地应力知识
地应力测试步骤、所需仪器及注意事项总结——张念超

地应力测试步骤、所需仪器及注意事项总结从淮南到淮北,地应力测试做了五个孔了,成功率60%。
虽然成功率刚刚过半,但这都是我们课题组在没有任何前辈莅临指导的情况下,经过多个井下不眠之夜,独立摸索完成的。
虽然做地应力测试比较苦,但是虽苦犹乐,因为我们又掌握了一样新知识,新技术。
现根据我们在朱集矿和孙疃矿做地应力测试的情况,总结经验吸取教训,总结地应力测试步骤、所需仪器及注意事项如下:1、地质钻打孔。
1.1步骤:(1) 地点选取。
选取整体岩性较好区域的巷道,安设测点。
测点巷道内应水电方便,地质钻工作时应不影响巷道运输。
(2) 打孔取芯。
使用75/105型地质钻机,配直径为42mm/50mm的接长钻杆,并运用特制的取芯套筒(长度为2m和1m,直径为127 mm)及平钻头(直径为127 mm),在所测巷道岩壁上打直径为127 mm的水平钻孔,至巷道跨度的2~3倍深处,以保证应变计安装位置位于原岩应力区。
当钻孔至预定长度时,取出岩芯,并编号套袋保护岩芯。
(3)打空心包体孔。
利用自备的钻头(直径为127 mm),其上带有长370mm,直径36mm的小钻头,打同心小孔并取岩芯,同时将孔底磨平,并用锥形钻头打出7cm长的喇叭口,小孔深35~40cm。
此小孔一杆打到底,钻孔过程中,必须利用2m长岩芯管定向。
(4) 冲洗钻孔。
小孔成形后,抽出钻杆5cm,用钻机的水管冲洗。
1.2注意事项(1) 钻孔要稍向上倾斜,并测量倾斜角度确切数值,一般控制在3°~5°,以便排水并易于清洗钻孔;(2) 打孔要一次用一种钻头,不要先打孔再扩孔,因为孔长度较大,容易导致两钻头轴向不在同一条直线上,进而产生台阶,安装时定位器会被卡住,孔就废掉了。
1.3仪器准备(1) 矿方准备:75/105型地质钻机;42mm/50mm钻杆;长度2m和1m,直径127 mm 取芯套筒;直径127 mm平钻头,岩芯箱:1000mm×500mm×150mm。
地应力的计算

地应力的计算《地壳应力随深度的变化规律》1.水平主应力值随深度的增加而增加,通常比覆盖层静压大几倍,且远大于视岩休为弹性介质的侧向约束,即按计算水平应力(式中为泊松比,为岩石密度,为重力加速度, Z 为深度)。
地壳中水平应力的另一个特点是其各向异性。
也就是说,两个水平主应力(最大水平主应力) 及 (最小水平主应力) 的大小很少是相等的。
根据我们的观测结果,在中国大陆地壳中,最小与最大水平主应力的比值为0.3 一0.7 的约占70%,即一般最大水平主应力是最小水平主应力的1.4 一3.3倍。
最大水平主应力与最小水平主应力随深度变化的梯度在不同地区是不同的。
《地壳应力在低渗裂缝砂岩油田开发中的应用》水平主应力的总和与测点深度的关系式为::式中—水平最大主应力,MPa;—水平最小主应力,MPa;—测点深度,m;—地面岩石中水平主应力的总和,MPa;—应力梯度,MPa套管抗外挤强度,注水后,注入水窜入泥岩层诱发地应力在井壁产生周向应力。
计算公式为:,最大最小周向应力。
在压裂施工中,当井内压裂液的压力升高到一定数值时,油层即发生破裂,这时油层承受的净压力,称为油层的破裂压力, 表达式:—油层破裂压力,MPa;,—油层最小、最大水平主应力,MPa;—油层岩石抗张强度,MPa;—油层孔隙压力,MPa;当停止泵入压裂液,最小主应力将迫使裂缝闭合,当裂缝刚刚张开或恰恰没有闭合时,裂缝中压裂液所承受的净压力称为闭合压力,它近似等于油层的最小主应力。
《地形条件对大安山井田地应力的影响》《断层活动与原地应力状态》——李方全如果沿断层面的剪应力等于阻碍滑动的摩擦阻力时,在断层面上就会发生摩擦滑动,这就是库伦准则。
也可用主应力来改写库伦准则,井引入有效应力概念。
