岩石力学 岩体初始应力状态的现场量测方法共34页文档
合集下载
岩体的初始应力状态1
第 2节
组成岩体初始应力状态的 各种应力场及其计算
岩体自重应力场及其计算 岩体的构造应力场 影响岩体初始应力状态的其他因素
1、岩体自重应力场及其计算 1）海姆假说
1912年瑞士地质学家海姆在大型越岭隧道的施工过程中，通过观察和分析，首 次提出了地应力的概念，并假定地应力是一种静水应力状态，即地壳中任意一点 的应力在各个方向上均相等，且等于单位面积上覆岩层的重量，即
1
H
侧压力系数
1
若岩体由多层不同重力密度的岩层所组成(图6-2)。 h1 , h2 ,, hi hn ， 每层的厚度依次 各层的重力密度依次分别为 ， n 1, 2 ,, i 则岩体的自重初始应力为
z i H i x y z
周围岩石
通常把应力的这种变化叫应力重分布，把应力重分布影响范围的岩体叫围 岩。围岩内的应力叫围岩应力（二次应力）。洞室的开挖引起围岩的应力 和变形，这不仅会影响洞室本身的稳定状态，而且为了维持围岩的稳定， 必须进行人工支护，建造一定的支护结构或衬砌，合理地设计支护结构， 确定经济合理的衬砌尺寸，都与岩体的初始应力状态紧密相关。
4)岩浆侵入引起的应力场
岩浆侵入挤压、冷凝收缩和成岩，均在周围地层中产生相应的应力场，其过程也 是相当复杂的。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 相等的均匀压力，但是炽热的岩浆侵入后即逐渐冷凝收缩，并从接触界面处逐渐 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。 与上述三种应力场不同，由岩浆侵入引起的应力场是一种局部应力场。
水 库 诱 发 地 震
水库水体重量作用
2) 初始应力与岩体稳定性的关系
第10章岩体原位应力测试
◦ 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；
(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。
(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。
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；
(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。
(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。
4、岩体地应力及其测量方法
p
4.3高应力区特征-11
p
1、高应力区判别准则和高地应力现象
①高应力判别准则 高应力为一相对概念，埋深大不一定存在高应力问题，埋 深小可能存在高应力问题。当围岩内部最大应力与围岩强 度比值达到一定水平时，才能称为高应力，即：
Rb 围岩强度比 = σ max
极高地应力 法国隧道协会 <2 <4 >2 <2 高地应力 2-4 4-7 4-6 2-4 一般地应力 >4 >7 >6 >4
4.4地应力测量方法-21
p
1、地应力测量基本原理
①地应力的种类 岩体中的应力可分为原始应力和二次应力。岩体中一点的 三维应力状态可以用 (σ x , σ y , σ z ,τ xy ,τ yz ,τ zx ) 来表示，坐标系可 根据实际需要任意选择。 ②地应力测量方法 开挖硐室后，进入硐室测量； 在地表或硐室表面打洞进行测量； 直接测量法：测量值和原岩应力的相互关系，进行转换。 间接测量法：测量某些物理量通过间接物理计算。
4.1地应力成因组成及影响因素-1
p
1、地应力基本概念
存在于岩体中的未受扰动的自然应力，或称原岩应力。工 程进行后应力受到影响而产生二次分布，重新分布后的应 力为二次应力或诱导应力。
p
2、地应力的成因、组成影响因素
①地应力成因 1878年瑞典地质学家海姆提出静水压力概念； 1926年前苏联学者金尼克修正了海姆静水压力公式，提 出侧压力与正压力的关系为：
4.3高应力区特征-14
p
2、岩爆及其防治措施
①概述 围岩处于高应力条件下所产生的岩片飞射抛散，以及洞壁 片状剥落等现象。我国岩爆事故在煤矿及水电工程中都有 发生，特别是矿井工程中岩爆现象突出。 岩爆现象机理复杂，至今人们仍未形成统一认识。 ②岩爆类型、性质及特点 根据现场调查的岩爆特征，将其分为：破裂松脱型、爆裂 弹射型、爆炸抛射型。 破裂松脱型：围岩成块状、板状、鳞片状，弹射距离短， 岩壁上形成破裂坑。
4.3高应力区特征-11
