流变应力恢复法地应力测试技术.
第七章 地应力测量方法(113)
空芯包体地应力计结构
空芯包体应变计的主体是一个用环氧树脂制成的壁厚3mm的空芯圆筒，其 外径为36mm，内径为30mm。
在其中间部位，即直径35mm处沿同一圆周等间距（120o）嵌埋着三组电 阻应变花。每组应变花由四支应变片组成，相互间隔45o。制作时，该空芯圆 筒是分两步浇注出来的。
第一步，浇注直径为35mm的空芯圆筒，在规定位置贴好电阻应变花后， 再浇注外面一层，使其外径达到36mm。在应力计的顶部有一个补偿应变片， 以消除温度变化对测量结果的影响。
地应力分量与方向的计算
7.2 应力解除法
设地下某一点的应力为，主应力大小为，与大地坐标系XYZ关系用9个
方向余弦或9个夹角值可以完全确定。但在实测中，钻孔与岩层、与大地
坐标总会呈某一角度（仰角或俯角）。设xyz为钻孔坐标系，在该坐标系
下的地应力是实测地应力。由此，只要有了两套坐标系的相对关系和实测
两测点的间距缓缓地恢复到d0，观测扁千斤顶对岩壁施加的压力pc。
5、在巷道顶部再进行一次测量。 6、由两次测量的结果计算天然应力值。
7.2 应力解除法
一、基本原理
在钻孔中安装变形或应变测量元件，通过量测套芯应力解除前后，孔壁 表面应变变化值来确定原始应力的大小和方向。
所谓套心应力解除是用一个较测量孔径更大的岩芯钻，对测量孔进行同 心套钻，把安装有传感器元件的孔段岩体与周围岩体隔离开来，以解除其天 然受力状态。
三河尖煤矿-980南翼回风巷1#测点局部柱状图
柱状
厚度(m)
埋深(m)
岩性描述
2号测点
11.5 8.6
泥岩，局部含砂高，偶为细
33
砂泥岩
砂岩，致密性脆
张小楼井地应力测点局部柱状图
地应力测量方法及其需要注意的问题
地应力测量方法及其需要注意的问题地应力是指存在于地壳中的内应力。
主要由重力应力、构造应力、孔隙压力、热应力和残余应力等耦合而成,重力应力和构造应力是地应力的主要来源。
地应力测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析、实现岩土工程开挖设计和决策科学化的前提。
地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用,近年来随着我国社会经济的持续快速发展,我国水电领域工程建设保持着较快增长势头,工程建设地点向江河源头、高山峡谷地带延伸,工程建设内容往往包含深埋长深隧道,大跨度、大尺度地下厂房等,在这种情况下,我国地应力测试事业也取得了长足的进步,各种试验手段、测试方法层出不穷,并取得一定的成果。
1地应力测量方法1.1 应力解除法应力解除法是以弹性理论为基础,它把一定范围内的岩体视为均质的、各向同性的完全弹性体。
这一测量方法的实质是在被测虚力场的岩体中选定测点,在测点位置安设测量元件,然后在所安装的测量元件周围掏槽或套孔,使安设有测量元件的岩石与周围岩体分离,也就是使这一部分岩石从被测应力场作用之下解脱出来。
此时,测点岩石将由于外力的消失而产生弹性恢复变形。
通过测量元件将这一变形记录下来,即可按弹性理论来确定被测应力场的3个主应力的大小、方向和倾角。
应力解除法测量地应力的方法有:孔底应变计、孔径应变计、孔壁应变计、空心包体应力计等方法,其中孔底应变计、孔径应变计只能测出二维应力,若用它测三维应力,则需要打交于一点互不平行的三个钻孔。
采用孔壁应变计和特殊制作的空心包体式孔壁的应力计只需要打1个钻孔就可测出三维应力。
1949年奥尔森(O.J.Olson)第一次将应力解除法用于岩石应力测试以来,套孔应力解除法发展为技术上比较成熟的一种原岩应力测量方法。