对于方位合适的断层面,最大、最小有效主应力之比可表示为摩擦系数µ的函数若最大、最小有效主应力(式中为孔隙压力)之比小于此值,则断层稳定,不发生滑动.如果比值等于此值,就会在方位合适的断层上发生滑动。
地应力平衡odb导入法详解

地应力平衡odb导入法详解地应力是指地球内部各层物质受到的压力状态,是地球物理学和地质学领域中的重要参数之一。
在地质勘探、工程地质、岩土工程等领域中,地应力的研究和分析具有重要意义。
地应力平衡odb导入法是一种用于分析地应力的方法,本文将对其进行详细介绍。
一、地应力平衡odb导入法的基本原理地应力平衡odb导入法是一种基于有限元分析的方法。
其基本原理是:在地下工程施工过程中,地应力状态会发生变化,而地应力平衡odb导入法通过对地下工程的有限元模型进行分析,确定施工过程中地应力状态变化的影响范围和程度,从而为工程设计和施工提供理论依据。
具体来说,地应力平衡odb导入法主要包括以下步骤:1.建立地下工程有限元模型,包括地质模型和工程模型。
2.确定地下工程施工过程中的应力变化情况,包括垂直应力、水平应力和剪切应力等。
3.将应力变化情况导入有限元模型中,进行数值模拟分析,得出地应力状态的变化情况。
4.根据分析结果,确定地下工程施工过程中的应力状态变化对工程的影响范围和程度,为工程设计和施工提供理论依据。
二、地应力平衡odb导入法的应用场景地应力平衡odb导入法主要适用于以下场景:1.地铁、隧道等地下工程的设计和施工。
2.石油、天然气等油气勘探和开发工程的设计和施工。
3.地震、火山等地质灾害的研究和预测。
4.地下水资源开发和保护工程的设计和施工。
5.岩土工程、地质勘探等领域的研究和应用。
三、地应力平衡odb导入法的优缺点地应力平衡odb导入法具有以下优点:1.能够准确分析地应力状态的变化情况,为工程设计和施工提供理论依据。
2.能够对地下工程施工过程中的应力变化情况进行数值模拟分析,具有较高的可靠性和准确性。
3.能够预测地下工程施工过程中可能出现的问题,提前采取措施,避免工程事故的发生。
地应力平衡odb导入法也存在一些缺点:1.需要建立较为复杂的有限元模型,对模型的建立和分析需要较高的技术水平和专业知识。
2.分析过程中需要考虑多种因素的影响,如地质条件、工程施工方式等,分析过程较为繁琐。
石油工程岩石力学-地应力知识讲解

Kaiser效应试验结果的解释
σV σαPpKPc
σH
σ0σ 2
σ0σ90 2
1
1tg22 2
αPpKPc
σh
σ0σ90 2
σ0σ90 2
1
1tg22 2
HMAX hmin
v >> HMAX > hmin
hmin
Drill within a 60°cone (±30°) from the most favored direction
v HMAX ~ v
>> hmin
HMAX
v HMAX
In highly differential stress fields, the proper choice of an inclined hole facilitates drilling
AE Counts
Kaiser effect point
Load
室内岩心试验法:
MTS岩石力学 实验装置
SAMOS多通 道声发射装置
中国石油大学 (北京)岩石 力学室拥有美 国进口的先进 仪器设备,能 够完成凯塞尔 效应、单轴/三 轴抗压试验、 水力压裂室内 试验等多项实 验。
室内岩心试验法:
声
z
2
1 x
Principal stresses
p 3
Coordinates parallel to earth’s surface
Principal stresses are usually parallel and normal to the surface.
