1、1 概述概述2 地應(yīng)力場的分布規(guī)律地應(yīng)力場的分布規(guī)律3 高地應(yīng)力區(qū)特征高地應(yīng)力區(qū)特征4 地應(yīng)力測量方法地應(yīng)力測量方法一、定義一、定義1.地應(yīng)力地應(yīng)力(天然應(yīng)力天然應(yīng)力、初始應(yīng)力等）人類工、初始應(yīng)力等）人類工程活動之前存在于巖體中的應(yīng)力。程活動之前存在于巖體中的應(yīng)力。 2.二次應(yīng)力二次應(yīng)力（重分布（重分布應(yīng)力應(yīng)力、誘導(dǎo)應(yīng)力、誘導(dǎo)應(yīng)力等）由于等）由于工程活動改變了的巖體中的應(yīng)力。工程活動改變了的巖體中的應(yīng)力。 二次應(yīng)力+ + + + + + + +地應(yīng)力 相對于第2洞室的地應(yīng)力4.1概述 4.1.1地應(yīng)力的基本概念 關(guān)于地應(yīng)力的古典假設(shè)關(guān)于地應(yīng)力的古典假設(shè) 1、海姆假設(shè)：、海姆假設(shè)： 在前言中我們

2、已經(jīng)介紹過，人們認(rèn)識地應(yīng)在前言中我們已經(jīng)介紹過，人們認(rèn)識地應(yīng)力還只是近百年的事，力還只是近百年的事，1912年瑞士的地質(zhì)年瑞士的地質(zhì)科學(xué)家海姆（科學(xué)家海姆（A.Heim）在大型越嶺隧道的）在大型越嶺隧道的施工過程中，通過觀察與分析，首次提出施工過程中，通過觀察與分析，首次提出了地應(yīng)力的概念，了地應(yīng)力的概念， 二、關(guān)于地應(yīng)力的古典假設(shè)二、關(guān)于地應(yīng)力的古典假設(shè) 1、海姆假設(shè)：、海姆假設(shè)： 假設(shè)地應(yīng)力是靜水應(yīng)力狀態(tài)，即地殼中任意假設(shè)地應(yīng)力是靜水應(yīng)力狀態(tài)，即地殼中任意一點的應(yīng)力在各個方向上均相等，并且等于一點的應(yīng)力在各個方向上均相等，并且等于單位面積上覆蓋巖層的重量，即：單位面積上覆蓋巖層的重量，即：

3、 式中：式中： 水平應(yīng)力；水平應(yīng)力； 垂直應(yīng)力；垂直應(yīng)力； 覆蓋巖層的容重；覆蓋巖層的容重； 覆蓋巖層的深度。覆蓋巖層的深度。hvHhvH 海姆認(rèn)為：海姆認(rèn)為： （1）原巖應(yīng)力各向等壓，即靜水壓力狀態(tài)。）原巖應(yīng)力各向等壓，即靜水壓力狀態(tài)。 （2）上覆巖體的重量，歷經(jīng)漫長的地質(zhì)年代后，）上覆巖體的重量，歷經(jīng)漫長的地質(zhì)年代后，由于材料的蠕變性及地下水平方向的約束條件，導(dǎo)由于材料的蠕變性及地下水平方向的約束條件，導(dǎo)致水平應(yīng)力最終與鉛重應(yīng)力相均衡。致水平應(yīng)力最終與鉛重應(yīng)力相均衡。 這一法則，仍為許多巖石力學(xué)家在認(rèn)識深部地應(yīng)力這一法則，仍為許多巖石力學(xué)家在認(rèn)識深部地應(yīng)力狀態(tài)時所接受。狀態(tài)時所接受。 2、

4、金尼克假設(shè)、金尼克假設(shè) 1926年，原蘇聯(lián)學(xué)者金尼克修正了海姆的靜年，原蘇聯(lián)學(xué)者金尼克修正了海姆的靜水壓力假設(shè)，水壓力假設(shè)， 他認(rèn)為地殼中各點的垂直應(yīng)力等于上覆蓋巖他認(rèn)為地殼中各點的垂直應(yīng)力等于上覆蓋巖層的重量，層的重量， 而側(cè)向應(yīng)力（水平應(yīng)力）是泊松效應(yīng)的結(jié)果，而側(cè)向應(yīng)力（水平應(yīng)力）是泊松效應(yīng)的結(jié)果，其值應(yīng)為其值應(yīng)為 乘以一個修正系數(shù)。乘以一個修正系數(shù)。H 2、金尼克假設(shè)、金尼克假設(shè) 金尼克根據(jù)彈性理論（假定巖體是均勻的、連金尼克根據(jù)彈性理論（假定巖體是均勻的、連續(xù)的彈性介質(zhì)體，得出水平應(yīng)力總歸小于鉛垂續(xù)的彈性介質(zhì)體，得出水平應(yīng)力總歸小于鉛垂應(yīng)力的結(jié)論），應(yīng)力的結(jié)論）， 認(rèn)為這個認(rèn)為這個測壓

5、系數(shù)測壓系數(shù)等于等于 ，即：，即： 式中：式中： 上覆蓋巖層的泊松比，巖石的泊松上覆蓋巖層的泊松比，巖石的泊松比的常值范圍為比的常值范圍為0.150.30。1,1vhHH 此時，當(dāng)此時，當(dāng) 時，時， ，即，即海姆假說海姆假說只是金尼克假說的一個特例只是金尼克假說的一個特例。 同期的其他一些人主要關(guān)心的也是如何用同期的其他一些人主要關(guān)心的也是如何用一些數(shù)學(xué)公式來定量地計算地應(yīng)力的大小，一些數(shù)學(xué)公式來定量地計算地應(yīng)力的大小，并且也都認(rèn)為地應(yīng)力只與重力有關(guān)，即以并且也都認(rèn)為地應(yīng)力只與重力有關(guān)，即以垂直應(yīng)力為主，他們不同點只在于測壓系垂直應(yīng)力為主，他們不同點只在于測壓系數(shù)的不同。數(shù)的不同。0.5hvH

6、小結(jié)小結(jié)c c 地應(yīng)力分布理論：地應(yīng)力分布理論：1 1）海姆假設(shè)：）海姆假設(shè)：（首次提出了地應(yīng)力的概念，靜首次提出了地應(yīng)力的概念，靜水壓力假設(shè)）水壓力假設(shè)） 海姆假說：海姆假說：在巖體深處的初始垂直應(yīng)力與其上覆巖體的重在巖體深處的初始垂直應(yīng)力與其上覆巖體的重量成正比，而水平應(yīng)力大致與垂直應(yīng)力相等。量成正比，而水平應(yīng)力大致與垂直應(yīng)力相等。2 2）金尼克假設(shè)：）金尼克假設(shè)：（彈性力學(xué)假設(shè)）彈性力學(xué)假設(shè)） ， v v 為上覆巖層的柏松比。為上覆巖層的柏松比。修正了海姆的靜水壓力假設(shè)，認(rèn)為地殼中垂直應(yīng)力等于上修正了海姆的靜水壓力假設(shè)，認(rèn)為地殼中垂直應(yīng)力等于上覆巖層重量，而水平應(yīng)力是泊松效應(yīng)的結(jié)果。覆巖