套孔应力解除法具有测量灵敏度高、测量结果可靠、可以在深孔中进行测量测点的三维应力状态(需要利用三孔交汇的方法)等特点。
因此,利用套孔应力解除法可以较为准确地测量矿山岩体的原岩应力。
地应力的测量方法
地应力的测量原理目前地应力测量方法有很多种，根据测量原理可分为三大类：第一类是以测定岩体中的应变、变形为依据的力学法，如应力恢复法、应力解除法及水压致裂法等；第二类是以测量岩体中声发射、声波传播规律、电阻率或其他物理量的变化为依据的地球物理方法；第三类是根据地质构造和井下岩体破坏状况提供的信息确定应力方向。
其中，应力解除法与水压致裂法得到比较广泛的应用，其他几种只能作为辅助方法。
1.应力解除法测试原理和技术1.1应力解除法测试原理具有初始应力的岩体，用人为的方法卸去其应力，在岩体恢复变形的过程中测试其应变，然后用弹性力学理论计算出地应力的大小，得出其方向、倾角。
目前国内外地应力测量普遍采用空心包体应变计测量技术。
KX一81型空心包体应变计由A、B、C 3组共12枚应变片嵌埋在1个壁厚约3 mm的空心环氧树脂圆筒中间，圆筒外表面与钻孔壁用专用环氧树脂胶黏结在一起，其是在澳大利亚CSIRO空心包体应变计的基础上研制出来的，是套钻孔应力解除法的一种，只需1个孔就能测量出某点的三维原岩应力，具有使用方便、安装操作简单、成本低、效率高等优点。
1.2完全温度补偿技术KX一81型空心包体应变计与其他许多应变测量仪器一样，均采用应变计作为敏感元件，并根据惠斯顿电桥的原理13J，将应变的变化转换成电压变化经放大后记录下来。
电阻应变计对温度变化是很敏感的，温度发生变化时应变计的电阻值将发生变化，从而产生虚假的附加应变值。
因此在现场测试中必须采取温度补偿措施。
惠斯顿电桥原理：平衡时，检流计所在支路电流为零，则有，（1）流过R1和R3的电流相同（记作I1），流过R2和R4的电流相同（记作I2）。
（2）B，D两点电位相等，即UB=UD。
因而有 I1R1=I2R2；个阻值已知，便可求得第四个电阻。
测量时，选择适当的电阻作为R1和R2，用一个可变电阻作为R3，令被测电阻充当R4，调节R3使电桥平衡，而且可利用高灵敏度的检流计来测零，故用电桥测电阻比用欧姆表精确。
地应力及其测量
一、概述－研究地应力的重要性
地应力是各种岩石开挖工程变形和破坏的根本作用力；是 确定工程岩体力学属性,进行围岩稳定性分析,实现开挖设 计和决策科学化的必要前提条件.
地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油 井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究 以及地球动力学的研究等也具有重要意义.
当θ＝0°时, σθ取得极小值, σθ＝3 σ2－ σ1
当水压达到 P i 32 1T 孔壁发生初始开裂
当继续注水使裂隙深度扩展至3倍钻孔直径时,此处已接近原岩应力状态
停止加压,保持压力恒定,记此时压力为Ps
Ps 2
21
三、地应力测量方法－a 水压致裂法
假设钻孔中存在压力P0的裂隙水时,则初始开裂压力Pi
原岩应力基础知识
1
本章内容
概述 地应力场的分布规律 地应力测量方法
2
一、概述
原岩： 未受工程影响而又处于自然平衡状态的岩体. 原岩应力亦称初始应力或地应力：
定义一：原岩中存在的应力. 定义二：岩体在天然状态下所存在的内应力.
次生应力或诱发应力受工程扰动之后的天然应力状 态,J.Hudson:由于受井巷开挖、矿产资源开采等工 程影响,原岩应力平衡状态被破坏后的应力. 这一转换过程称为应力重分布.