Drilling Direction and Stress
走滑断层(拗断层)与地应力
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。
《岩石力学与工程》蔡美峰版考试知识点

地应力是存在于地层中的为受工程扰动的天然应力。
也称为岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。
地质软岩:单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软化及风化膨胀性一类岩体的总称。
工程软岩:工程力作用下能产生显著性变形的工程岩体。
声发射: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。
岩石岩石地下工程:地下岩石中开挖并临时获永久修建的各种工程。
围岩:在岩石地下地下工程中,由于受开挖影响而发生应力状态改变的周围岩体。
锚喷支护:锚杆与喷射混凝土联合支护的简称。
边坡:岩体、土体在自然重力作用或人为作用而形成一定倾斜度的临空面。
岩石:自然界各种矿物的集合体,是天然地质作用的产物。
容重:岩石单位体积的重量。
根据含水情况将岩石的容重分为天然容重、干容重、饱和容重。
孔隙性:天然岩石中包含着数量不等、成因各异的孔隙和裂隙。
孔隙率:指岩石孔隙的体积与岩石总体积的比值,以百分数表示。
分为总孔隙率、总开孔隙率、大开孔隙率、小开孔隙率、和闭孔隙率。
孔隙率愈大,岩石力学性能越差。
水理性:岩石与水相互作用时所表现的性质。
包括岩石的吸水性、透水性、软化性和抗冻性。
岩石强度:岩石在各种载荷作用下达到破坏时所能承受的最大应力。
单轴抗压强度:岩石在单轴压缩载荷作用下达到破坏前所能承受的最大压应力。
岩石破坏形式:x状共轭斜面剪切破坏。
这种破坏形式是最常见的破坏形式;单斜面剪切破坏。
这两种破坏都是由于破坏面上的剪应力超过极限引起的。
拉伸破坏:横向拉应力超过岩石抗拉极限引起的。
流变破坏:岩石的三轴抗压强度:岩石在三向荷载作用下,达到破坏时所能承受的最大压应力。
莫尔强度包络线:同一种岩石对应各种应力状态下破坏莫尔应力圆外公切线。
直线型、抛物线型、双曲线型。
点载荷试验:试验所获得的强度指标值可以用做岩石分级的一个指标。
点载荷实验装置是便携式的,可带到岩土工程现场去做实验。
点载荷试验对试件的要求不严格。
缺点是要根据经验公式进行换算。
地应力计算公式范文

地应力计算公式范文地应力是指地下岩体受到的应力状态,地应力主要由地球内部的重力、地壳的厚度和岩石本身的力学特性等因素所决定。
在地质勘探和地下工程中,准确地计算和了解地应力的分布和变化对于工程设计和施工具有重要意义。
本文介绍了地应力的计算公式及其推导过程,并对地应力的影响因素进行了简要讨论。
地应力的计算公式可以通过应力平衡方程来推导得到。
应力平衡方程可以表示为:∂σ_xx/∂x + ∂τ_xy/∂y + ∂τ_xz/∂z + F_x = 0 (1)∂τ_xy/∂x + ∂σ_yy/∂y + ∂τ_yz/∂z + F_y = 0 (2)∂τ_xz/∂x + ∂τ_yz/∂y + ∂σ_zz/∂z + F_z = 0 (3)其中,σ_xx、σ_yy和σ_zz分别代表岩体在x、y和z三个方向上的正应力;τ_xy、τ_xz和τ_yz分别代表岩体在xy、xz和yz平面上的剪应力;F_x、F_y和F_z分别代表岩体受到的体力。
有了这个应力平衡方程,我们可以得到一系列求解地应力的计算公式。
根据岩石力学理论,我们可以假设岩体处于弹性状态,即应力与应变之间存在线性关系。
根据胡克定律,我们可以将应力表示为应变的线性函数:σ_xx = E(ε_xx + v(ε_yy+ε_zz)) (4)σ_yy = E(ε_yy + v(ε_xx+ε_zz)) (5)σ_zz = E(ε_zz + v(ε_xx+ε_yy)) (6)τ_xy = 2Gγ_xy (7)τ_xz = 2Gγ_xz (8)τ_yz = 2Gγ_yz (9)其中,E代表岩石的弹性模量,G代表岩石的剪切模量,v代表泊松比,ε_xx、ε_yy和ε_zz分别代表岩体在x、y和z三个方向上的应变,γ_xy、γ_xz和γ_yz分别代表岩体在xy、xz和yz平面上的剪应变。
根据以上公式,结合应力平衡方程,就可以计算出地应力的大小和分布。
具体的计算步骤如下:1.假设每个方向上的应变分布情况,并通过实际野外或实验数据进行验证。