7、層重量，而水平應(yīng)力是泊松效應(yīng)的結(jié)果。HvhHvHh1 我國的地質(zhì)學(xué)家李四光：李四光： 20年代指出“在構(gòu)造應(yīng)力的作用僅影響地在構(gòu)造應(yīng)力的作用僅影響地殼上層一定厚度的情況下，水平應(yīng)力分量殼上層一定厚度的情況下，水平應(yīng)力分量的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過垂直應(yīng)力分量的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過垂直應(yīng)力分量”。 50年代，年代，哈斯特哈斯特在測試地應(yīng)力時也發(fā)現(xiàn)地在測試地應(yīng)力時也發(fā)現(xiàn)地殼上部的最大主應(yīng)力幾乎處處是水平或接殼上部的最大主應(yīng)力幾乎處處是水平或接近水平的，而且近水平的，而且最大水平應(yīng)力主應(yīng)力一般最大水平應(yīng)力主應(yīng)力一般為垂直應(yīng)力的為垂直應(yīng)力的12倍倍。 這樣就從根本上動搖了地應(yīng)力是靜水壓應(yīng)這樣就從根本上動搖了地應(yīng)力是靜

8、水壓應(yīng)力的理論和垂直應(yīng)力為主的觀點。力的理論和垂直應(yīng)力為主的觀點。3 3）李四光：）李四光：在在構(gòu)造應(yīng)力的作用構(gòu)造應(yīng)力的作用僅影響地殼上層一僅影響地殼上層一定厚度的情況下，水平應(yīng)力分量的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過垂定厚度的情況下，水平應(yīng)力分量的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過垂直應(yīng)力分量。直應(yīng)力分量。4 4）哈斯特：）哈斯特：地應(yīng)力測量發(fā)現(xiàn)存在于地殼上部的地應(yīng)力測量發(fā)現(xiàn)存在于地殼上部的最最大主應(yīng)力大主應(yīng)力幾乎處處是幾乎處處是水平或接近水平水平或接近水平的，從根本上動的，從根本上動搖了地應(yīng)力是靜水壓力的理論和以垂直應(yīng)力為主的觀搖了地應(yīng)力是靜水壓力的理論和以垂直應(yīng)力為主的觀點。點。 5 5）近期研究：）近期研究：重力作用和構(gòu)造

9、運動是引起地應(yīng)力的重力作用和構(gòu)造運動是引起地應(yīng)力的主要原因，其中尤以主要原因，其中尤以水平方向的構(gòu)造運動水平方向的構(gòu)造運動對地應(yīng)力的對地應(yīng)力的形成影響最大。當(dāng)前的應(yīng)力狀態(tài)主要由形成影響最大。當(dāng)前的應(yīng)力狀態(tài)主要由最近一次的構(gòu)最近一次的構(gòu)造運動造運動所控制，但也與歷史上的構(gòu)造運動有關(guān)。所控制，但也與歷史上的構(gòu)造運動有關(guān)。c c 地應(yīng)力分布理論：地應(yīng)力分布理論： 因此，重力作用和構(gòu)造運動是引起地應(yīng)因此，重力作用和構(gòu)造運動是引起地應(yīng)力的主要原因，力的主要原因， 地應(yīng)力的大小和方向不可能通過數(shù)學(xué)計地應(yīng)力的大小和方向不可能通過數(shù)學(xué)計算或模型分析的方法來獲得，要了解一算或模型分析的方法來獲得，要了解一個地區(qū)

10、的地應(yīng)力狀態(tài)，唯一的方法就是個地區(qū)的地應(yīng)力狀態(tài)，唯一的方法就是進(jìn)行地應(yīng)力測量。進(jìn)行地應(yīng)力測量。 因此，重力作用和構(gòu)造運動是引起地應(yīng)因此，重力作用和構(gòu)造運動是引起地應(yīng)力的主要原因，力的主要原因， 地應(yīng)力的大小和方向不可能通過數(shù)學(xué)計地應(yīng)力的大小和方向不可能通過數(shù)學(xué)計算或模型分析的方法來獲得，要了解一算或模型分析的方法來獲得，要了解一個地區(qū)的地應(yīng)力狀態(tài)，唯一的方法就是個地區(qū)的地應(yīng)力狀態(tài)，唯一的方法就是進(jìn)行地應(yīng)力測量。進(jìn)行地應(yīng)力測量。 6.2 地應(yīng)力的成因地應(yīng)力的成因 產(chǎn)生地應(yīng)力的原因是十分復(fù)雜的，至今也產(chǎn)生地應(yīng)力的原因是十分復(fù)雜的，至今也不是十分清楚。不是十分清楚。 近近30多年來的實測和理論分析表

11、明，地應(yīng)多年來的實測和理論分析表明，地應(yīng)力的形成主要與地球的各種運動過程密切力的形成主要與地球的各種運動過程密切相關(guān)，相關(guān)，研究研究意義意義三、地應(yīng)力場的組成三、地應(yīng)力場的組成 地應(yīng)力場是下述各種應(yīng)力場的迭加，其中構(gòu)造應(yīng)力場和自重應(yīng)力場是主要組成部分。 （1）大陸板塊邊界受壓引起的應(yīng)力場 構(gòu)造應(yīng)力； （2）地幔熱對流引起的應(yīng)力場； （3）由地心引力引起的應(yīng)力場 自重應(yīng)力； （4）巖漿侵入引起的應(yīng)力場 局部應(yīng)力 ； （5）地溫梯度引起的應(yīng)力場 溫差應(yīng)力 ； （6）地表剝蝕產(chǎn)生的應(yīng)力場 剝蝕應(yīng)力。組要組要組成組成部分部分4.1概述 4.1.2地應(yīng)力的成因和影響因素四、巖體的自重應(yīng)力四、巖體的自重應(yīng)

12、力由巖體的自重引起的應(yīng)力稱為自重應(yīng)力。研究巖體的自重應(yīng)力時 一般將巖體視為均勻、連續(xù)且各向同性的彈性體； 用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)原理進(jìn)行分析； 將巖體視為半無限體，即上部以地表為界，下部及水平方向均無界限。4.1.2地應(yīng)力的成因和影響因素 四、巖體的自重應(yīng)力1.巖體中某點的自重應(yīng)力的求取 設(shè)距地表深度為H處取一單元體（圖4-2）， 并設(shè)其為各向同性的彈性體。 垂直應(yīng)力即為該單元體上覆巖體的重量，即： z=H (4-2) 式中：上覆巖體的平均重力密度（kN/m3）。 由約束條件x=y=0和廣義虎克定律，可得到水平應(yīng)力，即： 側(cè)壓系數(shù)：某點的水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值稱為側(cè)壓系數(shù)，即： (4-4)11xyz

