測量巖體變形應力方法(常用的地應力測量方法有幾種)
1.常用的地應力測量方法有幾種
地應力（場）的測量，在概念 上可分為廣義和狹義兩種。
廣義的地應 力（場）測量是指運用地質調查和儀器測定及分析的方法，確定地殼不同時間、空間的點應力狀態(tài)。狹義的地應力（場） 測量是指應用鉆孔和儀器的方法，進行 點應力絕對值的測量，主要確定現(xiàn)今的 地應力和地應力場。
（1） 地質調查分析法① 構造及新構造應力場分析 主要工作方法及原理：調查工作區(qū)宏觀構造帶（線）的展布特征及新構造 運動形跡。適用范圍：推求工作區(qū)主要構造形 成期的主應力方向、古構造應力場、現(xiàn) 今構造應力場。
優(yōu)缺點：優(yōu)點是定性較準確，缺點 是定量資料難獲得。 ② 微構造法（數(shù)值計算法）測定構造應力場主要工作方法及原理：對工作區(qū)的 節(jié)理裂隙進行測量，查明節(jié)理裂隙面特 征并進行計算機處理。
適用范圍：確定古構造應力場的分 期，應力能量，主應力的性質和方位。優(yōu)缺點：優(yōu)點是定性較準確，難以 取得定量資料。
主要工作方法及原理：采集工作區(qū) ''內有代表性的巖樣，對其組構變形及微 裂隙面的產狀進行分析。 適用范圍：推求巖石變形期的構造 應力，確定主應力的性質和方位。
優(yōu)缺點：優(yōu)點是定性較準確，缺點 是定量資料難獲取。（2） 鉆孔地應力絕對值測量① 應力解除法主要工作方法及原理：在需測定的 巖體上鉆一測量孔并裝設測量原件觀測 初始讀數(shù)，然后用套孔法使該單元巖體與基礎分離（也即使該單元巖體上所受 的應力解除）。
此時，由原應力作用產 生的應變就相應恢復，用-量元件測出 應力解除后的應變值，即可由應變與應力關系求得測點的應力值。適用范圍：假定巖體是各向同性、均勻連續(xù)的彈性體。
又可分為：巖體表 面應力解除法、孔底應力解除法（由于爆破的影響、巖體表面會受到一定程度的擾動或破壞，用表面應力解除法會造 成一定誤差，利用孔底應力解除法可提 高測量精度），孔壁應力解除法（可量 測巖體三維應力狀態(tài)）。 優(yōu)缺點：優(yōu)點是可以實現(xiàn)單孔測量 全應力，測試方便，費用較低。
缺點包括：巖體需完整，易受巖石晶粒粗細及微裂 隙的影響；應變計的粘貼和防潮技術復 雜，尤其孔中有水時難度更大；量測深 度淺，一般量測僅30m~50m；計算應力時尚需使用間接測得的巖石彈性模 量，常影響精度。 ② 應力恢復法主要工作方法及原理：先整平測定 點巖石，在其表面安裝測量應變的儀器 測試初始讀數(shù)，然后在巖體上開槽將其應力解除，并將液壓壓力枕放入槽中， 用水泥砂漿填充空隙，待干后用壓力枕 對槽壁巖體施加壓力，至其恢復到初始 讀數(shù)為止，此時的壓力即可近似地看作 巖體應力解除前巖體所受的應力值。
適用范圍：使用了解圍巖應力在平 面上的分布特征。優(yōu)缺點：優(yōu)點是能直接測得應力。
方法簡便，可避免使用巖石彈性模量換 算帶來的誤差。缺點包括：巖壁開槽深度受限制， 測量深度淺。
只能測得已知主應力方向 的應力大小，而且是圍巖爆破松動圈的二次應力，一般數(shù)值偏低。 ③ 水壓致裂法主要工作方法及原理：首先用注水 泵向放置在鉆孔中的一對可膨脹的橡膠 封隔器注水，使其膨脹將所要測量的井段封隔開來。
然后用高壓水泵將壓裂液 注入到封閉井段中，使得被封閉井段內 的水壓不斷增加，直到并壁巖石破裂為 止。記錄注入流體的壓力隨時間的變化 及流體的流量，即可計算出測點水平地應力的大小。