无限体——圆形钻孔 平面应变受力状态
几点假定
三、地应力测量方法－a 水压致裂法
由弹性力学可知：无限体中的一个圆形钻孔受到无穷 远处二维应力场σ1最大水平应力, σ2最小水平应力 , 其钻孔周边的切向应力σθ和径向应力σr为：
1 2 2 1 2 c2 os
3 2 1
r 0
周边一点与σ1轴的夹角
6
一、概述－地应力的成因
地应力测试技术
示。 在上图中，相当于有两个主应力 1 和 2 ,作用在有一半径为a的圆孔的无限大平板 上,根据弹性力学分析，当r=a时，即圆孔壁上的应力状态
r 0
(1 2 ) 2(1 2 ) cos2
0
由上式可知，上图（b）所示的孔壁A、B两点，及其对称处的应力集中分别为
在工程设计时，岩体中地应力大小以及其
分布状态，是不可缺少的重要资料之一。 但是由于地应力不易计算，所以最好的办 法是现场测量。此外，即使在工程建成后 的使用阶段，为了监测岩体中应力的变化 和活动情况以及对理论计算进行校核，也 需对地应力进行测量因此，地应力的测量 一直是一个重要的工作。
由于地应力是一个非可测的物理量，它只
A A 3 2 1 B B 31 2
假设 1 = h,max 、 2 = h,min 。当泵入高压后，在钻孔内壁作用有内水压力pc，则拉 裂时A破坏的条件为
3 h,min h,max pc1 t
式中， t 为岩石的抗拉强度。 在孔壁拉裂隙形成以后，如果要继续维持拉裂隙张开而又不进一步扩展，则水压 需要满足以下条件：
2.1 地应力的组成 地应力的组成成分是地 应力的来源，它主要来自 五个方面，即岩体自重、地质 构造运动、地形 势、剥蚀作用和封闭应力。自重应 力是地心对岩体的引力。地质构造 运动引起的应力，包括古构造运动 应力和新构造运动应力。
前者是地质史上由于构造运动残 留于岩体内部的应力，也称为构 造残余应力；后者是现今正在形 成某种构造体系和构造型式的应 力，也是导致当今地震和最新地 壳变形的应力。 后者是现今正在形成某种构造体 系和构造型式的应力，也是导致 当今地震和最新地壳变形的应力。
应力解除法测试地应力
应力解除法测试地应力应力测试方法与原理1测试方法测试采用应力解除法，测试系统构成主要是YJ—H4静态电阻应变仪和36—2型四分向钢环式钻孔变形计(简称“变形计”)，利用变形计测量岩体内某点的空间应变大小和方向。
安装在钻孔内的探头上粘贴有4个薄壁钢环(电阻应变片)，变形计是通过感应元件的触头与钻孔岩壁紧密接触来接受孔径变形讯号，由应变计测量变形变化量，然后根据率定曲线换算为孔径变形。
此种测量法的突出特点是感应元件安装在变形计的内部，不与钻孔岩壁直接接触，因此变形计可在室内预先安装、设定，不仅在现场操作简便，可以重复使用，而且测量元件具有良好的线性、稳定性及防水性能。
2测试原理套钻孔径应力解除法的应力测量是建立在弹性理论的基础上，而岩体为裂隙介质，并非理想的弹性体，如果岩体完整或比较完整而应力又不太高时，岩体介质可作线弹性体假设。
测量时根据被钻进切割的岩芯的弹性恢复(应变或变形)来计算地应力大小和方向。
变形计的结构元件主要是贴有电阻片应变计的圆钢环，4个圆钢环放置在钢环特制架上，4个钢环分别呈45。
夹角。
试验时每对钢柱塞触头，一端压在钢环上，另一端伸出元件的外套与小孔径钻孔孔壁紧密接触，钢环受力变形，通过解除岩芯前后的变形或应变差值获取文、晚、是、盈四个变形量，由此可以计算出岩体中钻孔横截面上平面主应力大小和方向。
3现场试验1主要测试仪器设备及材料的配备(1)每个测量断面配置不少于5支936～2型变形计；(2)YJ--H4静态电阻应变仪(附预调平衡箱)1套，16芯屏蔽电缆1500m；(3)惠斯登电桥1台；(4)钻孔定向器1套；(5)应变计率定架1套；(6)钻机1部(含若干万36mm、万130ram钻具及钻头)；(7)水泵1台；(8)钻孔弹模率定器l套。
在进驻测试现场前，除测试仪器、设备及材料配备齐全外，有关的测试仪器必须进行计量鉴定，鉴定合格后才能进行测试；同时要对各个变形计上的钢环进行位移与应变关系曲线率定。
地应力测试
地应力测试measurement of geo-stress测定天然状态下岩体内部应力的技术。
地球在各种动力运动作用下，在地壳中产生各种应力场，使地壳物质处于其综合作用之下，产生了内应力效应，这种应力即地应力。
从岩石工程来说，岩体地应力主要来源于地质构造运动和岩体自重。