p
1、高应力区判别准则和高地应力现象
①高应力判别准则 高应力为一相对概念，埋深大不一定存在高应力问题，埋 深小可能存在高应力问题。当围岩内部最大应力与围岩强 度比值达到一定水平时，才能称为高应力，即：
Rb 围岩强度比 = σ max
极高地应力 法国隧道协会 <2 <4 >2 <2 高地应力 2-4 4-7 4-6 2-4 一般地应力 >4 >7 >6 >4
4.4地应力测量方法-21
p
1、地应力测量基本原理
①地应力的种类 岩体中的应力可分为原始应力和二次应力。岩体中一点的 三维应力状态可以用 (σ x , σ y , σ z ,τ xy ,τ yz ,τ zx ) 来表示，坐标系可 根据实际需要任意选择。 ②地应力测量方法 开挖硐室后，进入硐室测量； 在地表或硐室表面打洞进行测量； 直接测量法：测量值和原岩应力的相互关系，进行转换。 间接测量法：测量某些物理量通过间接物理计算。
4.1地应力成因组成及影响因素-1
p
1、地应力基本概念
存在于岩体中的未受扰动的自然应力，或称原岩应力。工 程进行后应力受到影响而产生二次分布，重新分布后的应 力为二次应力或诱导应力。
p
2、地应力的成因、组成影响因素
①地应力成因 1878年瑞典地质学家海姆提出静水压力概念； 1926年前苏联学者金尼克修正了海姆静水压力公式，提 出侧压力与正压力的关系为：
4.3高应力区特征-14
p
2、岩爆及其防治措施
①概述 围岩处于高应力条件下所产生的岩片飞射抛散，以及洞壁 片状剥落等现象。我国岩爆事故在煤矿及水电工程中都有 发生，特别是矿井工程中岩爆现象突出。 岩爆现象机理复杂，至今人们仍未形成统一认识。 ②岩爆类型、性质及特点 根据现场调查的岩爆特征，将其分为：破裂松脱型、爆裂 弹射型、爆炸抛射型。 破裂松脱型：围岩成块状、板状、鳞片状，弹射距离短， 岩壁上形成破裂坑。
岩石力学与工程地应力测量方法共35页
岩石力学与工程地应力测量方法
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
谢谢
11、越是没有本领的就越 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
谢谢
11、越是没有本领的就越 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
岩石力学-地应力的测量 直接测量法
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。
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。
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
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 系统，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。
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。
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。
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
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 系统，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。
岩石力学 岩体初始应力状态的现场量测方法PPT36页
岩石力学 岩体初始应力状态的现场量 测方法
11、用道德的示范来造就一个人都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
11、用道德的示范来造就一个人都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
6、岩体的初始应力状态
第六章 岩体的初始应力状态第一节 初始应力状态的概念与意义岩体的初始应力，是指岩体在天然状态下所存在的内在应力，在地质学中，通常又称它为地应力。
岩体的初始应力主要是由岩体的自重和地质构造运动所引起的。
岩体的地质构造应力是与岩体的特性(例如，岩体中的裂隙发育密度与方向，岩体的弹性、塑性、粘性等)有密切关系，也与正在发生过程中的地质构造运动以及与历次构造运动所形成的各种地质构造现象(例如，断层、褶皱等)有密切关系。
