地应力测量方法
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水平地应 力分别为
1h 和 2h ，
孔壁还受 有水压Pb. 如图。
a
图 孔壁开裂力学模型
10
钻孔周围岩体内应力 (Kirsch.G-基尔斯解)
11
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：
3 2h 1h Pb (4-1)
•按最大拉应力理论，有 T 0 (4-2)
将(4-1)代入(4-2)得孔壁开裂应力条件
1h 3 2h Pb T0
(4-3)
式中：T0-岩体的抗强度
即孔壁开裂在与 2h 垂直, 0 的面上
12
若岩体中有孔隙水压力Pw，（4-3）式变成：
1h 3 2h Pb T0 Pw (4-4)
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 8
（3）卸压、提设备、测定开裂方位； 然后根据测得的压裂过程中泵压表的读 数，计算地应力
9
2）基本理论和计算公式
当孔壁出现
垂直裂缝 时，设孔 周边两个
25
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)
Hale Waihona Puke Baidu
(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
(4)用薄壁钻头延伸大孔，使小孔周围岩芯(实a) 现应力解除
套芯小孔
（5）将岩芯与探头一并取回，进行围压率定和温度标定试验。
130；
6
（2）加液压将孔壁 压裂与重开
①P0-孔隙水压力或 地下水压力
②Pb-初始压裂压力 ③Ps-稳定开裂压力 ④Ps0-关闭压力
Pb
Pb
Ps Ps
Pb0 Pb0
Ps0
Ps
P0
Ps0
Ps
P0
P0
⑤Pb0-重张压力
图 压裂过程泵压变化及特征压力
7
• 各特征压力的物理意义 ①P0-岩体内孔隙水压力或地下水压力 ②Pb-注入钻孔内液压将孔壁压裂的初始压裂压力 ③Ps-液体进入岩体内连续的将岩体劈裂的液压，称为稳定开
（6）数据修正和处理，计算地应力值
(b)
26
d.地应力计算原理
27
28
29
30
31
32
33
34
35
结束语
36
设备简单 操作方便 测值直观 适应性强 受到重视和推广
缺陷：主应力方向不准
15
4.2.3 应力解除法
1) 基本原理： 当需要测定岩体中某点的应力状态时，人为
流程 要点
的将该处岩体单元和周围的岩体分离，此时， 岩体单元上所受的拉力将被解除。同时，该单 元体的几何尺寸也将产生弹性恢复。应用一定 的仪器，测定弹性恢复的应变值或变形值，并 且认为岩体时连续、均质和各向同性的弹性 体，于是就可以借助弹性理论的解答计算岩体
14
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。
4）水压致裂法的特点
切断联系 解除应力 应变恢复 测试应变 计算应力
单元所受的应力状态。
16
2) 应力解除法分类
测1个平面 3个方向上
的应变
按测试应变 或变形
孔径变形测试 1平面3方向 上的径位移
孔底应力解除法 孔壁应变测试 孔壁 应力解除法
3平面9个方向应变
17
4.2.4）空心包体应变计测量地应力
a.探头结构
18
由图知水泵重新加压使裂缝重新开裂的压力
Pb0，则上式变成：
1h 3 2h Pb0 Pw
(4-5)
(4-5)和(4-6)两式对比得： Pb –Pb0=T0 (4-6)
•在关闭压力Ps0点上，孔壁已经开裂，则 T0=0,稳定开裂压力由Ps下降到Ps0。此时，ps0 等于与裂缝垂直的应力，即：
2h Ps0
空心包体应变计安装、采集数据示意
19
b. 主要特点：
1)测量有操作简便 2)测量技术和计算理论比 较成熟 3)精度相对较高的地应力 4)目前使用最为广泛 国际岩石力学学会推荐使用的地应力测量方 法
20
21
22
23
24
c.测量要求与步骤
1)测量要求 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。
1
本节主要内容
• 1 地应力测量概述 • 2 水压致裂法的测量原理与步骤 • 3 应力解除法（空心包体应变计）
的测量原理与步骤
2
4.2 地应力测量方法
z
4.2.1地应力测量概述
a.一点的三维应力状态
( x , y , z , xy , yz, zx )
来表示
zx
z
zy
y
yz
yx
x xy
xz
y
O
x
3
b. 方法分类
4
4.2.2 水压致裂法
水压致裂法的假设前提：
（1）有2个（ 1h 、 2h ）
主应力为水平方向，
另1个 v 为竖直方
向,且 v h
（2）线性、均质、各向同性 （3）渗透符合达西定律
5
1）水压致裂法步骤 （1）钻孔（地质勘探）、
选段（完整）、 封隔（气或液）；
直径：38、51、 76、110、
13
• 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。
1h 和 2h ，
孔壁还受 有水压Pb. 如图。
a
图 孔壁开裂力学模型
10
钻孔周围岩体内应力 (Kirsch.G-基尔斯解)
11
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：
3 2h 1h Pb (4-1)
•按最大拉应力理论，有 T 0 (4-2)
将(4-1)代入(4-2)得孔壁开裂应力条件
1h 3 2h Pb T0
(4-3)
式中：T0-岩体的抗强度
即孔壁开裂在与 2h 垂直, 0 的面上
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若岩体中有孔隙水压力Pw，（4-3）式变成：
1h 3 2h Pb T0 Pw (4-4)
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 8
（3）卸压、提设备、测定开裂方位； 然后根据测得的压裂过程中泵压表的读 数，计算地应力