它对正确认识岩体的力学性质，研究围岩的破坏机制，掌握地应力对岩石工程(如坝基、地下建筑物、岩石边坡等)的影响，充分发挥围岩的自承能力，都是极为重要的。
地应力测试方法有应力解除法、应力恢复法和水压致裂法3种。
地应力测试的地球物理法(包括声发射率法、声波法、地震波法)和电阻率法也在研究中。
应力解除法分为孔壁应力解除法和孔底应力解除法两种。
①孔壁应力解除法。
从岩石表面向岩体内先钻一测量孔，孔深超过表面松动范围和应力集中区，然后在孔内安设测量元件，如钻孔变形计、压磁应力计或孔壁应变计等。
前者按径向以45。
间隔布置，后两者以1200间隔布置。
在测记初始值后，在测量孔外用同心套钻钻取岩芯，使岩芯与围岩脱离。
在套钻过程中同时测记各测量元件的读数，直到作用在岩芯上的应力被解除而产生弹性恢复，各测量元件读数不变时停止套钻。
根据应力解除前后测得的变形或应变差值，计算出地应力的大小和方向。
用孔壁应变计可实现单孔全应力测量，但对应变计的粘贴防潮技术要求高。
②孔底应力解除法。
将测量元件(以门塞式应变计为代表)安装在磨平的钻孔底部岩石面上，并继续钻进，侧量钻孔端部岩芯应力解除前后的应变变化量，据此计算地应力。
与孔壁应力解除法相比较，要求解除的岩芯短且费用较低。
应力恢复法先在岩石表面安设测徽计(如钢弦式应变计、电阻片式应变计、千分表等)，测记初始值后进行垂直于岩面的切割，以解除岩体中的应力，同时测记测微计读数变化，而后将液压枕插人切槽中，并灌注水泥砂浆填实。
待水泥砂浆凝固后，利用液压枕向岩体加压，直到测微计恢复到初始值，此时的压力即为岩体中的地应力值。
这种测试方法简便.但只能在岩体表面，且主应力方向为已知时，测量地应力的大小。
地应力测量方法
1h 和 2h ，
孔壁还受
有水压Pb. 如图。
a
图 孔壁开裂力学模型
9
钻孔周围岩体内应力 (Kirsch.G-基尔斯解)
10
在孔壁上 r=a， r Pb
有： (1h 2h ) Pb 2(1h 2h ) cos 2
当 0 时有最大拉应力：
2h Ps0
12
• 求得主应力及岩体抗拉强度 T0
2h ps0
pb pb0 T0
1h
3 2h
pb
T0
3）根据水压致裂法试验结果计算地应力
（1）一般来讲 z h 作为地主应力之一。我 们可以将 z 与 2h 作比较，若 z 1h ，则 可以肯定此时 2h 为最小主应力；进一步将 与 z 1h 作比较，也就可以以此确定地应力的 三个主应力。
13
因为开裂点方位或开裂裂缝方向可以确定 2h 的方位或 1h 的方向，所以三个地主应力的 方位也就可以相应确定。
（2）如果 2h h ，并且孔壁开裂后孔内 岩体出现水平裂缝，则此时 z h 为最小 地应力， 2h 与 1h 各为中间主应力及最大 地主应力，垂直开裂方向即为最大地应力方向。
24
套芯小孔
套孔取芯
套芯大孔
2) 测量步骤： (1)在测试地点打(大d) 孔 (a)
套芯小孔
(a) (c)
(2)从大孔底打同心小孔
(b)
(3)在小孔中央位置安装(测b) 量探头
(d)
安装探头
套芯小孔 套孔取芯套芯大孔来自(4)用薄壁钻头延伸大孔，使小孔周围岩芯(实a) 现应力解除
地应力测量方法
地应力测量方法地应力测量方法地应力测量方法1.水压至裂法水压致裂法地应力测试是通过在钻孔中封隔一小段钻孔，然后向封隔段注入高压流体，从而确定原位地应力的一种方法。
水压致裂法的2种方法试验设备相同，都有封隔器、印模器，使用高压泵泵入高压液体使围岩产生新裂隙或使原生裂隙重张。
常规水压致裂法（HF法）HF法是从射井方法移植而来，假定钻孔轴向为1个主应力方向，岩石均质、各向同性、连续、线弹性，采用抗拉破坏准则，在垂直于最小主应力方向出现对称裂缝，其仅能测得垂直于钻孔横截面上的二维应力。
在构造作用弱和地形平坦区，垂直孔所测结果可代表2个水平主应力，垂直应力约等于上覆岩体自重，裂缝方位为最大水平主应力方位HF法测试周期短，不需要岩石力学参数参与计算，适合工程初勘阶段，不需试验洞，可进行大深度测量，是目前惟一一种可直接进行深部地应力测定的方法。
通过对HF法的改进，德国大陆科学深钻计划（KTB）在主孔6 000 m和9 000 m 处已成功获得了地应力资料。
HF法是一种平面应力测量方法，为获得三维应力，YMizutal和M KuriyagawaE 提出3孔交汇地应力测量，我国长江科学院和地壳所也进行了大量的测试。
