2地壳岩体的天然应力状态2012.ppt

2.5.2.1 应力恢复法（stress-recovery method) 当岩体应力被解除后，通过施加压力，使岩体恢复到原来的状态，以求得岩体应力解除时的应力值。 其优点是当测定岩体的应力时，不需测定岩体 的应力应变关系。 2.5.2.2 应力解除法（ stress-relief method)： 在拟测点附近的一个小岩石单元周围切割出的一个“槽子”，使得这一小部分岩体不再承受旁侧岩体传来的应力。从刻槽前装置好的仪器测出由于这种应力解除而引起的应变。并根据有关岩石已知的应力—应变关系换算出解除前岩体内的应力。 以其精度高、测值稳定可靠等优点，被广泛应用于岩土工程设计、矿产开采、地震研究等方面。压磁全应力解除法实现了单孔测量三维地应力，它克服了一般应力解除测量法对岩石条件要求高、野外测量工序复杂、工期长、费用高等缺点，可实现垂直孔深0～100米的三维地应力测量。该方法最大的优点是能够精确测得三维主应力的大小和方向，以及可以在狭窄的坑道内完成测量。 图3-28 应力解除法布置图 1. 刻痕； 2.电阻片的布置 图3-29 钻孔内应力解除法 2.5.2.3 水压致裂法(hydraulic fracturing method) 通过钻孔向地下某深度处的测点段压液，用高压将孔壁压裂，然后根据破坏压力、关闭压力和破裂面的方位，计算和确定岩体内各主应力的大小和方向。 该法能有效地利用已有钻孔进行深部地应力测试，且具有操作简便、无须知道岩体力学参数等优点，已被广泛应用于水电工程设计、铁路、公路的隧道选线、场地稳定性评价、核废料处理以及地学研究等领域。 应用该测试方法，可以得到垂直于钻孔平面的最大和最小应力的大小和方向。对于垂直钻孔，由不同深度的测试数据，可得到最大和最小水平主应力随深度变化规律。对三个或三个以上的交汇钻孔进行测试，经过数据处理计算得到测点附近的三维应力状态。 2.5.2.4 钻孔崩落测量法 研究表明钻孔崩落现象是由孔壁应力集中部位的局部破坏引起的，且崩落的长轴垂直区内水平最大主应力方向，而崩落域侧向角（ θb ）及破坏应力比（ σH / σh ）的大小则主要与岩石的性质及水平最小主应力有关。由此可以求出该区水平最大、最小主应力的方向及大小。步骤如下： (1)详细测量区内的钻孔崩落现象，并根据崩落域的长轴展布确定该区水平最大主应力和最小主应力的方向。 (2)按照实际的岩体条件进行模拟试验，求得θb —σh直线关系(图2—50)，并根据实测的θb求出区内的水平最小主应力(σh )的量值。 (3)根据σh及实测的C0（岩体的单轴抗压强度），利用图2—51（ σH / σh --- σh / C0 ）即可得出区内水平最大主应力(σH)的大小。 2.5.2.5 定向岩心非弹性应变恢复测量法： 1．基本原理 实测结果表明，岩石应变恢复的性状(图2—52)有如下主要特征： (1)岩石的总应变恢复量(ε)是由弹性应变恢复(ε′)和非弹性应变恢复(ε″)两部分所组成，且整个应变恢复的时间足够长，约达30余小时。 (2)在未发生非线性蠕变的条件下主应变恢复(无论是弹性的或是非弹性的)的轴向与主应力方向一致，即： ε1、 ε′1 、 ε″1 与σl的方向一致，而ε3、 ε′3、 ε″3与σ3的方向一致，且 ε1= ε′1+ ε″1 ε3= ε′3+ ε″3 (3)如果发生非线性蠕变，则最大弹性应变恢复轴与最大非弹性应变恢复轴的方向将是不同的。此时，弹性应变恢复的轴向所反映的是较新的应力环境，而非弹性应变恢复的轴向所代表的则是较老的应力环境。但实测资料表明，出现非线性蠕变的情况是很少的。 (4)在整个应变恢复过程中，主应变比(无论是弹性或是非弹性的)与主应力比始终保持相等。 2．测量的方法及步骤 (1)从钻孔中取定向岩芯。 (2)在岩心内选三个不同方向的面，且在每个面上的三个不同方向上进行应变恢复测量(所得结果显然是非弹性的)，然后根据测量资料计算三个主应变的方向及比值。 如果有一个主应力是垂直的，且其大小等于上覆层的重量，则只在水平面内的三个不同方向上进行应变恢复测量，求得两个水平主应变的方向及比值即可。 (3)测量时应注意使岩芯密封，以避免温度及湿度变化对测量结果的影响。 2.5.2.6 凯塞尔（ Kaiser ）效应测量法 1.基本原理 1950年，德国学者J.Kaiser发现受单向拉伸力作用的金属材料，只有当应力达到并超过材料所受过的最大先期应力时才会开始有明显的声发射现象出现，这就是著名的凯塞尔效应。