2019岩土工程师高频考点：岩体初始应力量测方法简介

　　一、岩体初始应力量测方法简介

　　(一)岩体应力现场量测方法概述

　　岩体应力现场量测的目的是在于了解岩体中存在的应力大小和方向，从而为分析岩体工程的受力状态以及为支护及岩体加固提供依据。岩体应力量测还可以是预报岩体失稳破坏以及预报岩爆的有力工具。岩体应力量测可以分为岩体初始应力量测和地下工程应力分布量测。前者是为了测定岩体初始地应力场，后者则为测定岩体开挖后引起的应力重分布状况。从岩体应力现场量测的技术来讲，这二者并无原则区别，只是要求前者的测点，布置在未受开挖而产生影响的岩体内。

　　岩体应力量测可以在钻孔中、露头上和地下洞室的岩壁上进行，也可以在地下工程中根据两点间的位移来进行反算而求得。通常应用较多的三种方法是应力解除法、应力恢复法和水压致裂法。每种方法都有不同的优点和缺点，可以相互取长补短。因为岩体应力存在于岩体中，是一种岩体内部的受力，并在受力过程中产生变形，这种变形大部分是可恢复的弹性变形，但也有部分是不可恢复的变形。所以，每一种应力量测技术都要扰动岩石，以便产生能够进行现场量测的“量”(大部分是测量位移值或应变值)，然后根据一定的理论模式进行分析计算。为了量测岩体中某个位置的应力，就必须使用钻具钻孔或开挖，以便到达该测量点，这必然会扰动岩体。因此，对某个测点进行位移量测，并根据某种理论模式进行计算以后，还必须根据开挖或钻进的方法和尺度，进行修正。如果说，某种应力量测方法的精确度能控制误差在0.4MPa以内，其结果通常被认为是令人满意的。

　　(二)水压致裂法

　　1.方法原理及技术

　　水压致裂法的基本点是通过液压泵向钻孔内拟定测量深度处加液压。将孔壁压裂，测定压裂过程中的各特征点压力及开裂方位，然后根据测得的压裂过程中泵压表头读数，计算测点附近岩体中地应力大小和方向。压裂点上、下用止水封隔器密封

　　2.基本理论和计算公式

　　3.根据水压致裂法试验结果计算地应力

　　4.水压致裂法的特点

　　1)设备简单。只需用普通钻探打孔，用双止水装置密封，用液压泵通过压裂装置压裂岩体，不需要复杂的电磁测量设备。

　　2)操作方便。只通过液压泵向钻孔内注液压裂岩体，观测压裂过程中泵压、液量即可。

　　3)测值直观。它可根据压裂时泵压(初始开裂泵压、稳定开裂泵压、关闭压力、开启压力)计算出地应力值，不需要复杂的换算及辅助测试，同时还可求得岩体抗拉强度。

　　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。

　　(三)应力解除法

　　应力解除法是岩体应力量测中应用较广的方法。它的基本原理是：当需要测定岩体中某点的应力状态时，人为地将该处的岩体单元与周围岩体分离，此时，岩体单元上所受的应力将被解除。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，测定这种弹性恢复的应变值或变形值，并且认为岩体是连续、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来计算岩体单元所受的应力状态。

　　应力解除法的具体方法很多，按测试深度可以分为表面应力解除、浅孔应力解除及深孔应力解除。按测试变形或应变的方法不同，又可以分为孔径变形测试，孔壁应变测试及钻孔应力解除法等。有关这三种测试方法请参见“工程岩体试验方法标准”中岩体应力测试章节在此不作介绍。