13、H1xz4.1.2地應(yīng)力的成因和影響因素 四、巖體的自重應(yīng)力2.多層巖體自重應(yīng)力的求取若巖體由多層不同重力密度的巖層 所組成（圖4-3）： 各巖層的厚度為hi ,重度為i,泊松比 為i(i=1,2,n)。 則第n層底面巖體的自重初始應(yīng)力為： 11 (4-6)1nziiinnxynziiinhh 4.1.2地應(yīng)力的成因和影響因素 四、巖體的自重應(yīng)力關(guān)于側(cè)壓系數(shù)的討論 一般巖體的泊松比=0.20.35，故=0.250.54 即在自重應(yīng)力場中，z、x、y都是主應(yīng)力， 且x = y =（0.250.54）z 。 巖體越軟，則越大，故越大。 當(dāng)巖石處于塑性狀態(tài)時，即=0.5時，=1，此時 x = y =

14、 z 。 它表示巖體處于靜水應(yīng)力狀態(tài)，即海姆假說。 海姆認(rèn)為巖石長期受重力作用產(chǎn)生塑性變形，甚至在深度不大時也會 發(fā)展成各向應(yīng)力相等的隱塑性狀態(tài)。 地殼深處，由于高溫高壓，堅硬的脆性巖石也將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)。 據(jù)估算，此深度應(yīng)在距地表10km以下。4.1.2地應(yīng)力的成因和影響因素 四、巖體的自重應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力 構(gòu)造應(yīng)力：由構(gòu)造運動引起的應(yīng)力稱為構(gòu)造應(yīng)力。 構(gòu)造運動：由地球內(nèi)動力地質(zhì)作用，引起地殼變化，使巖層或 巖體發(fā)生變形和變位的運動，稱為地殼運動，也常稱為構(gòu)造 運動。 近代地質(zhì)力學(xué)的觀點認(rèn)為，在全球范圍內(nèi)，構(gòu)造應(yīng)力的總規(guī)律是以水平應(yīng)力為主。 李四光認(rèn)為，因地球自轉(zhuǎn)角度的變化而產(chǎn)生地殼

15、水平方向的運動是造成構(gòu)造應(yīng)力以水平應(yīng)力為主的重要原因。4.1.2地應(yīng)力的成因和影響因素 五、構(gòu)造應(yīng)力4.2地應(yīng)力場的分布規(guī)律 自從哈斯特首開地應(yīng)力測量先河之后，各國巖石力學(xué)工作者也紛紛開展了地應(yīng)力測量工作，積累了豐富的實測資料。 霍克和布朗等人對這些資料進(jìn)行了分析和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)淺部地殼應(yīng)力分布具有一些基本規(guī)律。 下面從以下四個方面介紹這些規(guī)律： 4.2.1地應(yīng)力場的宏觀表現(xiàn) 4.2.2地應(yīng)力場各分量之間的關(guān)系 4.2.3地應(yīng)力場隨深度的變化規(guī)律 4.2.4影響地應(yīng)力場分布的主要因素4.巖體地應(yīng)力及其測量方法 4.2地應(yīng)力場的分布規(guī)律4.2.1地應(yīng)力場的宏觀表現(xiàn)地應(yīng)力場是一個具有相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定

16、應(yīng)力場，它是時間和空間的函數(shù)。“非穩(wěn)定應(yīng)力場”表現(xiàn)在： 就空間而言，各處的應(yīng)力狀態(tài)（方向、大?。┦亲兓模?就時間而言，因地震、巖漿侵入、地表剝蝕、人類活動等 作用，各處的應(yīng)力狀態(tài)也是變化的。 地震前，應(yīng)力積累，應(yīng)力值不斷升高； 地震后，應(yīng)力得到釋放，應(yīng)力值大幅度下降； 地震時主應(yīng)力方向會發(fā)生明顯變化，震后一段時間又會恢復(fù)到震前的 狀態(tài)。4.2地應(yīng)力場的分布規(guī)律 4.2.1地應(yīng)力場的宏觀表現(xiàn)“具有相對穩(wěn)定性”表現(xiàn)在： 就空間而言，在小范圍內(nèi)，應(yīng)力狀態(tài)的變化很明顯； 但就整個地區(qū)整體而言，地應(yīng)力的變化是不大的。 就時間而言，應(yīng)力狀態(tài)的變化是緩慢的。 地震引起的應(yīng)力突然變化是短時的。4.2地應(yīng)力場

17、的分布規(guī)律 4.2.1地應(yīng)力場的宏觀表現(xiàn)4.2.2地應(yīng)力場各分量之間的關(guān)系（1）水平地應(yīng)力與垂直地應(yīng)力的關(guān)系 水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力。 實測資料表明，在絕大多數(shù)地區(qū)均有兩個主應(yīng)力位于水平或接近水平的平面 內(nèi)，其與水平面的夾角一般不大于30； 最大水平主應(yīng)力h，max普遍大于垂直應(yīng)力v， 一般h，max / v =0.55.5，在很多情況下大于2。（見表4-1，P96） 平均水平應(yīng)力h，av也普遍大于v ，一般h，av / v =0.55.0， 大多數(shù)為0.81.5（表4-1）。 垂直應(yīng)力v在多數(shù)情況下為min,少數(shù)情況下為m,只在個別 情況下為max。4.2地應(yīng)力場的分布規(guī)律 4.2.2地應(yīng)

18、力場各分量之間的關(guān)系(2)水平地應(yīng)力兩主應(yīng)力分量之間的關(guān)系最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性。 h,min/h,max一般為0.20.8，多數(shù)為0.40.8，參見表4-2。4.2地應(yīng)力場的分布規(guī)律 4.2.2地應(yīng)力場各分量之間的關(guān)系4.2.3地應(yīng)力場隨深度的變化規(guī)律（1）垂直應(yīng)力隨深度的變化規(guī)律實測垂直應(yīng)力隨深度近似線性增長，基本等于上覆巖層的重量。 從圖4-4看出，在252700m范圍內(nèi)，垂直應(yīng)力v呈線性 增長。 大致相當(dāng)于按=27kN/m3計算出來的重力H。在某些地區(qū)的測量結(jié)果有一定幅度的偏差。引起偏差的原因： 測量引起的誤差； 板塊移動、巖漿對流和侵入、擴(kuò)

19、容、不均勻膨脹等。4.2地應(yīng)力場的分布規(guī)律 4.2.3地應(yīng)力場隨深度的變化規(guī)律（2）水平應(yīng)力隨深度的變化規(guī)律最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力也隨深度呈線性增長關(guān)系。 斯蒂芬森給出了某地區(qū)由實測結(jié)果總結(jié)的線性方程： h,max=6.7+0.0444H（MPa） h,min=0.8+0.0329H (MPa) 上兩式中常數(shù)項較大，反映了在某些地區(qū)近地表處仍存在顯著 水平應(yīng)力的事實。 4.2地應(yīng)力場的分布規(guī)律 4.2.3地應(yīng)力場隨深度的變化規(guī)律4.2地應(yīng)力場的分布規(guī)律 4.2.3地應(yīng)力場隨深度的變化規(guī)律（3）應(yīng)力比值深度的變化規(guī)律平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值隨深度增加而減小，但在不同地區(qū)，變化的速度很

