測量巖體變形應(yīng)力方法(常用的地應(yīng)力測量方法有幾種)

1.常用的地應(yīng)力測量方法有幾種

地應(yīng)力（場）的測量，在概念 上可分為廣義和狹義兩種。

廣義的地應(yīng) 力（場）測量是指運(yùn)用地質(zhì)調(diào)查和儀器測定及分析的方法，確定地殼不同時(shí)間、空間的點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)。狹義的地應(yīng)力（場） 測量是指應(yīng)用鉆孔和儀器的方法，進(jìn)行 點(diǎn)應(yīng)力絕對值的測量，主要確定現(xiàn)今的 地應(yīng)力和地應(yīng)力場。

（1） 地質(zhì)調(diào)查分析法① 構(gòu)造及新構(gòu)造應(yīng)力場分析 主要工作方法及原理：調(diào)查工作區(qū)宏觀構(gòu)造帶（線）的展布特征及新構(gòu)造 運(yùn)動(dòng)形跡。適用范圍：推求工作區(qū)主要構(gòu)造形 成期的主應(yīng)力方向、古構(gòu)造應(yīng)力場、現(xiàn) 今構(gòu)造應(yīng)力場。

優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是定性較準(zhǔn)確，缺點(diǎn) 是定量資料難獲得。 ② 微構(gòu)造法（數(shù)值計(jì)算法）測定構(gòu)造應(yīng)力場主要工作方法及原理：對工作區(qū)的 節(jié)理裂隙進(jìn)行測量，查明節(jié)理裂隙面特 征并進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理。

適用范圍：確定古構(gòu)造應(yīng)力場的分 期，應(yīng)力能量，主應(yīng)力的性質(zhì)和方位。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是定性較準(zhǔn)確，難以 取得定量資料。

主要工作方法及原理：采集工作區(qū) ''內(nèi)有代表性的巖樣，對其組構(gòu)變形及微 裂隙面的產(chǎn)狀進(jìn)行分析。 適用范圍：推求巖石變形期的構(gòu)造 應(yīng)力，確定主應(yīng)力的性質(zhì)和方位。

優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是定性較準(zhǔn)確，缺點(diǎn) 是定量資料難獲取。（2） 鉆孔地應(yīng)力絕對值測量① 應(yīng)力解除法主要工作方法及原理：在需測定的 巖體上鉆一測量孔并裝設(shè)測量原件觀測 初始讀數(shù)，然后用套孔法使該單元巖體與基礎(chǔ)分離（也即使該單元巖體上所受 的應(yīng)力解除）。

此時(shí)，由原應(yīng)力作用產(chǎn) 生的應(yīng)變就相應(yīng)恢復(fù)，用-量元件測出 應(yīng)力解除后的應(yīng)變值，即可由應(yīng)變與應(yīng)力關(guān)系求得測點(diǎn)的應(yīng)力值。適用范圍：假定巖體是各向同性、均勻連續(xù)的彈性體。

又可分為：巖體表 面應(yīng)力解除法、孔底應(yīng)力解除法（由于爆破的影響、巖體表面會受到一定程度的擾動(dòng)或破壞，用表面應(yīng)力解除法會造 成一定誤差，利用孔底應(yīng)力解除法可提 高測量精度），孔壁應(yīng)力解除法（可量 測巖體三維應(yīng)力狀態(tài)）。 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)單孔測量 全應(yīng)力，測試方便，費(fèi)用較低。

缺點(diǎn)包括：巖體需完整，易受巖石晶粒粗細(xì)及微裂 隙的影響；應(yīng)變計(jì)的粘貼和防潮技術(shù)復(fù) 雜，尤其孔中有水時(shí)難度更大；量測深 度淺，一般量測僅30m~50m；計(jì)算應(yīng)力時(shí)尚需使用間接測得的巖石彈性模 量，常影響精度。 ② 應(yīng)力恢復(fù)法主要工作方法及原理：先整平測定 點(diǎn)巖石，在其表面安裝測量應(yīng)變的儀器 測試初始讀數(shù)，然后在巖體上開槽將其應(yīng)力解除，并將液壓壓力枕放入槽中， 用水泥砂漿填充空隙，待干后用壓力枕 對槽壁巖體施加壓力，至其恢復(fù)到初始 讀數(shù)為止，此時(shí)的壓力即可近似地看作 巖體應(yīng)力解除前巖體所受的應(yīng)力值。

適用范圍：使用了解圍巖應(yīng)力在平 面上的分布特征。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是能直接測得應(yīng)力。