因此，岩体中每一单元的初始应力状态随该单元的位置不同而有所变化。
此外，影响岩体初始应力状态的因素还有地形、地质构造形态、水、温度等，但这些因素大多是次要的，只是在特定的情况下才需考虑。
对于岩体工程来说，主要考虑自重应力和构造应力，二者叠加起来构成岩体的初始应力场。
地面和地下工程的稳定状态与岩体的初始应力状态密切相关。
岩体的初始应力状态可以指在没有进行任何地面或地下工程之前，在岩体中各个位置及各个方向所存在的应力的空间分布状态，它是不取决于人类开挖活动的自然应力场。
在岩体中进行开挖以后，改变了岩体的初始应力状态，使岩体中的应力重新分布，引起岩体变形，甚至破坏。
在高地应力地区，开挖后常会出现岩爆、洞壁剥离、钻孔缩径等地质灾害。
对于地下洞室工程来讲，我们把与洞室本身稳定密切相关的周围岩体称为围岩。
洞室的开挖引起围岩的应力重分布和变形，这不仅会影响洞室本身的稳定状态，而且为了维持围岩的稳定，需施作一定的支护结构或衬砌。
合理地设计支护结构，确定经济合理的衬砌尺寸，是与岩体的初始应力状态紧密相关。
所以，研究岩体的初始应力状态，就是为了正确地确定开挖过程中岩体的应力变化，合理地设计岩体工程的支护结构和措施。
第二节 组成岩体初始应力状态的各种应力场及其计算一、岩体自重应力场及计算地心对岩体的引力，使原岩体处于受力状态，由此而引起的岩体应力称为重力应力。
它可以通过计算获得，其计算理论一般是建立在假定岩体为均匀连续介质的基础之上的。
岩石力学原岩应力及其测量
2、计算方法
1 3 21 3 cos 2
r 0
当 0
33 1 Pi 33 1 t Ps 3
当考虑水压力时
Pi 33 1 T P0
Pr 33 1 P0
五、应力解除法
将具有初始应力的岩体用人为的方法解除其应力，使岩体 变形恢复，再通过某种手段测出岩体恢复的变形（应变或位 移），然后按弹性理论求出岩体应力（主应力的大小和方 向）。
x
1 E
x
y
y
1 E
y
x
xy
21
E
xy
（二）、孔径变形法
在欲测岩体应力处先钻一大孔到指定深度，然后在孔底平 面钻一同心小孔，在小孔内安装不同类型的孔径变形传感器， 再用环形套钻延伸小孔，形成与基岩分离的筒状岩芯。由于 卸载使小孔孔径发生变化，根据孔径变形传感器测出孔径三 个方向的变化量，按弹性力学公式即可确定垂直于钻孔平面 的岩体应力状态，这种方法称为孔径变形法。
构造应力场分布特点： 1、应力可能是压应力，也可能是拉应力。 2、以水平应力为主，一般水平应力大于垂直应力。 3、分布很不均与，以地壳浅部为主。
地壳浅部原岩应力分布的规律： 1、原岩应力场是一个相对稳定的非稳定的应力场。
2、实测铅垂应力基本上等于上覆岩层重量。
3、水平应力普遍大于铅垂应力。
4、平均水平应力与铅垂应力的比值随深度的增加而减小。
z H
x
y
H
1
H
xy yz zx 0
当深度H内有多层岩石，且各层岩石容重不同时：
铅垂应力
n
z i Hi
水平应力
x
i1
y
1
i i
n
iHi
i 1
岩体应力测试
岩体应力测试6. 1浅孔孔壁应变法测试6. 1. 1完整和较完整岩体可采用浅孔孔壁应变法测试，测试深度不宜大于30m a6. 1. 2测点布置应符合下列要求：1在同一测段内，岩性应均一、完整。
2同一测段内，有效测点不应少于2个。
6. 1. 3地质描述应包括下列内容：1钻孔钻进过程中的情况。
2岩石名称、结构、构造及主要矿物成分。
3岩体结构面的类型、产状、宽度、充填物性质。
4测区的岩体应力现象。
5区域地质图、测区工程地质图、测点工程地质剖面图和钻孔柱状图。
6. 1. 4应包括下列主要仪器和设备：1浅孔孔壁应变计或空心包体式孔壁应变计。
2钻机。
3金刚石钻头包括小孔径钻头、套钻解除钻头、扩孔器、磨平钻头和锥形钻头。
各类钻头规格应与应变计配套。
4静态电阻应变仪。
5安装器。
6岩心围压率定器。
7钻孔烘烤设备。
6. 1. 5测试准备应符合下列要求：1应根据测试耍求，选择适当场地，安装并固定好钻机，并应按预定的方位角和倾角进行钻进。
2应用套钻解除钻头钻至预定的测试深度，并应取出岩心，进行描述。
3应用磨半钻头磨平孔底，并应用锥形钻头打喇叭口。
4应用小孔径钻头钻中心测试孔，深度应视应变计要求长度而定。
中心测试孔应与解除孔同轴，两孔孔轴允许偏差不应大于2mm。
5中心测试孔钻进过程中，应施力均匀并一次完成，取出岩心进行描述。
当孔壁不光滑时，应采用金刚石扩孔器扩孔；当岩心不能满足测试耍求时，应重复本条第2款〜第4款步骤，直至找到完整岩心位置。
6应用水冲洗中心测试孔直至回水不含岩粉为止。