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2）基本理论和计算公式
当孔壁出现
垂直裂缝 时，设孔 周边两个
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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)
Hale Waihona Puke Baidu
(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
(4)用薄壁钻头延伸大孔，使小孔周围岩芯(实a) 现应力解除
套芯小孔
（5）将岩芯与探头一并取回，进行围压率定和温度标定试验。
130；
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（2）加液压将孔壁 压裂与重开
①P0-孔隙水压力或 地下水压力
②Pb-初始压裂压力 ③Ps-稳定开裂压力 ④Ps0-关闭压力
Pb
Pb
Ps Ps
Pb0 Pb0
Ps0
Ps
P0
Ps0
Ps
P0
P0
⑤Pb0-重张压力
图 压裂过程泵压变化及特征压力
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• 各特征压力的物理意义 ①P0-岩体内孔隙水压力或地下水压力 ②Pb-注入钻孔内液压将孔壁压裂的初始压裂压力 ③Ps-液体进入岩体内连续的将岩体劈裂的液压，称为稳定开
（6）数据修正和处理，计算地应力值
(b)
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d.地应力计算原理
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结束语
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设备简单 操作方便 测值直观 适应性强 受到重视和推广
缺陷：主应力方向不准
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4.2.3 应力解除法
1) 基本原理： 当需要测定岩体中某点的应力状态时，人为
流程 要点
的将该处岩体单元和周围的岩体分离，此时， 岩体单元上所受的拉力将被解除。同时，该单 元体的几何尺寸也将产生弹性恢复。应用一定 的仪器，测定弹性恢复的应变值或变形值，并 且认为岩体时连续、均质和各向同性的弹性 体，于是就可以借助弹性理论的解答计算岩体
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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。
4）水压致裂法的特点
切断联系 解除应力 应变恢复 测试应变 计算应力
单元所受的应力状态。
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2) 应力解除法分类
测1个平面 3个方向上
的应变
按测试应变 或变形
孔径变形测试 1平面3方向 上的径位移
孔底应力解除法 孔壁应变测试 孔壁 应力解除法
3平面9个方向应变
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4.2.4）空心包体应变计测量地应力
a.探头结构
18
由图知水泵重新加压使裂缝重新开裂的压力
Pb0，则上式变成：
1h 3 2h Pb0 Pw
(4-5)
(4-5)和(4-6)两式对比得： Pb –Pb0=T0 (4-6)
•在关闭压力Ps0点上，孔壁已经开裂，则 T0=0,稳定开裂压力由Ps下降到Ps0。此时，ps0 等于与裂缝垂直的应力，即：
2h Ps0
空心包体应变计安装、采集数据示意
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b. 主要特点：
1)测量有操作简便 2)测量技术和计算理论比 较成熟 3)精度相对较高的地应力 4)目前使用最为广泛 国际岩石力学学会推荐使用的地应力测量方 法
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c.测量要求与步骤
1)测量要求 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。
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本节主要内容
• 1 地应力测量概述 • 2 水压致裂法的测量原理与步骤 • 3 应力解除法（空心包体应变计）
的测量原理与步骤
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4.2 地应力测量方法
z
4.2.1地应力测量概述
a.一点的三维应力状态
( x , y , z , xy , yz, zx )
来表示
zx
z
zy
y
yz
yx
x xy
xz
y
O
x
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b. 方法分类
4
4.2.2 水压致裂法
水压致裂法的假设前提：
（1）有2个（ 1h 、 2h ）
主应力为水平方向，
另1个 v 为竖直方
向,且 v h
（2）线性、均质、各向同性 （3）渗透符合达西定律
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1）水压致裂法步骤 （1）钻孔（地质勘探）、
选段（完整）、 封隔（气或液）；
直径：38、51、 76、110、
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• 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。