間接測(cè)量法)破壞聯(lián)系，解除應(yīng)力；彈性恢復(fù)1061、已知主應(yīng)力方向的應(yīng)力解除

如圖示平板：在受力狀態(tài)下，貼上應(yīng)變片此時(shí)：卸去外力，變形恢復(fù)，此時(shí)：根據(jù)廣義虎克定律：解得：(1)1、已知主應(yīng)力方向的應(yīng)力解除在受力狀態(tài)下，貼上應(yīng)變片此時(shí)：卸107由彈性原理：式中：εα為x軸成α角度方向的線應(yīng)變。由上式可解得εx,εy,γxy2、未知主應(yīng)力方向的應(yīng)力解除(2)εyεx由彈性原理：式中：εα為x軸成α角度方向的線應(yīng)變。由上式可108解得εx,εy,γxy,可按下式求出主應(yīng)變?chǔ)?ε2和α0已知ε1,ε3,α0,即可按(1)式求出主應(yīng)變?chǔ)?,σ3。(3)(1)解得εx,εy,γxy,可按下式求出主應(yīng)變?chǔ)?ε2和α01093、應(yīng)變花種類(lèi)為計(jì)算方便，常把三個(gè)應(yīng)變片布置成如圖所示的形式。即：等角應(yīng)變花、直角應(yīng)變花3、應(yīng)變花種類(lèi)為計(jì)算方便，常把三個(gè)應(yīng)變片布置成如圖110A、直角應(yīng)變花α1＝00，α2＝450，α3＝900將εx,εy,γxy代入(3)式得：(4)將ε1,ε3,α0代入(1)式求出主應(yīng)變?chǔ)?,σ3：(5)A、直角應(yīng)變花將εx,εy,γxy代入(3)式得：(4)將111B、等角應(yīng)變花α1＝00，α2＝600，α3＝1200由上式可解得εx,εy,γxy，并將其代入(3)式得：(7)(6)B、等角應(yīng)變花由上式可解得εx,εy,γxy，并將其代入(112將（7）式

代入(1)式得：

注意：按上式方法計(jì)算得出的σ1，σ3是平面狀態(tài)下（鉆孔斷面內(nèi)）的次主應(yīng)力，而不是該點(diǎn)的主應(yīng)力。次主應(yīng)力：是某坐標(biāo)面內(nèi)兩個(gè)正應(yīng)力的極值，一般不等于主應(yīng)力；次主應(yīng)力面上仍有剪應(yīng)力；只有在三個(gè)正交的平面上的剪應(yīng)力都為零時(shí)，次主應(yīng)力才等于主應(yīng)力。(8)將（7）式代入(1)式得：注意：按上式方法計(jì)算得出113（二）應(yīng)力解除法1、巖體孔底應(yīng)力解除法孔底應(yīng)力解除法