地应力平衡

地应力平衡地应力平衡,也称作“地质力场平衡”,是指地应力在一定区域内的均衡状态。
它是地球物理学中的一个主要原理,是地质结构以及地球物理效应的基础。
例如,地壳变形过程中的形变机理,地下水在地层内部流动的路径,以及各种地球物理现象是形成地应力平衡的基础。
地应力平衡是一个相对静态的概念。
它主要涉及到地壳构造、岩石结构和地表形态特征之间的关系,以及这些特征之间的力学相互作用。
它的核心思想是,地应力在一定的距离范围内,是一个相对稳定的力学状态。
当地应力强度发生变化时,它们会很快地调整自身的强度,以便保持平衡,而不会出现长期的不稳定状态。
地应力平衡也可以说是地震或地质活动的前兆,它是地应力能量发生变化时发生的一种重要物理反应。
准确地认识和分析地应力变化有助于提高预测地震的准确性和及时性,并有助于开发更有效的震防预报技术。
地应力平衡与地球物理学实验有着密切的联系。
地球物理实验通过量测岩石特性,如晶格参数、表面应力,以及其他物理属性来获取地应力的知识。
这些实验可以揭开地壳深处的秘密,有助于我们更好地了解地壳的变形过程,从而更好地控制地震的影响。
基于地应力平衡理论,地质学家和工程师创建了复杂的模型,用于评估地表物理现象的影响范围,以及地震发生的可能性。
地应力模型允许人们估算地震的影响范围、发生概率、以及可能造成的损失或伤害。
这些模型还能够反映地质构造的变化,以及不同地表学特征的影响,从而帮助地质学家对地质地质结构进行更为准确的分析。
此外,地应力平衡理论也被用于研究地质工程、矿物开采和矿山建设中的关键物理因素。
例如,开采过程中排放的气体会改变地应力,从而改变岩石的结构和组织,可能会导致岩体受到破坏。
在这种情况下,可以利用地应力模型来估算和模拟地应力的变化过程,帮助预测开采超过允许水平的可能性,从而保护地表面和地下环境。
综上所述,地应力平衡是一个十分重要的概念,它是地球构造变形和地表物理特征发生变化时出现的一种物理反应。
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地应力知识简介地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力,也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。
随着水利水电、矿山、交通与城建等边坡、洞室及深基坑等事故的明显增加从而使人们对地应力引起较为广泛的注意与重视,所以,地应力研究不但具有重要的实际意义,而且具有重要的理论意义。
一地应力的成因产生地应力的原因是十分复杂的,也是至今尚不十分清楚的问题。
30多年来的实测和理论分析表明,地应力形成主要与地球的各种动力运动过程有关,其中包括:板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。
另外,温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学等也可引起相应的应力场,其中,构造应力场和重力应力场是现今地应力场的主要组成部分。
1大陆板块边界受压引起的应力场以中国大陆板块为例,由于受到印度板块和太平洋板块的推挤,推挤速度为每年数厘米,同时受到西伯利亚板块和菲律宾板块的约束。
在这样的边界条件下,包括发生变形,产生水平受压应力场。
2地幔热对流引起的应力场由硅镁质组成的地幔因温度很高,具有可塑性,并可以上下对流和蠕动。
地幔热对流引起地壳下面的水平切向应力,在亚洲形成由孟加拉湾一直延伸到贝加尔湖的最低重力槽。
3由地心引力引起的应力场(也称为重力场)重力场,是各种应力场中唯一能够计算的应力场。
重力应力为垂直方向应力,是地壳中所有各点垂直应力的主要组成部分,但是垂直应力一般并不完全等于自重应力,因为板块移动、岩浆对流和侵入、岩体非均匀扩容、温度不均和水压梯度均会引起垂直方向应力变化。
4岩浆侵入引起的应力场岩浆侵入挤压、冷凝收缩和成岩,均在周围底层中产生相应的应力场,其过程也是相当复杂。
熔融状态的岩浆处于静水压力状态,对其周围施加的是各个方向相等均匀压力,但是热的岩浆侵入后逐渐冷凝收缩,并从接触面界面逐渐向内部发展,不同的热膨胀系数及热力学过程会使侵入岩浆自身及其周围岩体应力产生复杂的变化过程。
岩浆侵入引起的应力场是一种局部应力场。
5地温梯度引起的应力场地层的温度随着深度增加而升高,一般为a=3℃/100m。
