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本章内容： §5-1 基本概念 §5-1 基本概念 §5-1 基本概念 §5-2 岩体的自重应力 对于均质成层岩体： 对于各向异性体，例如薄层状沉积岩： §5-3 岩体构造应力 三、构造应力场分析 2、断层和节理的形成机理 由地质特征推断构造应力方向 由地质特征推断构造应力方向 （二）构造体系及区域构造应力场 §5-4 岩体初始应力（原岩应力）分布状态 §5-5 岩体初始应力场测定 3、应变花种类 （二） 应力解除方法 2、孔径变形法 2、孔径变形法 2、孔径变形法 3、 孔壁应变法 （2） 孔壁应变花布置 （3） 钻孔围岩应力分布公式 二、水压致裂法 2、基本假设 水压致裂法测定系统 4、水压致裂试验成果 三、声发射法 1、孔底应力解除法 孔底应力解除法测定岩体应力的步骤： 1)打大孔至测点，磨平孔底。 2)在孔底粘贴电阻应变花探头。 3)解除应力，测量其应变。 4)取出岩心，测其弹性参数。 5)计算岩体应力。 对于等角应变花，孔底平面内的应力按下式计算： 对于直角应变花，孔底平面内的应力按下式计算： σ’x ,σ’y ,σ’z ,τ’xy为孔底平面上开挖扰动的次生应力。 (9) 孔底平面位置处的原岩应力按下式经验公式计算： 式中：σx，σy，σz为孔底的原岩应力。其中，a,b,c,d系数无理论解，只有通过实验或数值分析求得。不同的研究者给出不同的值，古德曼解值： (9) 孔底应力解除法的评价 优点：解除岩心短，不需要打很长的套孔岩心，适用于完整性差的岩体。 缺点：采用孔底应力解除时，单孔不能确定岩体应力的六个分量，必须进行三孔测定，才能确定岩体的原岩应力；无理论计算公式，只能用经验公式计算岩体的三维应力。 孔径变形法通过测定钻孔孔径变形求解岩体应力，其应力解除工序为： 1、打大孔至测点，磨平孔底。 2、打同心小孔，安装孔径变形计探头。 3、延伸大钻孔解除应力，同时测量孔径变形。 4、取出岩心，测其弹性参数E、μ。 5、计算岩体应力。 假定孔径变形计探头的三个触头相对于岩体应力σ1 ’ 的夹角为θ1、θ2、θ3，测得的孔径变形分别为u1、u2、u3,孔壁径向位移为其1/2。 由弹性力学公式，在二向应力σ1、σ3的作用下，无限大平板内圆孔周边径向位移 u 的计算公式为： 平面应力： 平面应变： 式中：d——圆孔直径；u——圆孔周边的径向位移； θ——u的方向与σ1的夹角。 当θ1，θ2，θ3的间隔为600时，按下式计算岩体应力： 如果（d)式成立，则θ1为σ1 ’ 与u1的夹角，否则为σ2 ’ 与u1的夹角。 上式中的K，对于浅孔，可作平面应力问题处理，K=d/E ; 对于深孔，可作平面应变问题处理，K=（1－μ2)d/E .其中d为钻孔直径，μ为岩石的泊松比。 (10) 当θ1，θ2，θ3的间隔为450时，按下式计算岩体应力： 如果（d)式成立，则θ1为σ1 ’ 与u1的夹角，否则为σ2 ’ 与u1的夹角。 (11) 上式中的K，对于浅孔，可作平面应力问题处理，K=d/E ; 对于深孔，可作平面应变问题处理，K=（1－μ2)d/E . 式中d为钻孔直径，μ为岩石的泊松比。 按上式计算得出的σ1 ’， σ2 ’是钻孔断面内的次主应力。 要确定一点的全应力，必须向测点打三个不同方向的钻孔，进行同样测定，然后再按最小二乘法求解。 （1）测试工序 孔壁应变法是通过测定钻孔孔壁的应变求解岩体应力的6个分量，其应力解除工序与孔径变形法相似： 1)打大孔至测点，磨平孔底。 2)打同心小孔，安装应变花探头。 3)套孔解除应力，超过小孔底部5cm,同时测量孔壁应变。 4)取出岩心，测其弹性参数E、μ 。 5)计算岩体应力。 应变计探头孔壁布置3个应变花，每个应变花由3个应变片组成，采用直角应变花形式。 一个无限体的钻孔，受到无限远处的三维应力场（原岩应力场σx、σy、σz、τxy 、 τyz 、τzx )作用时，孔边围岩应力（ σr、σθ、σ’z、τrθ 、τz’θ、τrz’采用柱坐标，柱坐标的z’轴和直角坐标的z轴相一致）分布公式为： (12) 当r=a时，即钻孔壁上的应力为： 可见，钻孔壁上各点处于二向应力状态，在孔壁上的z-θ坐标平面内布置应变花测量应变以求应力是可行的。 (13) （4）孔壁应力和孔壁应变的关系 在 θ-z’ 坐标系： 由虎克定律： (14) （5）孔壁应力和原岩应力的关系 由（14）式可由孔壁应变求出孔壁应力，由（13）式即可求出原岩应力，令式中θ=π/2, π, 7π/4, 。 (14)