7应根据所选类型的孔壁应变计和黏结剂要求，对中心测试孔孔壁进行干燥处理或清洗。
6. 1. 6浅孔孔壁应变计安装应符合下列要求：1在中心测试孔孔壁和应变计上应均匀涂上黏结剂。
2应用安装器将应变计送入中心测试孔，就位定向，施加并保持一定的预压力，应使应变计牢固地黏结在孔壁上。
3待黏结剂充分固化后，应取出安装器，记录测点方位角、倾角及埋设深度。
4应检査系统绝缘值，不应小于50MQo6. 1. 7空心包体式孔壁应变计安装应符合下列要求：1应在应变计内腔的胶管内注满黏结剂胶液。
岩体力学第六章岩体的初始应力状态第三节岩体初始应
先向该点钻进一定深度的超前小孔，在此 小孔中埋设钻孔传感器，再通过钻取一段 同心的管状岩芯而使应力解除，根据恢复 应变及岩石的弹性常数，即可求得该点的 应力状态。
可编辑ppt
16
直角应 变花
等边三角 形应变花
应力解除槽
表面应力解除法
可编辑ppt
17
钻孔的深 度必须超 过开挖 影
响区，才 能测到岩 体内的原 始应力， 否则测出 的是二次 应力。
第三节 岩体初始应力状态的现场量测方法
一、岩体应力现场量测方法概述 1.目的： （1）了解岩体中存在的应力大小和方向 （2）为分析岩体的工程受力状态以及为
支护及岩体加固提供依据 （3）预报岩体失稳破坏以及预报岩爆的 有力工具
可编辑ppt
1
2. 方法分类(表6-1)
可编辑ppt
2
二、水压致裂法
（一）方法原理及技术
可编辑ppt
18
工作步骤
套孔应力解除工作步骤
可编辑ppt
19
• 套孔应力解除使用的传感器
孔径变形测试采用位移传感器；孔壁应力 解除采用应变传感器。
，
可编辑ppt
（三）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 2 h 作比较，若 z 1h ，则 可以肯定此时 2 h 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。
可编辑ppt
10
因为开裂点方位或开裂裂缝方向可以确定 2 h 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。
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
可编辑ppt
16
直角应 变花
等边三角 形应变花
应力解除槽
表面应力解除法
可编辑ppt
17
钻孔的深 度必须超 过开挖 影
响区，才 能测到岩 体内的原 始应力， 否则测出 的是二次 应力。
第三节 岩体初始应力状态的现场量测方法
一、岩体应力现场量测方法概述 1.目的： （1）了解岩体中存在的应力大小和方向 （2）为分析岩体的工程受力状态以及为
支护及岩体加固提供依据 （3）预报岩体失稳破坏以及预报岩爆的 有力工具
可编辑ppt
1
2. 方法分类(表6-1)
可编辑ppt
2
二、水压致裂法
（一）方法原理及技术
可编辑ppt
18
工作步骤
套孔应力解除工作步骤
可编辑ppt
19
• 套孔应力解除使用的传感器
孔径变形测试采用位移传感器；孔壁应力 解除采用应变传感器。
，
可编辑ppt
（三）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 2 h 作比较，若 z 1h ，则 可以肯定此时 2 h 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。
可编辑ppt
10
因为开裂点方位或开裂裂缝方向可以确定 2 h 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。
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
岩石力学 岩体初始应力状态
1. 掌握初始应力、构造应力的概念，掌 握自重应 力的计算方法；
2. 了解原岩应力的一般规律及影响原岩应分布的 因素；
3. 了解岩应力的实测方法
1 岩体初始应力状态的概念与意义
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）： 定义之一：原岩中存在的应力。 定义之二：岩体在天然状态下所存在的内应力。
=1/2(1h + 2h)(1+a3/r2)- Pb a2/r2 -1/2(1h - 2h)(1- 3a4/r4)cos2
当 = a，即孔壁处，则，
（6-13）
r= Pb = (1h + 2h)- Pb -2 (1h - 2h) cos2 当 = 0时，有最小值，即：