方法簡便，可避免使用巖石彈性模量換 算帶來的誤差。缺點(diǎn)包括：巖壁開槽深度受限制， 測量深度淺。

只能測得已知主應(yīng)力方向 的應(yīng)力大小，而且是圍巖爆破松動(dòng)圈的二次應(yīng)力，一般數(shù)值偏低。 ③ 水壓致裂法主要工作方法及原理：首先用注水 泵向放置在鉆孔中的一對可膨脹的橡膠 封隔器注水，使其膨脹將所要測量的井段封隔開來。

然后用高壓水泵將壓裂液 注入到封閉井段中，使得被封閉井段內(nèi) 的水壓不斷增加，直到并壁巖石破裂為 止。記錄注入流體的壓力隨時(shí)間的變化 及流體的流量，即可計(jì)算出測點(diǎn)水平地應(yīng)力的大小。

再給可膨脹的印模橡膠管 注液加壓，將破裂印痕印記下來，并用 井下定向儀測定其方向，印痕的方向就 是最大水平主應(yīng)力方向。適用范圍：假定巖體是脆性、線性、彈性、各向同性、非滲透性的均勻介質(zhì)， 并且?guī)r體的鉛直應(yīng)力與鉆孔平行。

優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是直接測定地殼深部 的地應(yīng)力數(shù)值比較準(zhǔn)確。 測量簡便，適 用條件廣泛：完整、破碎巖體、有水、無水、深孔、淺孔均可測量。

缺點(diǎn)包括： 在數(shù)值解釋方面（如地形影響、巖石彈 性模量與應(yīng)力之間的關(guān)系）尚存在一些 問題。測試費(fèi)用較高。

2.巖石應(yīng)力怎么測試

巖石應(yīng)力測試適用于均質(zhì)巖體，可采用孔壁、孔底和表面應(yīng)力測試。

用鉆孔巖心法測求三向、雙向應(yīng)力；用掏槽法測求巖體表面單向應(yīng)力。 （一）、表面應(yīng)力測試 1、應(yīng)力解除法 1 試驗(yàn)的適用條件 試驗(yàn)適用于堅(jiān)硬完整和半堅(jiān)硬完整的巖體，測量巖體表面的應(yīng)力狀態(tài)； 2 試驗(yàn)的布置 測點(diǎn)應(yīng)布置在不受開挖爆破破壞的巖面。

常用的主要設(shè)備有：靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、應(yīng)變片（應(yīng)變花>、惠斯登電橋、防護(hù)罩、鉆機(jī)及輔助設(shè)備、粘結(jié)劑及屏蔽線等。 3 試驗(yàn)的主要技術(shù)要求 4 試驗(yàn)成果的分析 1） 計(jì)算各級解除深度下的應(yīng)變值 εi=εn-εo 式中 εi-某一級解除深度的應(yīng)變值（με）； εn-某一級解除深度應(yīng)變儀讀數(shù)（με）； εo-應(yīng)變花初讀數(shù)（με）。

2） 繪制應(yīng)變花各應(yīng)變片的應(yīng)變值（εi）與相對解除深度（h/D）的關(guān)系曲線。 2、應(yīng)力恢復(fù)法 1 試驗(yàn)的適用條件同（表面）應(yīng)力解除法。

2 試驗(yàn)的布置 測點(diǎn)布置及應(yīng)變量測儀及應(yīng)變片同（表面）應(yīng)力解除法。應(yīng)力恢復(fù)設(shè)備包括液壓枕、油泵及壓力表等。

3 試驗(yàn)的主要技術(shù)要求 4。試驗(yàn)成果的分析 參照應(yīng)力解除法計(jì)算式計(jì)算巖體表面應(yīng)力。

（二）、孔壁應(yīng)力測試 1、試驗(yàn)的適用條件 試驗(yàn)適用于地下水位以上、完整或較完整的細(xì)粒巖體，用套孔應(yīng)力解除法測量巖體內(nèi)某點(diǎn)的三向應(yīng)力大小和方向。 2、試驗(yàn)的布置 3、試驗(yàn)的主要技術(shù)要求 1） 用φ130mm鉆頭鉆至預(yù)定深度，取出巖芯，磨平孔底。

2） 用φ46mm鉆頭同心鉆測孔，同心度（即大、小孔圓心差距）宜小于2mm，孔深約50cm。 （三）、孔底應(yīng)力測試 1、試驗(yàn)的適用條件 試驗(yàn)適用于地下水位以上完整和較完整的細(xì)粒巖體，用孔底面應(yīng)力解除法測量巖體內(nèi)某點(diǎn)的平面應(yīng)力大小和方向。

