岩石力学-地应力的测量 直接测量法

测量步骤
3.2直接测量法(水压致裂法)
3）重新向密封段注射高压水，使裂隙重新 打开并记下裂隙重开时的压力Pr和随后的恒 定关闭压力Ps。这种卸压-重新加压的过程 重复2—3次，以提高测试数据的准确性。 Pr和Ps同样由压力-时间曲线和流量-时间曲 线确定。
4）将封隔器完全卸压，连同加压管等全部 设备从钻孔中取出。
5）测量水压致裂裂隙和钻孔试验段天然节 理、裂隙的位置、方向和大小，测量可以采 用井下摄影机、井下电视、井下光学望远镜 或印模器。
测量步骤
3.2直接测量法(水压致裂法)
优缺点
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。
示意图
3.2直接测量法( 刚性包体应力计法)
优缺点
刚性包体应力计具有很高的稳定性，因而可用于对 现场应力变化进行长期监测。然而通常只能测量垂直于 钻孔平面的单向或双向应力变化情况，而不能用于测量 原岩应力。除钢弦应力计外，其他各种刚性包体应力计 的灵敏度均较低，故20世纪80年代之前已被逐步淘汰。 钢弦应力计目前仍在一些国家特别是美国得到较为广泛 的应用。
3.2直接测量法
1 扁千斤顶法 2 刚性包体应力记法 3 水压致裂法 4 声发射法
3.2直接测量法( 扁千斤顶法)
示意图
3.2直接测量法( 扁千斤顶法)
优缺点
从原理上来讲，扁千斤顶法只是一种一维应力测量方 法，一个扁槽的测量只能确定测点处垂直于扁千斤顶方向 的应力分量。为了确定该测点的六个应力分量就必须在该 点沿不同方向切割六个扁槽，这是不可能实现的。
凯泽效应为测量岩石应力提供了一个途径，即如果从 原岩中取回定向的岩石试件，通过对加工的不同方向的岩 石试件进行加载声发射试验，测定凯泽点，即可找出每个 试件以前所受的最大应力，并进而求出取样点的原始（历 史）三维应力状态。
3.2直接测量法(声发射法)
材料在受到外载荷作用时，其内部贮存的应变能快速 释放产生弹性波，发生声响，称为声发射。1950年，德 国人凯泽（J.Kaiser）发现多晶金属的应力从其历史最高 水平释放后，再重新加载，当应力未达到先前最大应力值 时，很少有声发射产生，而当应力达到和超过历史最高水 平后，则大量产生声发射，这一现象叫做凯泽效应。
原理
3.2直接测量法(水压致裂法)
从弹性力学理论可知，当一个位于无限体中的钻孔受
到无穷远处二维应力场( 1 ， 2)的作用时，离开钻孔端部
一定距离的部位处于平面应变状态。在这些部位，钻孔周 边的应力为
1 2 2(1 2 ) cos 2 r 0
式中， 和 r分别为钻孔周边的切向应力和径向应力； 为周边一点与 1轴的夹角。
当 ＝0º时， 取得极小值，此时 3 2 1
原理
3.2直接测量法(水压致裂法)
P
3
水压致裂应力测量原理
如果采用图所示的水压致裂 系统将钻孔某段封隔起来， 并向该段钻孔注入高压水， 当水压超过3 2 1和岩石抗
拉强度T之和后，在 ＝0º
处，也即所在方位将发生孔 壁开裂。设钻孔壁发生初始 开裂时的水压为 Pi ，则有
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。
水压致裂法的突出优点是能测量深部应力，已见报道的最大测深 为5000m，这是其它方法所不能做到的。因此这种方法可用来测量 深部地壳的构造应力场。同时，对于某些工程，如露天边坡工程，由 于没有现成的地下井巷、隧道、峒室等可用来接近应力测量点，或者 在地下工程的前期阶段，需要估计该工程区域的地应力场，也只有使 用水压致裂法才是最经济实用的。
3.2直接测量法(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。
2）向二个封隔器的隔离段注射高压水，不 断加大水压，直至孔壁出现开裂，获得初始 开裂压力；然后继续施加水压以扩张裂隙， 当裂隙扩张至3倍直径深度时，关闭高水压 来自百度文库统，保持水压恒定，此时的应力称为关闭 压力，记为；最后卸压，使裂隙闭合。在整 个加压过程中，同时记录压力-时间曲线图 和流量-时间曲线图，确定Pi，Ps值。
扁千斤顶测量只能在巷道、峒室或其他开挖体表面附 近的岩体中进行，因而其测量的是一种受开挖扰动的次生 应力场，而非原岩应力场。同时，扁千斤顶的测量原理是 基于岩石为完全线弹性的假设，对于非线性岩体，其加载 和卸载路径的应力应变关系是不同的，由扁千斤顶测得的 平衡应力并不等于扁槽开挖前岩体中的应力。
3.2直接测量法( 刚性包体应力计法)
Pr 3 2 1 P0
原理
3.2直接测量法(水压致裂法)
P
3
水压致裂应力测量原理
Ps 2 Pr 3 2 1 P0
由以上两式求和就无须 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。
Ps 2
原理
3.2直接测量法(水压致裂法)
P
3
水压致裂应力测量原理
在钻孔中存在裂隙水的情况
下，如封隔段处的裂隙水压
力为P0 ,则
Pi 3 2 1 T P0
在初始裂隙产生后，将水
压卸除，使裂隙闭合，然
后再重新向封隔段加压，

使裂隙重新打开，记裂隙
重开时的压力为Pr，则有

Pi 3 2 1 T
原理
3.2直接测量法(水压致裂法)
P
3
水压致裂应力测量原理
如果继续向封隔段注入高压
水，使裂隙进一步扩展，当
裂隙深度达到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，将该恒定压力记为Ps,Ps 应和原岩应力相平衡， 即