（6-14）
按最大拉应力理论有：
该处应力集 中最大）
力学机理：从岩石力学的观点来看，认为岩片是在压应
力作用下的张破裂或剪破坏而形成的破碎片。
图6-25
1
岩爆发生部位
1
图6-25 二滩引水隧洞岩爆发生部位示意图
对于岩爆的预测(略)
必须结合工程实际进行具体分析，如果没有实测 的地应力资料，则可以从以下几方面作出估计，预测 可能出现岩爆的部位：
一般习惯把原岩应力分为自重应力场和构造应力场。 由上覆岩体的自重所引起的应力称为自重应力； 地层中由于过去地质构造运动产生和现在正在活动与变化的 力，地质作用残存的应力统称为构造应力。
研究岩体初始应力状态的工程意义：
1. 正确确定开挖岩体过程中的岩体内部应力变 化
2. 合理设计地下工程的支护尺寸
2、 组成岩体初始应力状态的各种应力场及其计算
应力的 方位也可以相应地确定。
（2）若2h >h，且孔壁开裂后孔内岩体出现水平裂缝
2. 了解原岩应力的一般规律及影响原岩应分布的 因素；
3. 了解岩应力的实测方法
1 岩体初始应力状态的概念与意义
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）： 定义之一：原岩中存在的应力。 定义之二：岩体在天然状态下所存在的内应力。
=1/2(1h + 2h)(1+a3/r2)- Pb a2/r2 -1/2(1h - 2h)(1- 3a4/r4)cos2
当 = a，即孔壁处，则，
（6-13）
r= Pb = (1h + 2h)- Pb -2 (1h - 2h) cos2 当 = 0时，有最小值，即：
（6-14）
按最大拉应力理论有：
该处应力集 中最大）
力学机理：从岩石力学的观点来看，认为岩片是在压应
力作用下的张破裂或剪破坏而形成的破碎片。
图6-25
1
岩爆发生部位
1
图6-25 二滩引水隧洞岩爆发生部位示意图
对于岩爆的预测(略)
必须结合工程实际进行具体分析，如果没有实测 的地应力资料，则可以从以下几方面作出估计，预测 可能出现岩爆的部位：
一般习惯把原岩应力分为自重应力场和构造应力场。 由上覆岩体的自重所引起的应力称为自重应力； 地层中由于过去地质构造运动产生和现在正在活动与变化的 力，地质作用残存的应力统称为构造应力。
研究岩体初始应力状态的工程意义：
1. 正确确定开挖岩体过程中的岩体内部应力变 化
2. 合理设计地下工程的支护尺寸
2、 组成岩体初始应力状态的各种应力场及其计算
应力的 方位也可以相应地确定。
（2）若2h >h，且孔壁开裂后孔内岩体出现水平裂缝
岩体应力测试ppt
(N.Hast)等进一步发展了钻孔应力解除法
n特点 Ø 发展时间最长 Ø 技术上比较成熟的一种地应力测量方法 Ø 在适用性和可靠性方面，目前最好
6.2.1 基本原理
基本原理图
Ø 单元体从岩体中分离出来：人为将岩体单元和周围的岩体分离， 岩体单元上所受的力将被解除，单元体的几何尺寸将产生弹性 恢复
Ø 测量变形量：通过仪器测定弹性恢复的应变值或变形值 Ø 基本假设： 岩体是均质、连续、完全弹性体 Ø 计算原岩应力 ：根据变形数据，借助弹性理论的解答计算岩
6 岩体应力测试
本章内容
§钻孔应力解除法 Ø 孔底应力解除法、孔径变形法、孔壁应变法 §水压致裂法 §应力恢复法
岩体应力测试
2
6.1 概 述
6.1.1 定义和目的 n 岩体应力（in-site stress） Ø 岩体内部存在的应力，它包括原岩应力和围岩应力 Ø 原岩应力大小及分布规律主要取决于覆盖岩层自重、地质构造、
2
E 2R [(u0
u90 )
1 2
(u0 u45 )2 (u45 u90 )2 ]
tan 2 2u45 u0 u90
u0 u90
cos 2 0
u0 u90
cos 2 0
u0 u90
α为u0与σ1之间的夹角 α为u0与σ2之间的夹角
p为提高测量精度，可进行不同直径方向进行多于3点位移测量，然后进行最小二乘法平差计算
利用孔底应力解除法求岩体应力须经两个步骤：
a、由孔底应变计算出孔底平面应力 b、利用孔底应力与岩体应力之间的关系计算出岩体应力分量
计算模型 1, 2, 3 E,
x , y , z , xy
1）直角坐标中孔底应变计算
n 应用任意方向线应变 与应变 x , y , xy x cos2 y sin2 xy sin cos
n特点 Ø 发展时间最长 Ø 技术上比较成熟的一种地应力测量方法 Ø 在适用性和可靠性方面，目前最好
6.2.1 基本原理
基本原理图
Ø 单元体从岩体中分离出来：人为将岩体单元和周围的岩体分离， 岩体单元上所受的力将被解除，单元体的几何尺寸将产生弹性 恢复