20、不相同。 霍克和布朗根據(jù)各國實測資料，總結(jié)出如下規(guī)律： 式中：H深度（m）。1000.30.5 (4-8)hvHH,av15004.2.4影響地應(yīng)力場分布的主要因素地應(yīng)力的分布規(guī)律受以下因素影響而發(fā)生變化： 影響因素：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。 特別是地形和斷層的擾動影響最大。4.2地應(yīng)力場的分布規(guī)律 4.2.4影響地應(yīng)力場分布的主要因素地形對地應(yīng)力的影響一般來說，谷底是應(yīng)力集中的部位，越靠近谷底應(yīng)力集中越明顯。最大主應(yīng)力在谷底或河床中心近于水平，而在兩岸岸坡則向谷底或河床傾斜，并大致與坡面相平行。4.2地應(yīng)力場的分布規(guī)律 4.2.4影響地應(yīng)力場分布的

21、主要因素錦屏河谷下切后最大主應(yīng)力分布錦屏河谷下切后剪應(yīng)力分布圖斷層和結(jié)構(gòu)面對地應(yīng)力的影響 在斷層和結(jié)構(gòu)面附近，地應(yīng)力分布狀態(tài)將會受到明顯的擾動。 斷層端部、拐角處及交匯處將出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。 端部的應(yīng)力集中與斷層長度有關(guān)，長度越大，應(yīng)力集中越強(qiáng)烈； 拐角處的應(yīng)力集中程度與拐角大小及其與地應(yīng)力的相互關(guān)系有關(guān)。 由于斷層帶中的巖體一般都較軟弱和破碎，不能承受高的應(yīng)力和不利于能量積累，所以成為應(yīng)力降低帶，其最大主應(yīng)力和最小 主應(yīng)力與周圍巖體相比均顯著減小。 同時，斷層的性質(zhì)不同，對周圍巖體應(yīng)力狀態(tài)的影響也不同。 壓性斷層中的應(yīng)力狀態(tài)與周圍巖體比較接近，僅是主應(yīng)力的大小比周圍巖體 有所下降； 而張性

22、斷層中的地應(yīng)力大小和方向與周圍巖體相比均發(fā)生顯著變化。4.2地應(yīng)力場的分布規(guī)律 4.2.4影響地應(yīng)力場分布的主要因素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)象一、高地應(yīng)力判別準(zhǔn)則二、高地應(yīng)力現(xiàn)象4.3.2巖爆及其防治措施（略）4.巖體地應(yīng)力及其測量方法 4.3高地應(yīng)力區(qū)特征一、高地應(yīng)力判別準(zhǔn)則高地應(yīng)力是相對圍巖強(qiáng)度而言的。即應(yīng)以圍巖 內(nèi)部的最大地應(yīng)力與圍巖強(qiáng)度（Rb）的比值 （圍巖強(qiáng)度比= Rb /max）來 判別是否是高地應(yīng)力。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)象一、高地應(yīng)力判別準(zhǔn)則 高地應(yīng)力是相對圍巖強(qiáng)度而言的。即應(yīng)以圍巖內(nèi)部的最大地應(yīng)力與圍巖強(qiáng)

23、度（Rb）的比值（圍巖強(qiáng)度比= Rb /max）來判別是否是高地應(yīng)力。 表4-3列出了一些以圍巖強(qiáng)度比為指標(biāo)劃分地應(yīng)力的分級標(biāo)準(zhǔn)。其中我國的分級標(biāo)準(zhǔn)為： 極高地應(yīng)力：Rb /max4； 高地應(yīng)力： Rb /max =47； 一般地應(yīng)力： Rb /max 7。目前，在地下工程的設(shè)計施工中，都把圍巖強(qiáng)度比作為判斷圍巖穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，有的還作為圍巖分級的重要指標(biāo)。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)象二、高地應(yīng)力現(xiàn)象 巖芯餅化現(xiàn)象 巖芯被一系列垂直于巖芯軸線的平行斷裂面切割成餅狀的現(xiàn)象。 在中等強(qiáng)度以下的巖體中鉆孔取芯時，常可見到這種現(xiàn)象。 從巖石力學(xué)破裂成因分析，巖芯餅化

24、是剪張破裂產(chǎn)物。 在高地應(yīng)力區(qū)鉆孔，除巖芯餅化外，還能發(fā)現(xiàn)鉆孔縮徑現(xiàn)象。 巖爆 在高地應(yīng)力地區(qū)的較堅硬完整的巖石中開挖隧洞時，圍巖常發(fā)生巖片崩射或 剝落的破壞現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為巖爆。 巖爆是巖石被擠壓到彈性極限，巖體內(nèi)積聚的能量突然釋放所造成的。 巖爆是圍巖各種失穩(wěn)現(xiàn)象中反映最強(qiáng)烈的一種，是一種危險的工程災(zāi)害。 它的突發(fā)性給施工人員和設(shè)施的安全造成很大威脅。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)象二、高地應(yīng)力現(xiàn)象 洞壁圍巖產(chǎn)生剝離現(xiàn)象和縮頸現(xiàn)象 在中等強(qiáng)度以下的巖體中開挖隧洞，洞壁巖體常產(chǎn)生剝離現(xiàn)象。 有時裂縫一直延伸到巖體淺層內(nèi)部，錘擊時有破啞聲。 在軟質(zhì)巖體中洞體則產(chǎn)

25、生較大的變形，位移顯著， 持續(xù)時間長，洞徑明顯縮小。 巖質(zhì)基坑底部隆起、剝離以及 回彈錯動現(xiàn)象。 在堅硬巖體表面開挖基坑或槽， 在開挖過程中會產(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， 則會在基坑斜坡上出現(xiàn)回彈錯動 現(xiàn)象（如圖4-6）。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)象二、高地應(yīng)力現(xiàn)象野外原位測試測得的巖體 物理力學(xué)指標(biāo)比實驗室 巖塊試驗結(jié)果高。 由于高地應(yīng)力的存在，致使 巖體的聲波速度、彈性模量 等參數(shù)增高，甚至比實驗室 無應(yīng)力狀態(tài)巖塊測得的參數(shù)高。 野外原位變形測試曲線的形狀 也會變化，在軸上有截距（圖4-7）。

26、 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4.4 地應(yīng)力測量方法 4.4.1 地應(yīng)力測量的基本原理 4.4.2 水壓致裂法 4.4.3 應(yīng)力解除法 4.4.4 應(yīng)力恢復(fù)法 4.4.5 聲發(fā)射法4.巖體地應(yīng)力及其測量方法 4.4地應(yīng)力的測量方法測量方法：測量方法：1 1）測量）測量手段手段的不同劃分：的不同劃分： 構(gòu)造法、變形法、電磁法、地震法、放射性法。構(gòu)造法、變形法、電磁法、地震法、放射性法。2 2）測量）測量原理原理的不同劃分：的不同劃分： 應(yīng)力恢復(fù)法、應(yīng)力解除法、應(yīng)變恢復(fù)法、應(yīng)變解除法、應(yīng)力恢復(fù)法、應(yīng)力解除法、應(yīng)變恢復(fù)法、應(yīng)變解除法、水壓致裂法、聲發(fā)射法、水壓致裂法