但研究表明，当钻孔轴向偏离主应力方向，其结果就有疑问，要精确获得三维地应力较困难。
为此，文献［7］基于最小主应力破坏准则，对3孔交汇HF法测试理论进行了完善，其有助于提高测量结果的计算精度，但还有待足够的测量数据来验证。
原生裂隙水压致裂法（HTPF法） HTPF法是HF法的发展，其要求在含有原生节理和裂隙的钻孔段进行裂隙重张试验以确定原位应力。
HTPF法假定裂隙面是平的，且面上应力一致。
对于深孔三维地应力直接测量，HTPF法可进行大尺度的地壳地应力测试，很有发展前途。
HTPF法同HF法相比，假设少，不需考虑岩石破坏准则和孔隙水压力，在单孔中便可获得三维地应力。
但用HTPF法测试费时，且裂隙产状和位置的确定误差都可降低计算精度。
地应力测量方法PPT课件
4.2.3 水压致裂法
P
3
水压致裂应力测量原理
Ps 2
Pr 3 2 1 P0
由以上两式求σ1和σ2就无须 知道岩石的抗拉强度。因此， 由水压致裂法测量原岩应力 将不涉及岩石的物理力学性 质，而完全由测量和记录的 压力值来决定。
4.2.3 水压致裂法
1）打钻孔到准备测量应力的部位，井将 钻孔中待加压段用封隔器密封起来，钻 孔直径与所选用的封隔器的直径相一致。 封隔器一般是充压膨胀式的，充压可用 液体，也可用气体。
裂压力 ④Ps0-关泵后压力表上保持的压力，称为关闭压力。如围岩渗
透性大，该压力将逐渐衰减 ⑤Pb0-停泵后重新开泵将裂缝压开的压力，称为开启压力
4.2.3 水压致裂法
水压致裂测量结果只能确定垂直于钻孔平面内的最大主应力 和最小主应力的大小和方向，所以从原理上讲，它是一种二维应 力测量方法。
水压致裂法认为初始开裂发生在钻孔壁切向应力最小的部位， 亦即平行于最大主应力的方向，这是基于岩石为连续、均质和各 向同性的假设。水压致裂法较为适用于完整的脆性岩石中。
4.3.1 应力解除法的基本原理
一、应力解除法
（一）基本原理
地下某点的岩体处于三向 压缩状态，如用人为的方法 解除其应力，必然发生弹性 恢复，测定其恢复的应变， 利用弹性力学公式则可算出 岩体初始应力。
破坏联系，解除应力； 弹性恢复，测出变形；
x
x x
, y
y y
,z
z z
根据变形，转求应力。
4.3.1 应力解除法的基本原理
4.3.1 应力解除法的基本原理
3、应变花种类
为计算方便，常把三个应变片布置成如图所示的 形式。 即：等角应变花、直角应变花
地应力测试方案
地应力测试方案山东科技大学1 地应力测试的目的与意义1.1 地应力测试的目的与意义1.2 地应力的成因与分布特点1.3 地应力测量方法2 空心包体应力计地应力测量原理与方法2.1 空心包体应力计的结构2.2 空心包体应力计地应力测量原理2.3 地应力分量与方向的计算3地应力测量工作计划3.1 空心包体应力计地应力测量现场施工方法3.2 地应力测量地点选择要求3.3地应力测量工作计划3.4 需要现场所做的配合工作1 地应力测试的目的与意义1.1 地应力测试的目的与意义地应力通常也称为原岩应力，是指岩土体内一点固有的应力状态。
地应力是引起矿山、水利水电、土木建筑、铁路、公路和各种地下或露天岩土开挖工程变形和破坏的根本作用力。
地应力是地壳地层力学状态最基础的原始数据，是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定分析、岩土工程开挖设计和决策所必须的原始资料。
就采矿工程而言，地应力的大小和方向对井巷断面形态优化、方位的合理选择及巷道支护等都是重要的科学依据。
传统的岩石工程开挖设计和施工一般是根据经验进行的。
在开挖活动的规模和深度较小时，经验类比方法是有效的。
但是随着开挖规模的不断扩大和逐步向深部发展，特别是在大型矿山、大型水电站、大坝、大断面地下隧道、地下峒室以及高陡边坡等出现后，经验类比方法就逐渐失去了作用，单纯依据经验开挖施工，就不足以保障地下工程的稳定性。
地下岩体工程的稳定性，主要取决于围岩的强度、岩体的应力状态和支护体的支护能力。
为了保障地下岩体工程的稳定性，就必须对影响工程稳定性的各种因素进行充分的调查研究。
只有详细了解了这些工程影响因素，并通过定量计算和分析，才能做出既经济又安全的工程设计。
在诸多影响因素中，岩体的地应力状态是重要因素之一。
对矿山井巷工程而言，只有掌握了具体工程区域的地应力条件，才能合理确定巷道的方向、最佳断面形状、尺寸、开挖步骤、支护形式和支护参数等。