由于地温梯度引起地层中不同深度不相同的膨胀,从而引起地层中的压应力,其值可达相同深度自重应力的数分之一。
6地表剥蚀产生的应力场地壳上升部分岩体因为风化、侵蚀和雨水冲刷搬运而产生剥蚀作用。
剥蚀后,由于岩体内的颗粒结构的变化和应力松弛赶不上这种变化,导致岩体内仍然存在着比由地层厚度引起的自重应力还要大得多的水平应力值。
因此,在某些地区,水平应力除与构造应力有关外,还和地表剥蚀有关。
二地应力的研究观点对地应力的研究已有一百多年的历史了,但总的说来,现在主要有三种观点:1“静水应力式”分布的观点它最早是海姆(Heim)于1878年提出的“静水压力”假说。
以后(1905~1912年),又提出相应的应力计算公式。
1925年,金尼克也提出了弹性理论计算法及相应的公式。
但事实表明,它们只能适用于一定的环境条件下,如,埋深较大的未受到扰动的地层。
2垂直应力为主的观点它是岩石力学工作者基于弹性理论提出的,但由于他们对地质条件的多样性与复杂性不甚了解,所以事实证明,此观点也只适用于某些特定的场合。
3水平应力为主的观点本世纪20年代,李四光教授指出地壳运动是以水平运动为主,应力场是以水平应力为主导的。
50年代,瑞典的哈斯特通过大量的应力测量研究工作后,发现地壳岩土体中的应力场是以水平压应力为主的应力场。
此外,克鲁泡特金(Kropotkin)在前苏联,G.赫盖特在加拿大,沃洛特尼斯基(Worotnicki)和德纳姆(Denham)在澳大利亚,海姆森(Haimson)、古德曼教在美国等的许多地区,都发现地壳中的水平应力大于垂直应力的情况,并分别给出了平均水平应力与深度的关系式。
还有我国的孙广忠(1993)、xx(1990)、xx(1994)等也均对此研究做出了贡献。
现有的资料也表明,世界上大多数地区地壳岩土体内的天然应力状态是以水平应力为主的观点,但同时也告诉我们不能忽视其它因素的作用和否认其它两类应力状态的存在。
现有的资料表明,地应力的总体特征表现为:地应力具有显著的离散性,地应力场是一个很不均一的应力场,它不但表现在地应力随深度方面的变化,而且在不同的范围,从区域范围直至岩石的亚微观范围均能表现出来。
其根本原因,在于岩体中地应力的分布受各种地质因素的影响。
当然,无论是垂直应力,还是水平方向的最大水平应力及最小水平应力,总体上均随深度呈线性增加,水平应力与自重垂直应力的比值随深度逐渐减小,离散性亦逐渐减小,到一定的深度便趋于稳定。
研究者还在构造应力的分析,影响地应力分布的各种地质因素,残余应力的分类,高地应力的判断,以及在高地应力作用下岩石的某些特殊岩石力学现象等方面均取得了显著的进展,如:利用岩体工程地质力学方法确定构造残余应力或地应力场,从工程岩体的破坏或稳定性评价方面得出高地应力的判断标准等,它们在工程实践中具有实际的工程意义及应用价值。
此外,岩体中存在的应力是岩体产生变形破坏的力学依据。
由于开挖引起的重分布应力受岩体初始应力的控制,所以,地应力场对工程稳定状态总体上存在着一定的控制作用。
三地应力分布的一些基本规律通过理论研究,地质调查和大量的地应力测量资料的分析研究,已经初步认识到浅部地壳应力分布的一些基本规律:1地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场,它是时间和空间的函数。
地应力在对大部分地区是以水平应力为主的三向不等压应力场。
三个主应力的大小和方向是随着空间和时间而变化的,因而它是一个非稳定的应力场。
地应力在空间上的变化,从小范围来看,其变化是很明显的,但就某个地区整体而言,地应力的变化是不大的。
在某些地震活跃地区,地应力的大小和方向随着时间的变化是很明显的。
地震前,处于应力积累阶段,应力值不断升高,而地震时使集中的应力得到释放,应力值突然大幅度下降,主应力在地震发生时会明显改变,地震一段时间后又会恢复到震前的状态。
2实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量对全世界实测垂直应力бz的统计资料分析表明,在深度25~2700m范围内,呈线性增长,大致相当于按平均容重等于27kN/m3计算出来的重力。
3水平应力普遍大于垂直应力实测资料表明,在绝大多数地区均有两个主应力位于水平或接近水平的平面内,其与水平面的夹角一般不大于30度,最大水平主应力普遍大于垂直应力。