如測求巖體內(nèi)某點(diǎn)的三向應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)在同一平面內(nèi)用三個(gè)鉆孔交匯于該點(diǎn)的方法。 2、試驗(yàn)的布置 測點(diǎn)的布置要求同孔壁應(yīng)力測試。

主要的設(shè)備有：“門塞”應(yīng)變計(jì)及安裝器；靜態(tài)電阻應(yīng)變儀及輔助設(shè)備；坑道鉆機(jī)，金剛石鉆頭（φ76mm），孔底磨平鉆頭及鉆機(jī)輔助設(shè)備等。 3、試驗(yàn)的主要技術(shù)要求 1） 將鉆孔鉆至預(yù)定深度后，取出巖芯，觀察節(jié)理發(fā)育情況，判明孔底巖體是否滿足測試要求，不能滿足時(shí)應(yīng)繼續(xù)鉆進(jìn)。

2） 清除孔底殘留巖芯，用金剛砂細(xì)磨鉆頭磨平孔底，并用水沖洗干凈和高壓風(fēng)吹干，再用丙酮擦洗孔底。 3） 孔底涂一層環(huán)氧樹膠后，用安裝器將檢查合格的應(yīng)變計(jì)（見下圖）送至孔底并粘貼好。

4）將應(yīng)變片與應(yīng)變儀接通、預(yù)調(diào)平衡，測記初始讀數(shù)，連續(xù)三次（10min讀一次）讀數(shù)小于±5微應(yīng)變即視為穩(wěn)定，然后取出安裝器，記取孔深及孔的方位、傾角。 5） 鉆孔進(jìn)行應(yīng)力解除，鉆至10~20cm時(shí)停止鉆進(jìn)，取出巖芯并清洗干凈，裝上安裝器，測記解除后的應(yīng)變穩(wěn)定讀數(shù)。

6） 將應(yīng)變測試獲取的巖芯進(jìn)行彈性模量E、泊松比μ的室內(nèi)試驗(yàn)。 測試的工作程序見下圖。

a-孔底磨平；b-粘貼應(yīng)變計(jì)；c-套孔應(yīng)力解除；d-取出巖芯。

3.巖體的變形有哪些特點(diǎn)

1 巖體的單軸和三軸壓縮變形特征

(1)巖體應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線

①在加載過程，結(jié)構(gòu)面壓密與閉合，應(yīng)力-應(yīng)變曲線，呈上凹型。

②中途卸載有彈性后效現(xiàn)象和不可恢復(fù)殘余變形。這是結(jié)構(gòu)面閉合、滑移、錯(cuò)動(dòng)造成的。

③完全卸載，再加載形成形式上的“開環(huán)型”曲線，這也是彈性后效造成的。

④峰值強(qiáng)度后，巖體開始破壞，應(yīng)力下降較緩慢，仍有殘余應(yīng)力，這是巖體結(jié)構(gòu)效應(yīng)。

2巖體剪切變形特征

①在屈服點(diǎn)前，變形曲線與抗壓變形相似，上凹型。

②屈服點(diǎn)后，某個(gè)結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)體首先剪壞，隨之出現(xiàn)一次應(yīng)力下降。峰值前可能發(fā)現(xiàn)多次應(yīng)力升降。升降程度與結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度有關(guān)，巖體越破碎，應(yīng)力降反而不明顯。

③當(dāng)應(yīng)力增加到一定應(yīng)力水平時(shí)，巖體剪切變形已積累到一定程度，沒剪破的部位以瞬間破壞方式出現(xiàn)，并伴有一次大的應(yīng)力降。

④隨后產(chǎn)生穩(wěn)定滑移

3巖體各向異性變形

試件模型：12mmX12mmX36mm的塊體單元

x=1表示貫通， x =0為完整試件， x為分離度

①巖體力學(xué)性質(zhì)具有各向異性，變形、破壞機(jī)制、強(qiáng)度特征不同。

②工程布置要考慮如何揚(yáng)長避短，充分發(fā)揮巖體自身強(qiáng)度，維持工程穩(wěn)定性。

其他詳見 ：

4.應(yīng)力應(yīng)變測試常用的方法有哪些

常見的應(yīng)力測試方法

應(yīng)力儀或者應(yīng)變儀是來測定物體由于內(nèi)應(yīng)力的儀器。一般通過采集應(yīng)變片的信號，而轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)行分析和測量。