由于各种岩体开挖的复杂性和多样性，利用解析理论方法进行工程稳定性分析和计算是十分困难的。
6-2 地应力测量方法
2
（4-8）
2
E 2 U1 U 2 U 3 2 2 6d 1
U1 U 2 U 2 U 3 U 3 U1
3 U 2 U 3 2U1 U 2 U 3
（4-9）
arctan
① 孔径变形测量
用于测量孔径变形的仪器很多，其中最著名 的是USBM（美国矿山局）孔径变形计。
它 是 奥 伯 特 （ L.Obert ） 和 梅 尔 里 （R.H.Merrill）等人于60年代研制出来的， 其结构见教材P159图3-20所示。
① 孔径变形测量
其探头是六个圆头活塞，两个径向相对的活塞测量 一个直径方向的变形，每对相差60°角，
① 孔底应变测量步骤
（3）将应变计导线连接到应变测量仪器上， 记录原始应变数据（一般调零）； （4）进行套孔应力解除，解除后再一次记 录应变数据，根据应力解除前后应变片的读 数变化，即可求出孔底平面的应力状态。
孔底平面的应力状态和周围原岩应力状态的 关系还没有理论解，只能通过试验或数值分 析方法求得。 由于孔底应力集中的状况是非常复杂的，要 精确确定二者之间的关系是很困难的，正因 为这一点孔底应变计测量的精度和实际应用 受到了很大影响。
② 孔壁应变计测量应力计算原理 （1）钻孔周围围岩应力分布公式 一个无限体中的钻孔，受到无穷远处的三维应力场 作用时，在孔壁上是个平面应变问题，可套用弹性 力学公式4-17和4-18，然后通过叠加法可得：
x y
2 a 2 a 2 a2 x y a2 a2 cos 2 1 2 1 3 2 xy 1 2 1 3 2 sin 2 （4-14） 1 2 2 r r r r r
应力恢复法
应力恢复法
应力恢复法是一种测量材料表面应力的方法。
该方法的基本原理是首先通过某种方式将材料表面的一部分去除，导致该部分材料的表面应力释放，然后通过测量材料的形状变化，计算出材料表面的原始应力。
具体来说，应力恢复法主要分为以下几个步骤：
1.准备阶段：选择适当的试样材料，对其进行清洗和干燥处理。
2.测试阶段：使用某种方法（如机械研磨、化学腐蚀等）去除材料表面的部分，导致该部分材料的表面应力释放。
3.观察阶段：观察并记录材料的形状变化，这可以通过使用光学显微镜、扫描电子显微镜或其他相关设备进行。
4.计算阶段：根据试样的形状变化和相关理论公式，计算出材料表面的原始应力。
应力恢复法具有较高的精度和灵敏度，可以在微米尺度上测量材料表面的应力。
该方法被广泛应用于微电子、生物医学等领域中材料的力学性质研究中。
不过，需要指出的是，应力恢复法只适用于部分材料，有些材料可能会受到环境等因素的影响而导致结果偏差。
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深部软弱围岩地应力测试的流变应力恢复法原理与技术刘泉声1，张程远2，朱元广2，蒋景东1（1武汉大学土木建筑工程学院 岩土与结构安全湖北省重点实验室，湖北武汉 430072；2中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北武汉，430071）摘 要：针对煤矿深部软弱围岩地应力难以测量的技术难题，基于深部围岩在高应力作用下具有强流变性的特点，提出了一种地应力测试新方法——流变应力恢复法地应力测试技术。
该方法的提出基于如下假设：在深部巷道软弱围岩中钻孔埋设岩体压应力传感器，由于围岩的强流变特性，传感器附近围岩的应力会随时间逐渐恢复，传感器感受到的应力随时间逐渐上升并最终趋于稳定，可以根据传感器的实测应力来分析围岩的初始应力状态和巷道围岩应力分布的演化。
该方法的分析原理是：在巷道围岩的钻孔中某一点，在位于两个完全不同轴的直角坐标系oxyz 和'''ox y z 上放置两个三向岩体压应力传感器A 和B ，通过实测可以得出测点处位于oxyz 和'''ox y z 两个坐标系中的六个正应力分量x σ，y σ，z σ和'x σ，'y σ，'z σ，在已知oxyz 和'''ox y z 坐标轴方向余弦的条件下，即可通过应力分析的转轴公式求解得出该测点处位于oxyz 和'''ox y z 两个坐标系中的六个剪应力分量xy τ，yz τ，zx τ和'xy τ，'yz τ，'zx τ，从而确定该测点的应力状态。