27、、聲發(fā)射法、X X射線法、重力法射線法、重力法3 3）測量）測量基本原理基本原理不同劃分：不同劃分： 直接測量法：直接測量法：由測量儀器直接測量和記錄各種應(yīng)力量，并由這些應(yīng)由測量儀器直接測量和記錄各種應(yīng)力量，并由這些應(yīng) 力量和原巖應(yīng)力的相互關(guān)系，通過計算獲得原巖應(yīng)力值。力量和原巖應(yīng)力的相互關(guān)系，通過計算獲得原巖應(yīng)力值。 間接測量法：間接測量法：借助某些傳感元件或某些介質(zhì)，測量和記錄巖體中借助某些傳感元件或某些介質(zhì)，測量和記錄巖體中 某些與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化，然后由測得的間接物某些與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化，然后由測得的間接物 理量的變化，通過已知的公式計算巖體中的應(yīng)力值。理量的變化，

28、通過已知的公式計算巖體中的應(yīng)力值。 4.巖體地應(yīng)力及其測量方法 4.4地應(yīng)力的測量方法 直接測量法：直接測量法： 由測量儀器直接測量和記錄各種應(yīng)力量，如補償應(yīng)由測量儀器直接測量和記錄各種應(yīng)力量，如補償應(yīng)力、平衡應(yīng)力，并由這些應(yīng)力量和原巖應(yīng)力的相互力、平衡應(yīng)力，并由這些應(yīng)力量和原巖應(yīng)力的相互關(guān)系，通過計算獲得原巖應(yīng)力值的方法。在計算過關(guān)系，通過計算獲得原巖應(yīng)力值的方法。在計算過程中并不涉及不同物理量的換算，不需要知道巖石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)力的物理力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。應(yīng)變關(guān)系。 扁千斤頂法、水壓致裂法、剛性包體應(yīng)力計法和聲扁千斤頂法、水壓致裂法、剛

29、性包體應(yīng)力計法和聲發(fā)射法等均屬此種測量法，其中，水壓致裂法是目發(fā)射法等均屬此種測量法，其中，水壓致裂法是目前應(yīng)用最廣的方法，聲發(fā)射次之。前應(yīng)用最廣的方法，聲發(fā)射次之。4.巖體地應(yīng)力及其測量方法 4.4地應(yīng)力的測量方法 間接測量法：間接測量法： 不直接測量應(yīng)力量，而是借助某些傳感器元件或不直接測量應(yīng)力量，而是借助某些傳感器元件或某些介質(zhì)，測量和記錄巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的某些介質(zhì)，測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，如巖體中的變形或應(yīng)變、彈間接物理量的變化，如巖體中的變形或應(yīng)變、彈性波傳播速度變化等，性波傳播速度變化等， 然后由測得的間接物理量的變化，通過已知的公然后由測得的間接物理

30、量的變化，通過已知的公式計算巖體中的應(yīng)力值的方法。式計算巖體中的應(yīng)力值的方法。4.巖體地應(yīng)力及其測量方法 4.4地應(yīng)力的測量方法 間接測量法：間接測量法： 因此，在間接測量法中，為了計算應(yīng)力值，首先必因此，在間接測量法中，為了計算應(yīng)力值，首先必須確定巖體的某些物理力學(xué)性質(zhì)以及所測物理量和須確定巖體的某些物理力學(xué)性質(zhì)以及所測物理量和應(yīng)力的相互關(guān)系。應(yīng)力的相互關(guān)系。 其中，其中，套孔應(yīng)力解除法是目前國內(nèi)外最普遍采用的套孔應(yīng)力解除法是目前國內(nèi)外最普遍采用的，且發(fā)展較為成熟的一種間接測量地應(yīng)力的方法。且發(fā)展較為成熟的一種間接測量地應(yīng)力的方法。4.巖體地應(yīng)力及其測量方法 4.4地應(yīng)力的測量方法直接測量法

31、直接測量法1 1 水壓致裂法水壓致裂法2 2 應(yīng)力恢復(fù)法（應(yīng)力恢復(fù)法（扁千斤頂法扁千斤頂法）3 3 聲發(fā)射法聲發(fā)射法4.巖體地應(yīng)力及其測量方法 4.4地應(yīng)力的測量方法間間接測量法接測量法 4 4 應(yīng)力解除法應(yīng)力解除法1）水壓致裂法）水壓致裂法 水壓致裂法是石油行業(yè)為了提高石油產(chǎn)量，在鉆井水壓致裂法是石油行業(yè)為了提高石油產(chǎn)量，在鉆井中用水壓方法使鉆井產(chǎn)生人工裂隙而出現(xiàn)的一種方中用水壓方法使鉆井產(chǎn)生人工裂隙而出現(xiàn)的一種方法，法，20世紀(jì)世紀(jì)50年代被廣泛應(yīng)用于油田生產(chǎn)。年代被廣泛應(yīng)用于油田生產(chǎn)。 哈伯特（哈伯特（M.K.Hubbert）和威利斯（）和威利斯（D.G.Willis）發(fā)）發(fā)現(xiàn)了水壓致裂

32、裂隙和原巖應(yīng)力之間的關(guān)系，現(xiàn)了水壓致裂裂隙和原巖應(yīng)力之間的關(guān)系， 后來又被費爾赫斯特（后來又被費爾赫斯特（C.Fairhurst）和海姆森）和海姆森（B.C.Haimson）應(yīng)用于地應(yīng)力測量。）應(yīng)用于地應(yīng)力測量。4.4地應(yīng)力測量方法 4.4.2水壓致裂法直接測量法直接測量法原理 從彈性力學(xué)理論可知，當(dāng)一個位于無限體中的鉆孔從彈性力學(xué)理論可知，當(dāng)一個位于無限體中的鉆孔受到無窮遠(yuǎn)處二維應(yīng)力場受到無窮遠(yuǎn)處二維應(yīng)力場( ( ， ) )的作用時，離開鉆孔端的作用時，離開鉆孔端部一定距離的部位處于平面應(yīng)變狀態(tài)。在這些部位，鉆孔部一定距離的部位處于平面應(yīng)變狀態(tài)。在這些部位，鉆孔周邊的應(yīng)力為周邊的應(yīng)力為式中，

33、式中， 和和 分別為鉆孔周邊的切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力；分別為鉆孔周邊的切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力； 為周邊一點與為周邊一點與 軸的夾角。軸的夾角。 當(dāng)當(dāng) 0 0時，時， 取得極小值，此時取得極小值，此時 122cos)(221210rr11231）水壓致裂法）水壓致裂法直接測量法直接測量法原理如果采用圖所示的水壓致裂如果采用圖所示的水壓致裂系統(tǒng)將鉆孔某段封隔起來，系統(tǒng)將鉆孔某段封隔起來，并向該段鉆孔注入高壓水，并向該段鉆孔注入高壓水，當(dāng)水壓超過當(dāng)水壓超過 和巖石和巖石抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度T T之和后，在之和后，在 0 0處，也即所在方位將發(fā)生孔處，也即所在方位將發(fā)生孔壁開裂。設(shè)鉆孔壁發(fā)生初始壁開裂。設(shè)鉆孔壁發(fā)