應(yīng)力測試一般的方法是將應(yīng)變片貼在被測定物上，使其隨著被測定物的應(yīng)變一起伸縮，這樣里面的金屬箔材就隨著應(yīng)變伸長或縮短。很多金屬在機(jī)械性地伸長或縮短時(shí)其電阻會隨之變化。應(yīng)變片其實(shí)就是應(yīng)用了這個(gè)原理，通過測量電阻的變化而對應(yīng)變進(jìn)行測定。一般應(yīng)變片的敏感柵所使用的是銅鉻合金材料，這種材料其電阻變化率為常數(shù)，它與應(yīng)變成正比例關(guān)系。

我們通過惠斯通電橋，便可以將這種電阻的比例關(guān)系轉(zhuǎn)化為電壓。然后不同的儀器，可以將這種電壓的變化轉(zhuǎn)化成可以測量的數(shù)據(jù)。

對于應(yīng)力儀或者應(yīng)變儀，關(guān)鍵的指標(biāo)有： 測試精度，采樣速度，測試可以支持的通道數(shù)，動(dòng)態(tài)范圍，支持的應(yīng)變片型號等。并且，應(yīng)力儀所配套的軟件也至關(guān)重要，需要能夠?qū)崟r(shí)顯示，實(shí)時(shí)分析，實(shí)時(shí)記錄等各種功能，高端的軟件還具有各種信號處理能力。

5.煤巖體應(yīng)力測試

巖體應(yīng)力是工程巖體穩(wěn)定性分析及工程設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。

目前，巖體應(yīng)力主要靠實(shí)測求得，特別是構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)烈及地形起伏復(fù)雜的地區(qū)，自重應(yīng)力理論將無力解決巖體應(yīng)力問題。由于巖體應(yīng)力不能直接測得，只能通過量測應(yīng)力變化而引起的諸如位移、應(yīng)變等物理量的變化值，然后基于某種假設(shè)反算出應(yīng)力值。

因此，目前國內(nèi)外使用的所有應(yīng)力量測方法，均是在平硐壁面或地表露頭面上打鉆孔或刻槽，引起巖體中應(yīng)力擾動(dòng)，然后通過用各種探頭量測由應(yīng)力擾動(dòng)而產(chǎn)生的各種物理量變化值的方法來實(shí)現(xiàn)。常用的應(yīng)力量測方法主要有：應(yīng)力解除法、應(yīng)力恢復(fù)法和水壓致裂法等，這些方法的理論基礎(chǔ)是彈性力學(xué)。

因此，巖體應(yīng)力測試均視巖體為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的線彈性介質(zhì)。4.3.4.1 應(yīng)力解除法（1）基本原理應(yīng)力解除法的基本原理是：巖體在應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形（或應(yīng)變）。

當(dāng)需測定巖體中某點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)，可將該點(diǎn)一定范圍內(nèi)的巖體與基巖分離，使該點(diǎn)巖體上所受應(yīng)力解除。這時(shí)由應(yīng)力產(chǎn)生的變形（或應(yīng)變）相應(yīng)恢復(fù)。

通過一定的量測元件和儀器量測出應(yīng)力解除后的變形值，即可由確定的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系求得相應(yīng)應(yīng)力值。應(yīng)力解除法根據(jù)測量方法不同可分為表面應(yīng)力解除法、孔底應(yīng)力解除法和孔壁應(yīng)力解除法三種。

本節(jié)僅介紹孔壁應(yīng)力解除法?？妆趹?yīng)力解除法（或稱鉆孔套芯應(yīng)力解除法）。

該方法的基本原理是在鉆孔中安裝變形或應(yīng)變測量元件，測量套芯應(yīng)力解除前后鉆孔半徑變化值（徑向位移），用該孔徑變化值來確定巖體應(yīng)力值（圖4-44）。目前常用的變形測量元件有：門塞式應(yīng)變計(jì)、光彈性應(yīng)變計(jì)、鋼環(huán)式鉆孔變形計(jì)、壓磁式鉆孔應(yīng)力計(jì)和空心包體式單孔全應(yīng)力計(jì)等。