4平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小,但在不同地区,变化的速度很不相同。
5最大水平主应力和最小主应力也随深度呈线性增长关系。
与垂直应力不同的是,在水平主应力线性回归方程中的常数项比垂直应力线性回归方程中常数项的数值要大些,这反映了在某些地区近地表处仍存在显著水平应力的事实。
6最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大,显示出很强的方向性。
7地应力的上述分布规律还受地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响,特别是地形和断层的扰动影响最大。
四地应力测量研究进展无论是地应力的理论研究,还是地应力在工程中的应用或对岩体稳定性的评价,均需定量地确定岩体中的应力状态。
因此,长期以来,国内外对地应力理论研究及应用均非常重视各种应力量测技术及方法。
1915年,瑞典的哈斯特(N.Hast)首先开始量测初始地应力,由此开创了通过现场量测信息反演确定初始地应力的历史。
继哈斯特之后,许多国家先后开展了这项工作,积累了许多初始地应力的实测资料,将这些资料进行综合分析。
特别是近20年来,随着计算机技术和数值分析方法的进步,在定量计算方法研究方面取得了不少成果。
原位地应力量测始于二十世纪30年代。
从二十世纪50年代以来,随着岩体应力量测技术及量测方法的发展,多种地应力量测的有效方法得到广泛应用。
目前,国内外常用的地应力量测方法有:钻孔变形计、压磁应力计、钻孔包体式应力计、钻孔孔底应变计、钻孔三轴应变计、水压破裂法、钢弦应力计、声发射法、空心包体应变法、用赤平投影地质力学方法确定地应力主方向,用Kaiser效应测量地应力大小的新方法、应力恢复法等,但它们一般情况下适用于对由坚硬岩石组成地段的地应力测量。
实际上,上述方法大体上可分为地应力测试法和初始应力场分析法。
前者可通过仪器直接或间接进行地应力的测量。
国外许多学者对它进行了大量研究,代表性的有古德曼(R.E.Goodman),A.J.Bowling.(1976),xx等,xx(2002)等都对它做出了贡献;后者可通过运用地质、数学或力学等进行理论分析,采用其它技术方法作手段,如计算机等,从而得出其应力的方法,它大体上可分为:边界荷载调整法,应力函数的趋势面分析、地质力学构造分析法、统计分析法、解析分析法、模型模拟试验法和位移反分析法等。
如日本神户大学的樱井春辅等。
美国学者古德曼(R.E.Goodman),意大利学者焦德(G.Gioda)等;国内的杨志法等。
李光煜,白世伟等,杨林德等,王士天(2002),xx,xx(1987),霍克(E.Hoek)、布朗(E.T.Brown)和邵建国(2000)(xx,1983)黄润秋(1997)(杨林德,1999)等都对此做了较深入的研究。
除以上方法之外,还有学者将数值模拟模型、物理模拟模型、灰色理论(李龙林1999)、神经网络或与有限元模拟相结合(孔广亚(1996,2002)、遗传算法(李守巨,2001)、GPS等方法运用到地应力场的分析中。
由于地壳岩土体中的应力场受多种因素的作用与影响,很多方法与理论需要进一步的发展与完善,特别是适用于弹塑性、塑性等岩土体方面的测试方法与理论研究。
五常用地应力测量方法简介常用的应力量测方法主要有:应力解除法、应力恢复法和水压致裂法等。
这些方法的理论基础是弹性力学。
因此,岩体应力测试均视岩体为均质、连续、各向同性的线弹性介质。
1应力解除法应力解除法的基本原理是:岩体在应力作用下产生变形(或应变)。
当需测定岩体中某点的应力时,可将该点一定范围内的岩体与基岩分离,使该点岩体上所受应力解除。
这时由应力产生的变形(或应变)即相应恢复。
通过一定的量测元件和仪器量测出应力解除后的变形值,即可由确定的应力与应变关系求得相应应力值。
应力解除法据测量方法不同可分为表面应力解除法、孔底应力解除法和孔壁应力解除法三种,各种方法根据测量元件不同又可细分为各种不同的方法。
2应力恢复法应力恢复法一般在平硐壁面(也可在地表露头面)上进行。
在岩面上切槽,岩体应力被解除,应变也随之恢复;然后在槽中再埋入液压枕,对岩体施加压力,使岩体的应变恢复至应力解除前的状态;此时,液压枕施加的压力即为应力解除前岩体受到的应力,这一应力值实际上是平硐开挖后壁面处的环向应力。
通过量测应力恢复后的应力和应变值,利用弹性力学公式即可求解出测点岩体中的应力状态。