34、生初始開裂時的水壓為開裂時的水壓為 ，則有，則有123iPTPi1231）水壓致裂法）水壓致裂法P3水壓致裂應(yīng)力測量原理試驗段封隔器水致裂裝置裂隙21231直接測量法直接測量法原理如果繼續(xù)向封隔段注入高壓如果繼續(xù)向封隔段注入高壓水，使裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，當(dāng)水，使裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，當(dāng)裂隙深度達(dá)到裂隙深度達(dá)到3 3倍鉆孔直徑時，倍鉆孔直徑時，此處已接近原巖應(yīng)力狀態(tài)，此處已接近原巖應(yīng)力狀態(tài)，停止加壓，保持壓力恒定，停止加壓，保持壓力恒定，將該恒定壓力記為將該恒定壓力記為P Ps s,P,Ps s應(yīng)和應(yīng)和原巖應(yīng)力相平衡，原巖應(yīng)力相平衡， 即即 2sP1）水壓致裂法）水壓致裂法P3水壓致裂應(yīng)力測量原理試驗段封

35、隔器水致裂裝置裂隙21231直接測量法直接測量法原理在鉆孔中存在裂隙水的情況在鉆孔中存在裂隙水的情況下，如封隔段處的裂隙水壓下，如封隔段處的裂隙水壓力為力為P P0 0 , ,則則0123PTPi在初始裂隙產(chǎn)生后，將水在初始裂隙產(chǎn)生后，將水壓卸除，使裂隙閉合，然壓卸除，使裂隙閉合，然后再重新向封隔段加壓，后再重新向封隔段加壓，使裂隙重新打開，記裂隙使裂隙重新打開，記裂隙重開時的壓力為重開時的壓力為P Pr r，則有，則有 0123PPr1）水壓致裂法）水壓致裂法P3水壓致裂應(yīng)力測量原理試驗段封隔器水致裂裝置裂隙21231直接測量法直接測量法原理由以上兩由以上兩式求式求 和和 就無須就無須知道巖

36、石的抗拉強(qiáng)度。因此，知道巖石的抗拉強(qiáng)度。因此，由水壓致裂法測量原巖應(yīng)力由水壓致裂法測量原巖應(yīng)力將不涉及巖石的物理力學(xué)性將不涉及巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，而完全由測量和記錄的質(zhì)，而完全由測量和記錄的壓力值來決定。壓力值來決定。 0123PPr2sP121）水壓致裂法）水壓致裂法P3水壓致裂應(yīng)力測量原理試驗段封隔器水致裂裝置裂隙21231直接測量法直接測量法測量步驟 1）打鉆孔到準(zhǔn)備測量應(yīng)力）打鉆孔到準(zhǔn)備測量應(yīng)力的部位，井將鉆孔中待加壓的部位，井將鉆孔中待加壓段用封隔器密封起來，鉆孔段用封隔器密封起來，鉆孔直徑與所選用的封隔器的直直徑與所選用的封隔器的直徑相一致。封隔器一般是充徑相一致。封隔器一般是充壓

37、膨脹式的，充壓可用液體，壓膨脹式的，充壓可用液體，也可用氣體。也可用氣體。1）水壓致裂法）水壓致裂法直接測量法直接測量法測量步驟 2 2）向隔離段注射高壓水，加大）向隔離段注射高壓水，加大水壓，直至孔壁出現(xiàn)開裂，獲水壓，直至孔壁出現(xiàn)開裂，獲得初始開裂壓力得初始開裂壓力Pi ；然后繼續(xù)；然后繼續(xù)施加水壓以擴(kuò)張裂隙，當(dāng)裂隙施加水壓以擴(kuò)張裂隙，當(dāng)裂隙擴(kuò)張至擴(kuò)張至3 3倍直徑深度時，關(guān)閉高倍直徑深度時，關(guān)閉高水壓系統(tǒng)，保持水壓恒定，此水壓系統(tǒng)，保持水壓恒定，此時應(yīng)力為關(guān)閉壓力，記為時應(yīng)力為關(guān)閉壓力，記為Ps ；最后卸壓，使裂隙閉合。在整最后卸壓，使裂隙閉合。在整個加壓過程中，記錄壓力個加壓過程中，記錄

38、壓力- -時間時間曲線圖和流量曲線圖和流量- -時間曲線圖，確時間曲線圖，確定定Pi ， Ps值。值。1）水壓致裂法）水壓致裂法直接測量法直接測量法測量步驟 3 3）重新向密封段注射高壓水，）重新向密封段注射高壓水，使裂隙重新打開并記下裂隙重使裂隙重新打開并記下裂隙重開時的壓力開時的壓力P Pr r和隨后的恒定關(guān)和隨后的恒定關(guān)閉壓力閉壓力P Ps s。這種卸壓。這種卸壓- -重新加壓重新加壓的過程重復(fù)的過程重復(fù)2 23 3次，以提高測次，以提高測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。P Pr r和和P Ps s同樣同樣由壓力由壓力- -時間曲線和流量時間曲線和流量- -時間時間曲線確定。曲線確定。1

39、）水壓致裂法）水壓致裂法直接測量法直接測量法測量步驟 4）將封隔器完全卸壓，連同加）將封隔器完全卸壓，連同加壓管等全部設(shè)備從鉆孔中取出。壓管等全部設(shè)備從鉆孔中取出。5）測量水壓致裂裂隙和鉆孔試）測量水壓致裂裂隙和鉆孔試驗段天然節(jié)理、裂隙的位置、驗段天然節(jié)理、裂隙的位置、方向和大小，測量可以采用井方向和大小，測量可以采用井下攝影機(jī)、井下電視、井下光下攝影機(jī)、井下電視、井下光學(xué)望遠(yuǎn)鏡或印模器。學(xué)望遠(yuǎn)鏡或印模器。 1）水壓致裂法）水壓致裂法直接測量法直接測量法優(yōu)缺點 水壓致裂測量結(jié)果只能確定垂直于鉆孔平面內(nèi)水壓致裂測量結(jié)果只能確定垂直于鉆孔平面內(nèi)的最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力的大小和方向，所以的最大主應(yīng)力

40、和最小主應(yīng)力的大小和方向，所以從原理上講，它是一種從原理上講，它是一種二維應(yīng)力測量方法二維應(yīng)力測量方法。 水壓致裂法認(rèn)為初始開裂發(fā)生在水壓致裂法認(rèn)為初始開裂發(fā)生在鉆孔壁切向應(yīng)鉆孔壁切向應(yīng)力最小力最小的部位，亦即平行于最大主應(yīng)力的方向，的部位，亦即平行于最大主應(yīng)力的方向，這是基于巖石為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的假設(shè)。這是基于巖石為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的假設(shè)。水壓致裂法較為適用于水壓致裂法較為適用于完整的脆性巖石完整的脆性巖石中。中。 1）水壓致裂法）水壓致裂法直接測量法直接測量法優(yōu)缺點 水壓致裂法的突出優(yōu)點是能測量深部應(yīng)力，已見水壓致裂法的突出優(yōu)點是能測量深部應(yīng)力，已見報道的最大測深為報道的最大測深