该方法不需要对岩体的力学性质做出任何假定，也不需要知道被测岩体的本构关系，仅需在测点处放置两个完全不同轴的三向压应力测试传感器，通过应力分析的坐标转换公式求解同一点两个完全不同轴坐标系的六个剪应力分量，从而严密确定一点的应力状态。
基于该方法的原理，研发了三向岩体压应力传感器、现场测试的孔内推送定位装置和注浆固定材料技术等一整套技术，并获得中国国家发明专利和澳大利亚国际发明专利。
采用理论分析、数值模拟和模型试验相结合的方法，研究了三向岩体压应力传感器埋入围岩介质后的嵌入效应及其自身的感知性能，建立了三向岩体压应力传感器实测应力与围岩介质初始应力状态之间的数学关系。
在平顶山矿区深部巷道的现场测试说明了该方法的有效性。
关 键 词：煤矿深部巷道，软弱破裂岩体，地应力；流变应力恢复；三向压力传感器； 嵌入效应。
The Principle, technology and instrument of rheological stress recovery methodfor geostress measurement in deep soft rockLIU Quansheng 1, ZHANG Chengyuan 2, ZHU Yuanguang 2, JIANG Jingdong 1(1. School of Civil Engineering & Key Laboratory of Geotechnical and Structural Engineering Safety of Hubei Province, Wuhan University, Wuhan, Hubei, 430072, China; 2.State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, ChineseAcademy of Sciences, Wuhan, Hubei, 430071, China)Abstract: For the technical problem that it is difficult to measure the geo-stress in soft and fractured rock surrounding deep roadways in coal mines, a new geo-stress measurement technique called rheological stress recovery method is proposed. It is based on the observations that the soft surrounding rock shows a strong rheological property due to high stress in deep roadways. According to this method, it is assumed that if 3D compressive stress sensors are embedded in the boreholes, the stress of surrounding rock nearby the stress sensors will gradually recover and the stress measured by the stress sensors will gradually increase to a stable value as a result of the strong rheological property of surrounding rock. Then, the in situ stress and the performance of stress distribution can be analyzed by the measured stress. The analysis principle of this method is embedding two 3D pressure cells A and B at a point in the borehole with totally different directions to measure six independent normal stresses x σ,y σ,z σ,'x σ,'y σ,'z σin two different