第10章岩体原位应力测试

(5)资料整理 1)修正记录的扁千斤顶油压，使之成为实际作用 在槽上的压力，扁千斤顶修正系数在室内作出率 定。 2)计算出每级开槽和加压的岩体应变值。计算的 方法是每一级开槽和加压时应变计读数减去初始 值。 3)画出岩体应变值和开挖深度、扁千斤顶压力的 关系曲线。只要该关系曲线中岩体应变值与压力 之间不出现显著的滞后现象，扁千斤顶的恢复压 力(pc)大体上等于解除压力，亦即该方向的岩体 应力。

1. 2. 3. 4.Hale Waihona Puke Baidu5.
岩体表面应力测量 钻孔孔径变形法 钻孔孔壁应变法(自学) 钻孔孔底应变法 水压致裂法


岩体应力是泛指存在于岩体内部的应力，它包括 岩体初始应力和围岩应力。 岩体初始应力是指天然状态下岩体内赋存的应力， 它又称原岩应力，在地震地质领域常称地应力， 它主要由上覆岩层重力形成的自重应力和由地壳 运动所产生的构造应力(包括现今构造应力和残余 构造应力)所组成。 围岩应力是指岩体被扰动后引起重分布的应力， 又称二次应力，它是由于入工开挖等工程活动而 形成。
◦ 四分向环式钻孔变形计、电阻应变仪或压磁应力计(包括加 力装置)、压磁应力仪、送进杆、水平及垂直定向装置、围 压率定器、稳压电源设备

钻孔设备
◦ 钻机及相应配套的岩芯管、钻杆等;φ36mm钻头， φ110mm或φ130mm钻头;孔底磨平钻头和锥形钻头
（3）用f36mm钻头钻 一深约300-400mm的 同心孔，并将钻孔冲洗 干净；


岩体应力在有些地区表现很高，在那里进行地下 洞室等岩土工程建设时，常会遇到岩层剥落、弯 曲变形、隆起或其他稳定问题。在这些地区了解 场地的岩体应力大小和方向，对工程设计与施工 是至关重要的。在另一些地区岩体应力虽然不是 很高，但它对重大地下工程的最佳形状、布置方 向、支护系统和最终费用也可能有重大影响。所 以岩体应力已成为岩土工程建设极其重要的基本 资料。 岩体应力与场地的地质构造、地形地貌、岩体 特性、成岩过程以及人为的工程活动有关。
(1)测试原理 应力解除法是在岩体表面和地下洞室壁上预先埋设应变计 (或贴电阻片)，然后在其周围掏环形槽(图)，并同时测量岩体 应力解除后的应变值。根据岩体应力解除前后的应变变化和 岩体的弹性模量，计算岩体的表面应力。
(2)应用范围 应力解除法常用于岩体表面和地下洞室围岩表面的应 力测量。每次试验只能确定平面上两个方向的最大、最 小主应力。如果要确定该处的三向应力，至少要在三个 不同方向的面上进行三次测量。 (3)主要仪器设备 1)钢弦应变计和钢弦应变仪或电阻应变片和电阻应变 仪。 2)应变计保护罩。 3)钻机及相应配套的器材，用于掏槽。
(4)测试要点 1)把试验面上的松动岩石清除，并使之基本平整，并做好现 场描述; 2)在已处理好的岩面上安装应变计，应变计的方向应与解除 槽长轴垂直，应变计的中心点与解除槽长轴中心的距离应 为槽长的1 /3。应变计安装好后应加盖保护罩，然后进行 多次读数，以确定应变计的初值。也可在解除槽两侧预埋 测点，用可拆卸的位移计量测; 3)用钻机或切割机进行分级掏槽，每级掏槽深度为2cm，同 时记录相应的应变计读数。槽的深度一般要求大于扁千斤 顶的尺寸，并使加载的扁千斤顶外缘埋入岩面25mm，以 防止加载过程中岩石局部破坏; 4)用清水将槽内的岩粉等冲洗干净，并把调制好的水泥砂浆 灌入槽内，再把扁千斤顶推入并捣实砂浆。必须严防浆体 中夹入气泡，否则将损坏扁千斤顶或使试验结果不可靠; 5)待砂浆凝固后，接通扁千斤顶和油泵，即可加压进行应力 恢复试验，一般采用分级加压并同时记录应变计读数。最 大一级压力应大于解除结束时应变计测读的相应压力。

1.1 应力恢复法 1.2 应力解除法
(1)测试原理 应力恢复法是在岩体表面或地下洞室围岩表面 预先布置好测量元件，当其旁边开槽解除岩体中的 应力时，测量元件读数便发生变化。再把平面扁千 斤顶放入槽内加压，使测量元件恢复到原来状态， 此时千斤顶的应力就是垂直槽壁方向的岩体应力。
(2)应用范围 1)本法仅适用于岩体表面应力测量，每次只能确 定一个方向的应力。如果要测定三向应力至少要在 各个独立方向上进行六次测量。 2)此法可在相对破碎岩体中进行测量，但必须有 可能切割出安装扁千斤顶的槽。 3)此法只能恢复正(压)应力，不能恢复剪应力，也 不适用于负(拉)应力地区。

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
测试原理 应用范围 主要仪器设备 测试要点 资料整理


孔底应变法是借助于粘贴在钻孔底面上的电阻应变 片测量套钻解除前后孔底岩体的应变变化，利用弹 性理论的经验公式及岩石的弹性模量计算应力。 孔底应变计有一个硬塑料外壳，在其端面借助于厚 0.5mm的有机玻璃片或赛璐珞片(或薄橡皮)上贴有 一组电阻应变丛。外壳另一端用胶粘剂(通常为环氧 树脂)粘贴在孔底表面中央三分之一面积内。这样， 当孔底岩面由于套钻解除发生变形时，应变计将随 之变化。
(4)测试要点 1)清除试面上松动岩块并把它整平，其范围不小于解除 岩芯直径的2倍。岩面起伏差不超过0.5cm，要做好试面 的现场描述; 2)在已处理的试验面上，埋设应变计丛(或贴应变片丛)。 每组应变丛不得少于三只应变计(片)。应变计(片)埋好后， 应加保护罩，以防损坏; 3)把应变计(片)与应变仪接通，读出并记录各应变计(片) 的初始值; 4)用钻机分级掏槽，并记录其应变读数。每级掏深一般 为2cm，掏槽的最终深度一般要求达到应变读数稳定时为 止，并不得小于解除岩芯直径的0.5倍。
测试原理 应用范围 主要仪器设备 测试要点 资料整理

钻孔孔径变形法是通过套孔钻进测量解除前后孔径 变化来确定岩体应力的一种方法，目前主要采用钻 孔变形计和压磁应力计两种测试方法，适用于完整 和较完整岩法体。
• 四个弹性钢环，电阻片应变-直径-应力
• 变形——应变——应力

量测仪表及安装设备
(5)资料整理 1)根据测得的物理量换算成应变值后，计算各级解除 深度下的应变值 εiH=εnH-ε0H
2)绘制应变丛各应变计(片)的应变值与解除深度的关 系曲线，并根据曲线选取各应变计(片)的稳定应变 值。

3)根据稳定应变值，计算主应变及其方向。

4)计算最大、最小主应力
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5