41、為5000m，這是其它方法所不能，這是其它方法所不能做到的。因此這種方法可用來測量深部地殼的構(gòu)做到的。因此這種方法可用來測量深部地殼的構(gòu)造應(yīng)力場。同時，對于某些工程，如露天邊坡工造應(yīng)力場。同時，對于某些工程，如露天邊坡工程，由于沒有現(xiàn)成的地下井巷、隧道、峒室等可程，由于沒有現(xiàn)成的地下井巷、隧道、峒室等可用來接近應(yīng)力測量點，或者在地下工程的前期階用來接近應(yīng)力測量點，或者在地下工程的前期階段，需要估計該工程區(qū)域的地應(yīng)力場，也只有使段，需要估計該工程區(qū)域的地應(yīng)力場，也只有使用水壓致裂法才是最經(jīng)濟(jì)實用的。用水壓致裂法才是最經(jīng)濟(jì)實用的。 1）水壓致裂法）水壓致裂法直接測量法直接測量法 水壓致裂法的特點水

42、壓致裂法的特點 設(shè)備簡單設(shè)備簡單。只需用普通鉆探方法打鉆孔，用雙止水。只需用普通鉆探方法打鉆孔，用雙止水裝置密封，用液壓泵通過壓裂裝置壓裂巖體，不需裝置密封，用液壓泵通過壓裂裝置壓裂巖體，不需要復(fù)雜的電磁測量設(shè)備。要復(fù)雜的電磁測量設(shè)備。 操作方便。操作方便。只通過液壓泵向鉆孔內(nèi)注液壓裂巖體，只通過液壓泵向鉆孔內(nèi)注液壓裂巖體，觀測壓裂過程中泵壓、液量即可。觀測壓裂過程中泵壓、液量即可。 測值直觀。測值直觀。它可根據(jù)壓裂時泵壓它可根據(jù)壓裂時泵壓(初始開裂泵壓、穩(wěn)初始開裂泵壓、穩(wěn)定開裂泵壓、關(guān)閉壓力、開啟壓力定開裂泵壓、關(guān)閉壓力、開啟壓力)計算出地應(yīng)力值，計算出地應(yīng)力值，不需要復(fù)雜的換算及輔助測試，

43、同時還可求得巖體不需要復(fù)雜的換算及輔助測試，同時還可求得巖體抗拉強(qiáng)度?？估瓘?qiáng)度。直接測量法直接測量法 測值代表性大：測值代表性大： 所測得的地應(yīng)力值及巖體抗拉強(qiáng)度是代表較所測得的地應(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。大范圍內(nèi)的平均值，有較好的代表性。 適應(yīng)性強(qiáng)適應(yīng)性強(qiáng): 這一方法不需要電磁測量元件，不怕潮濕，這一方法不需要電磁測量元件，不怕潮濕，可在干孔及孔中有水條件下作試驗，不怕電可在干孔及孔中有水條件下作試驗，不怕電磁干擾，不怕震動。磁干擾，不怕震動。 存在一些缺陷：存在一些缺陷： 一方面：它從原理上講，屬于二維應(yīng)力測量一方面：它從原理上講，屬于二維應(yīng)力測量方法，

44、主應(yīng)力方向不能準(zhǔn)確確定，方法，主應(yīng)力方向不能準(zhǔn)確確定， 另一方面：它的理論基礎(chǔ)是基于巖石為連續(xù)、另一方面：它的理論基礎(chǔ)是基于巖石為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的假設(shè)，均質(zhì)和各向同性的假設(shè)， 因而，只適合于完整的脆性巖石中。因而，只適合于完整的脆性巖石中。2）應(yīng)力恢復(fù)法應(yīng)力恢復(fù)法( (扁千斤頂法扁千斤頂法) )示意圖 步驟：步驟：1)1)在準(zhǔn)備測量地應(yīng)在準(zhǔn)備測量地應(yīng)力的巖石表面，安力的巖石表面，安裝兩個測量柱并測裝兩個測量柱并測量兩柱之間的距離量兩柱之間的距離. .2)在與兩柱對稱的中間位置向巖體內(nèi)開挖一個垂直于測在與兩柱對稱的中間位置向巖體內(nèi)開挖一個垂直于測量柱連線的扁槽，并測量記錄開挖過程過程中兩測

45、量柱量柱連線的扁槽，并測量記錄開挖過程過程中兩測量柱之間距離的變化之間距離的變化.直接測量法直接測量法( (扁千斤頂法扁千斤頂法) )示意圖 3)3)將扁千斤頂放入槽將扁千斤頂放入槽內(nèi)并加壓，測量兩柱內(nèi)并加壓，測量兩柱之間的距離，直到恢之間的距離，直到恢復(fù)到扁槽開挖前的距復(fù)到扁槽開挖前的距離，記錄千斤頂壓力；離，記錄千斤頂壓力；這一壓力稱為這一壓力稱為“平衡平衡壓力壓力”或或“補償應(yīng)力補償應(yīng)力”直接測量法直接測量法2）應(yīng)力恢復(fù)法應(yīng)力恢復(fù)法2）扁千斤頂法）扁千斤頂法 扁千斤頂法又稱扁千斤頂法又稱“壓力枕壓力枕”，由兩塊薄鋼板沿周圍，由兩塊薄鋼板沿周圍焊接而成。在周邊處有一個油壓入口和一個出氣閥。

46、焊接而成。在周邊處有一個油壓入口和一個出氣閥。 測量步驟如下：測量步驟如下： 1、在準(zhǔn)備測量應(yīng)力的巖石表面，如巷道、峒室的、在準(zhǔn)備測量應(yīng)力的巖石表面，如巷道、峒室的表面，安裝兩個測量柱，并用微米表測量兩柱之間表面，安裝兩個測量柱，并用微米表測量兩柱之間的距離。的距離。直接測量法直接測量法u2、在與倆測量柱對稱的中間位置向巖體內(nèi)開挖、在與倆測量柱對稱的中間位置向巖體內(nèi)開挖一個垂直于測量柱連線的扁槽，槽的大小、形狀一個垂直于測量柱連線的扁槽，槽的大小、形狀和厚度需和扁千斤頂相一致。和厚度需和扁千斤頂相一致。 由于扁槽的開挖，造成局部應(yīng)力釋放并引起由于扁槽的開挖，造成局部應(yīng)力釋放并引起測量柱之間距離