（2）試點(diǎn)選擇與地質(zhì)描述在平硐壁面或地表露頭面上選擇代表性測點(diǎn)，用130mm巖心鉆頭打一鉆孔至測量點(diǎn)，其深度應(yīng)超過擾動(dòng)影響區(qū)；在平硐內(nèi)進(jìn)行測試時(shí)，其深度應(yīng)超過硐室直徑的2倍；同時(shí)使測點(diǎn)一定范圍內(nèi)巖性均勻無突變，巖心無大的裂隙通過。地質(zhì)描述內(nèi)容包括：巖心的煤巖名稱、結(jié)構(gòu)及主要礦物成分；結(jié)構(gòu)面類型、產(chǎn)狀、寬度、充填物情況及測點(diǎn)的地應(yīng)力現(xiàn)象；鉆孔巖心形狀及RQD值等，同時(shí)提交測點(diǎn)剖面圖及鉆孔柱狀圖等。

圖4-44 孔壁應(yīng)力解除法示意圖4.3.4.2 應(yīng)力恢復(fù)法（1）基本原理應(yīng)力恢復(fù)法一般在平硐壁面（也可在地表露頭面）上進(jìn)行。在巖面上切槽，巖體應(yīng)力被解除，應(yīng)變也隨之恢復(fù)；然后在槽中再埋入液壓枕，對巖體施加壓力，使巖體的應(yīng)變恢復(fù)至應(yīng)力解除前的狀態(tài)；此時(shí)，液壓枕施加的壓力即為應(yīng)力解除前巖體受到的應(yīng)力，這一應(yīng)力值實(shí)際上是平硐開挖后壁面處的環(huán)向應(yīng)力。

通過量測應(yīng)力恢復(fù)后的應(yīng)力和應(yīng)變值，利用彈性力學(xué)公式即可求解出測點(diǎn)巖體中的應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)所采用應(yīng)變計(jì)的類型不同，應(yīng)力恢復(fù)法可分為鋼弦應(yīng)變計(jì)法、電阻片法和光彈應(yīng)變計(jì)法，本節(jié)僅介紹電阻片法。

應(yīng)力恢復(fù)法適用于堅(jiān)硬、半堅(jiān)硬完整巖體。（2）試點(diǎn)制備與地質(zhì)描述在平硐壁面上選擇巖體完整部位加工制備試點(diǎn)。

首先在試點(diǎn)大于2倍液壓枕邊長的范圍內(nèi)進(jìn)行粗加工，要求巖面起伏差不超過0~5cm。然后在選定粘貼電阻應(yīng)變花的部位進(jìn)行細(xì)加工，其范圍應(yīng)不小于應(yīng)變花直徑的2倍，用手提式砂輪或磨平鉆頭磨平整。

試點(diǎn)的地質(zhì)描述同承壓板法。

6.常見確定巖體變形參數(shù)的原位試驗(yàn)有哪幾種

參數(shù)？原位測試在工程勘察中很重要。

主要有土體原位測試和掩體原位測試。其中：土體原位測試有：載荷試驗(yàn)，靜力觸探，旁壓試驗(yàn)，圓錐動(dòng)力觸探實(shí)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)，十字板剪切實(shí)驗(yàn)，抽注水實(shí)驗(yàn)。

這些實(shí)驗(yàn)一般都可以得到一下參數(shù)：地基土承載力特征值fk。地基土的變形模量E。

基礎(chǔ)的沉降量，劃分土層剖面，確定沙土孔隙比、相對密度，粉土、粘性土的稠度，估算圖的強(qiáng)度、變形，反算地基土不排水抗剪強(qiáng)度。巖體原位測試有：波速實(shí)驗(yàn)、巖體變形實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)場直剪實(shí)驗(yàn)，巖體應(yīng)力測試。

得到的參數(shù)跟上面的基本一樣。上學(xué)期學(xué)過的，希望對你有用。

7.簡述控制圍巖變形應(yīng)采取哪些措施

1、圍巖變形是坑探工程類的專業(yè)術(shù)語之一，是圍巖發(fā)生流變、蠕變、徐變、位移、沉降及底鼓的總稱。

2、圍巖變形的表現(xiàn)：松散、破碎圍巖體的冒落、塌方，軟弱和膨脹性土巖土體的局部和整體的徑向大變形和塌滑，山體變形，以及堅(jiān)硬完整巖體中的巖爆。

3、控制圍巖變形的方式根據(jù)工程特點(diǎn)會有不同方式，針對目前地下工程圍巖變形及控制問題的復(fù)雜性和迫切性，在理論和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了復(fù)合不耦合定向斷裂爆破裝藥結(jié)構(gòu)；煤礦企業(yè)通常是可以通過預(yù)注漿加固圍巖的方式來有效控制圍巖變形；U型鋼支架等等。