Ø 测量变形量：通过仪器测定弹性恢复的应变值或变形值 Ø 基本假设： 岩体是均质、连续、完全弹性体 Ø 计算原岩应力 ：根据变形数据，借助弹性理论的解答计算岩
6 岩体应力测试
本章内容
§钻孔应力解除法 Ø 孔底应力解除法、孔径变形法、孔壁应变法 §水压致裂法 §应力恢复法
岩体应力测试
2
6.1 概 述
6.1.1 定义和目的 n 岩体应力（in-site stress） Ø 岩体内部存在的应力，它包括原岩应力和围岩应力 Ø 原岩应力大小及分布规律主要取决于覆盖岩层自重、地质构造、
2
E 2R [(u0
u90 )
1 2
(u0 u45 )2 (u45 u90 )2 ]
tan 2 2u45 u0 u90
u0 u90
cos 2 0
u0 u90
cos 2 0
u0 u90
α为u0与σ1之间的夹角 α为u0与σ2之间的夹角
p为提高测量精度，可进行不同直径方向进行多于3点位移测量，然后进行最小二乘法平差计算
利用孔底应力解除法求岩体应力须经两个步骤：
a、由孔底应变计算出孔底平面应力 b、利用孔底应力与岩体应力之间的关系计算出岩体应力分量
计算模型 1, 2, 3 E,
x , y , z , xy
1）直角坐标中孔底应变计算
n 应用任意方向线应变 与应变 x , y , xy x cos2 y sin2 xy sin cos
岩石力学 岩体初始应力状态的现场量测方法共36页文档
Thank you
岩石力学 岩体初始应力状态的现场量 测方法
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱பைடு நூலகம்比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
岩石力学 岩体初始应力状态的现场量 测方法
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱பைடு நூலகம்比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
第10章岩体原位应力测试ppt课件
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
(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。
2.5 资料整理
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
2)计算与钻孔轴垂直平面内的最大、
最小主应力及其方向
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
前言ห้องสมุดไป่ตู้
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。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
岩体的初始应力状态
<1
自己总结一下侧压系数的变化情况。
2021/4/22
山东科技大学
16
第三节 岩体初始应力状态 的现场量测方法
• 一、概述 – 1．岩体应力测量的种类 1）初始应力测量 2）次生应力测量 – 2．应力测量地点 钻孔中，地表露头，地下洞室的岩壁 。 – 3．原岩应力测量原理
2021/4/22
山东科技大学
（6-23）
由式6-23可知，可以根据水压致裂法的各种压力值
计算岩体内的较大的主应力1h ，较小的主应力 2h
和岩体抗拉强度T0 。其中，有关岩体水压致裂的压力
参数见图6-11。
2021/4/22
山东科技大学
26
初始压裂压力pb
停泵后开启
稳定开裂
压力pb0
压力ps pb
关闭 压力ps0
ps
P0 空隙水压p0
2021/4/22
山东科技大学
29
4．测值代表性大。所测得的地应力值及岩体 抗拉强度是代表较大范围内的平均值，有较好 的代表性。
5．适应性强。这一方法不需要电磁测量元件， 不怕潮湿，可在干孔及孔中有水条件下作试验， 不怕电磁干扰，不怕震动。
因此，这一方法越来越受到重视和推广。但 它存在一个较大的缺陷，即主应力方向定不准。
14
2021/4/22
图6-3 松散岩体内的侧向应力
山东科技大学
15
几种自重应力理论的解释
1）垂直应力是一个公认的参数与深度成正比：
z Z
2）水平应力与垂直应力的关系可用侧压系数表 示，即 ： x z
3）侧压系数是一个复杂的问题，随着对岩体性 质属性认识的不同有不同的认识。
>1
＝1
岩土中的应力测量..