Cartesian coordinate system firstly, and then calculating six independent shear stresses xy τ,yz τ,zx τ,'xy τ,'yz τ,'zx τto determine the stress state at the point by coordinate transformation formula with angels measured in advance. Neither it is necessary to assume the mechanical property nor to know the constitutive equation of the rock. Only two 3D pressure cells have to be embedded nearby with different directions. Based on this method, a three-dimensional vibrating wire 3D compressive stress sensor and corresponding installation devices are developed. The measurement performance of the 3Dcompressive stress sensor is analyzed by laboratory calibration tests. The embedding effect of the sensor in rock like medium and its stress perception property are studied by numerical simulation, model experiments and in situ tests. The relation between the measured stress of the compressive stress sensor and the initial stress in modelling rock mass of Geomechanical model tests and rock mass in situ tests and is presented afterwards. This method has obtained the China invention patent and the Australian invention patent.Keywords: deep roadways in coal mines;soft and fractured rock; geo-stress; rheological stress recovery; 3D compressive stress sensor; embedding effect.1.引言近年来，随着浅部煤炭资源的日益减少与枯竭，我国中东部地区重点煤矿全面进入深部开采阶段[1]。
受沉积环境和反复构造运动的影响，煤矿深部围岩大多岩质软弱、力学强度低、节理裂隙发育、结构破碎，属于软弱围岩，在这样的软弱围岩中采用传统方法进行地应力测量非常困难，很难获得有效的地应力测量结果。
水利水电、金属矿山、交通隧道及煤矿浅部巷道等工程中传统上主要采用水压致裂和应力解除两种方法[2-5]测试地应力。
这两种测试方法都是建立在岩体为均质、连续、各向同性的线弹性体假定基础上的，要求岩体的完整性和坚硬性非常好。
然而，煤矿深部围岩中存在着大量的原生节理裂隙，绝大多数围岩都是软弱破碎结构，难以满足这种苛刻的条件。
对水压致裂法而言，首先需要事先假定一个主应力方向（一般假定重力为一个主应力），所以只能测试垂直于测孔平面内的两个主应力，难以获得真正的三向应力状态；其次，在深部软弱裂隙围岩中进行水压致裂，极有可能在原生裂隙中发生破裂扩展，而非理论上的应力最小部位，因而最终的测量结果可能与实际情况偏差较大；第三，水压致裂法过程中要求封隔器在高水压下具有良好的水密封性，遇到煤矿深部节理裂隙发育的软弱破碎岩体，经常发生用于岩石压裂的水体从节理裂隙中流出和封隔器被尖锐岩块顶破而密封失效的现象，最终导致测量失败；第四，只能做一次性应力测量，无法用于扰动应力演化过程的监测。