47、的變化，測量并記錄這一變化值。測量柱之間距離的變化，測量并記錄這一變化值。 3、將扁千斤頂完全塞入槽內(nèi)，必要時需注漿將扁、將扁千斤頂完全塞入槽內(nèi)，必要時需注漿將扁千斤頂和巖石膠結(jié)在一起，然后用電動或手動液壓千斤頂和巖石膠結(jié)在一起，然后用電動或手動液壓泵向其加壓。泵向其加壓。 隨著壓力的增加，兩側(cè)柱之間的距離亦增加，當(dāng)兩隨著壓力的增加，兩側(cè)柱之間的距離亦增加，當(dāng)兩測量柱之間的距離恢復(fù)到扁槽開挖前的大小時，停測量柱之間的距離恢復(fù)到扁槽開挖前的大小時，停止加壓，并記錄此時扁千斤頂中的壓力。止加壓，并記錄此時扁千斤頂中的壓力。 該壓力稱為該壓力稱為“平衡應(yīng)力平衡應(yīng)力”或或“補償應(yīng)力補償應(yīng)力”，等于扁，

48、等于扁槽開挖前表面巖體中垂直于扁千斤頂方向且平行于槽開挖前表面巖體中垂直于扁千斤頂方向且平行于兩測柱連線方向的應(yīng)力。兩測柱連線方向的應(yīng)力。 評價：評價： 1、扁千斤頂法只是一種一維應(yīng)力測量法，不能在、扁千斤頂法只是一種一維應(yīng)力測量法，不能在同一點上測量六個應(yīng)力分量；同一點上測量六個應(yīng)力分量； 2、扁千斤頂法只能在巷道、峒室或其他開挖體表、扁千斤頂法只能在巷道、峒室或其他開挖體表面附近進(jìn)行測量，其測量結(jié)果受開挖擾動影響較大；面附近進(jìn)行測量，其測量結(jié)果受開挖擾動影響較大； 3、扁千斤頂法的測量原理是基于巖石為完全線彈、扁千斤頂法的測量原理是基于巖石為完全線彈性的假設(shè)，對于非線性巖體，其加載和卸載路

49、徑的性的假設(shè)，對于非線性巖體，其加載和卸載路徑的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是不同的。應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是不同的。優(yōu)缺點 3） 聲發(fā)射法聲發(fā)射法(1)測試原理測試原理 材料在受到外載荷作用時，其內(nèi)部存材料在受到外載荷作用時，其內(nèi)部存儲的應(yīng)變能快速釋放產(chǎn)生彈性波，發(fā)儲的應(yīng)變能快速釋放產(chǎn)生彈性波，發(fā)生聲響，稱為聲發(fā)射。生聲響，稱為聲發(fā)射。直接測量法直接測量法3） 聲發(fā)射法聲發(fā)射法(2)凱澤效應(yīng)凱澤效應(yīng) 1950年，德國人凱澤（年，德國人凱澤（J.Kaiser）發(fā)現(xiàn)多晶金屬的）發(fā)現(xiàn)多晶金屬的應(yīng)力從歷史最高水平釋放后，再重新加載，當(dāng)應(yīng)力應(yīng)力從歷史最高水平釋放后，再重新加載，當(dāng)應(yīng)力未達(dá)到先前最大應(yīng)力值時，很少有聲發(fā)射產(chǎn)生，當(dāng)

50、未達(dá)到先前最大應(yīng)力值時，很少有聲發(fā)射產(chǎn)生，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到或超過歷史最高應(yīng)力水平后，則大量產(chǎn)生應(yīng)力達(dá)到或超過歷史最高應(yīng)力水平后，則大量產(chǎn)生聲發(fā)射，這一現(xiàn)象叫凱澤效應(yīng)。聲發(fā)射，這一現(xiàn)象叫凱澤效應(yīng)。從很少產(chǎn)生聲發(fā)射到大量產(chǎn)生聲發(fā)射的轉(zhuǎn)折點稱為從很少產(chǎn)生聲發(fā)射到大量產(chǎn)生聲發(fā)射的轉(zhuǎn)折點稱為凱澤點，凱澤點，該點對應(yīng)的應(yīng)力水平即為材料先前受到的該點對應(yīng)的應(yīng)力水平即為材料先前受到的最大應(yīng)力。最大應(yīng)力。直接測量法直接測量法 后來，許多人通過試驗驗證，許多巖石也具有后來，許多人通過試驗驗證，許多巖石也具有顯著的凱澤效應(yīng)。顯著的凱澤效應(yīng)。 因此，凱澤效應(yīng)為測量巖石應(yīng)力提供了一個途因此，凱澤效應(yīng)為測量巖石應(yīng)力提供了一個途

51、徑，即如果從原巖中取回定向的巖石試件，通徑，即如果從原巖中取回定向的巖石試件，通過對加工的不同方向的巖石試件進(jìn)行加載聲發(fā)過對加工的不同方向的巖石試件進(jìn)行加載聲發(fā)射試驗，測定凱澤點，即可找出每個試件以前射試驗，測定凱澤點，即可找出每個試件以前所受的最大應(yīng)力，并進(jìn)而求出取樣點的原始三所受的最大應(yīng)力，并進(jìn)而求出取樣點的原始三維應(yīng)力狀態(tài)。維應(yīng)力狀態(tài)。3） 測量步驟測量步驟（1）試件制備）試件制備 從現(xiàn)場鉆孔提取巖芯試樣，然后將試樣加工從現(xiàn)場鉆孔提取巖芯試樣，然后將試樣加工成圓柱試件，徑高比為成圓柱試件，徑高比為1：21：3。 為了確定測點三維壓力狀態(tài)，試樣在原環(huán)境為了確定測點三維壓力狀態(tài)，試樣在原環(huán)境

52、狀態(tài)下的方向必須確定，狀態(tài)下的方向必須確定， 因此，在該點的巖樣中沿六個不同方向制備因此，在該點的巖樣中沿六個不同方向制備試件，試件，直接測量法直接測量法3） 測量步驟測量步驟（1）試件制備）試件制備 假如該點的局部坐標(biāo)系為假如該點的局部坐標(biāo)系為oxyz，則三個方向，則三個方向選定為坐標(biāo)軸方向，選定為坐標(biāo)軸方向， 另三個方向選為另三個方向選為oxy,oyz,ozx平面內(nèi)的軸角平平面內(nèi)的軸角平分線方向。分線方向。 為了獲得測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計規(guī)律，每個方向的為了獲得測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計規(guī)律，每個方向的試件數(shù)量需要試件數(shù)量需要1525塊。塊。直接測量法直接測量法（2）聲發(fā)射測試）聲發(fā)射測試 將加工好的試件放在單軸壓縮試驗機(jī)上加壓，并同將加工好的試件放在單軸壓縮試驗機(jī)上加壓，并同時監(jiān)測加壓過程中從試件中產(chǎn)生的聲發(fā)射現(xiàn)象。時監(jiān)測加壓過程中從試件中產(chǎn)生的聲發(fā)射現(xiàn)象。 為了消除由于試件端部與壓力試驗機(jī)上下壓頭之間為了消除由于試件端部與壓力試驗機(jī)上下壓頭之間摩擦所產(chǎn)生的噪音和試件端部應(yīng)力集中，試件兩端摩擦所產(chǎn)生的噪音和試件端部應(yīng)力集中，試件兩端澆鑄上由環(huán)氧樹脂或其它復(fù)合材