3.3地应力测量简况
• 李四光教授是中国地应力测量的创始人。早在20世纪40年代就提出地 壳中水平运动为主，水平应力起主导作用。他提出，地壳内的应力活 动是以往和现今使地壳克服阻力，不断运动发展的原因；地壳各部分 所发生的一切变形，包括破裂，都是地应力作用的反映；剧烈的地应 力活动会引起地震。因此，“地应力的探测是地质力学具有重大实际 意义的一个新方面，是值得予以重视的”。 新丰江水库地震和邢台地震后，更加重视地应力测量工作。提出，地 应力测量是实现地震预报的重要途径。他将近八十高龄还亲自参加野 外地应力解除试验工作，亲自分析研究由邢台地应力观测站发回的地 应力变化曲线。 在他的领导下，中国的地应力研究与测量工作得到迅速发展。已具备 了完善的理论，多种测试仪器、手段，广泛应用于地质、油田、矿山、 水工、电站、地震等各个领域。他特别注重从活动地带里寻找稳定地 区，提出了“安全岛”理论，为建厂选址提供了依据，为国民经济建 设做出了重大贡献。
பைடு நூலகம்
2.土压力盒测试原理及技术
1-金属薄膜 2-外壳 3钢弦 4-支架 5-底座 6铁芯 7-线圈 8-接线栓 9-屏蔽线 10-环氧树脂 封口
图1 一种钢弦式土压力盒示意图
（1）振弦式传感器 vibrating wire sensor 利用振弦的固有频率变化来感测相关参数的传感器。 （2）参比特性 reference characteristics 振弦式传感器用作参考和比对的直线或曲线。 （3）正行程实际平均特性 up-travel actual average characteristics 振弦式传感器正行程各校准点上一组测量值的算术平均 值点的连接曲线。 （4）反行程实际平均特性 down-travel actual average characteristics 振弦式传感器反行程各校准点上一组测量值的算术平均 值点的连接曲线。
4 岩体初始应力状态的现场量测方法
工作步骤
应变观测系统
（2）套孔应力解除法
•孔径变形测试，孔壁应力解除法，均属于 套孔应力解除法。前者测试套孔应力解除 后的孔径变化；后者测试套孔应力解除后 的孔壁应变。其操作步骤和原理基本相同
原理要点 对岩体中某点进行应力量测时，
先向该点钻进一定深度的超前小孔，在此 小孔中埋设钻孔传感器，再通过钻取一段 同心的管状岩芯而使应力解除，根据恢复 应变及岩石的弹性常数，即可求得该点的 应力状态。
直角应 变花
等边三角 形应变花
应力解除槽
表面应力解除法
钻孔的深 度必须超 过开挖 影 响区，才 能测到岩 体内的原 始应力， 否则测出 的是二次 应力。
工作步骤
套孔应力解除工作步骤
• 套孔应力解除使用的传感器
孔径变形测试采用位移传感器；孔壁应力 解除采用应变传感器。
，
•孔径变形测 试传感器布置
图6-18 应力恢复法原理图
•基本原理：
• 在侧墙上沿测点o，先沿水平方向开一个解除 槽，则在槽的上下附近，围岩应力得到部分 解除，应力状态重新分布。在槽的中心线OA 上的应力状态，根据H.N.穆斯海里什维里理 论，把槽看作一条缝，得到： 4 4 2 1 1x 2 1 2 2 ( 1) 6 4 2 3 3 1 （6－27） 2x 1 ( 2 1) 3 式中 1x ,1y —OA线上某点B上的应力分量
(6-21)
•在关闭压力Pb0点上，孔壁已经开裂，则 T0=0,稳定开裂压力由P0下降到Ps0。此时，ps0 等于与裂缝垂直的应力，即：
2 h Ps 0
求得主应力及岩体抗拉强度 T0
2 h ps 0 pb pb 0 T0 1h 3 2 h pb T0