再給可膨脹的印模橡膠管 注液加壓，將破裂印痕印記下來，并用 井下定向儀測定其方向，印痕的方向就 是最大水平主應力方向。適用范圍：假定巖體是脆性、線性、彈性、各向同性、非滲透性的均勻介質， 并且?guī)r體的鉛直應力與鉆孔平行。
優(yōu)缺點：優(yōu)點是直接測定地殼深部 的地應力數(shù)值比較準確。 測量簡便，適 用條件廣泛：完整、破碎巖體、有水、無水、深孔、淺孔均可測量。
缺點包括： 在數(shù)值解釋方面（如地形影響、巖石彈 性模量與應力之間的關系）尚存在一些 問題。測試費用較高。
2.巖石應力怎么測試
巖石應力測試適用于均質巖體，可采用孔壁、孔底和表面應力測試。
用鉆孔巖心法測求三向、雙向應力；用掏槽法測求巖體表面單向應力。 （一）、表面應力測試 1、應力解除法 1 試驗的適用條件 試驗適用于堅硬完整和半堅硬完整的巖體，測量巖體表面的應力狀態(tài)； 2 試驗的布置 測點應布置在不受開挖爆破破壞的巖面。
常用的主要設備有：靜態(tài)電阻應變儀、應變片（應變花>、惠斯登電橋、防護罩、鉆機及輔助設備、粘結劑及屏蔽線等。 3 試驗的主要技術要求 4 試驗成果的分析 1） 計算各級解除深度下的應變值 εi=εn-εo 式中 εi-某一級解除深度的應變值（με）； εn-某一級解除深度應變儀讀數(shù)（με）； εo-應變花初讀數(shù)（με）。
2） 繪制應變花各應變片的應變值（εi）與相對解除深度（h/D）的關系曲線。 2、應力恢復法 1 試驗的適用條件同（表面）應力解除法。
2 試驗的布置 測點布置及應變量測儀及應變片同（表面）應力解除法。應力恢復設備包括液壓枕、油泵及壓力表等。
3 試驗的主要技術要求 4。試驗成果的分析 參照應力解除法計算式計算巖體表面應力。
（二）、孔壁應力測試 1、試驗的適用條件 試驗適用于地下水位以上、完整或較完整的細粒巖體，用套孔應力解除法測量巖體內某點的三向應力大小和方向。 2、試驗的布置 3、試驗的主要技術要求 1） 用φ130mm鉆頭鉆至預定深度，取出巖芯，磨平孔底。
2） 用φ46mm鉆頭同心鉆測孔，同心度（即大、小孔圓心差距）宜小于2mm，孔深約50cm。 （三）、孔底應力測試 1、試驗的適用條件 試驗適用于地下水位以上完整和較完整的細粒巖體，用孔底面應力解除法測量巖體內某點的平面應力大小和方向。
如測求巖體內某點的三向應力狀態(tài)，應在同一平面內用三個鉆孔交匯于該點的方法。 2、試驗的布置 測點的布置要求同孔壁應力測試。
主要的設備有：“門塞”應變計及安裝器；靜態(tài)電阻應變儀及輔助設備；坑道鉆機，金剛石鉆頭（φ76mm），孔底磨平鉆頭及鉆機輔助設備等。 3、試驗的主要技術要求 1） 將鉆孔鉆至預定深度后，取出巖芯，觀察節(jié)理發(fā)育情況，判明孔底巖體是否滿足測試要求，不能滿足時應繼續(xù)鉆進。
2） 清除孔底殘留巖芯，用金剛砂細磨鉆頭磨平孔底，并用水沖洗干凈和高壓風吹干，再用丙酮擦洗孔底。 3） 孔底涂一層環(huán)氧樹膠后，用安裝器將檢查合格的應變計（見下圖）送至孔底并粘貼好。
4）將應變片與應變儀接通、預調平衡，測記初始讀數(shù)，連續(xù)三次（10min讀一次）讀數(shù)小于±5微應變即視為穩(wěn)定，然后取出安裝器，記取孔深及孔的方位、傾角。 5） 鉆孔進行應力解除，鉆至10~20cm時停止鉆進，取出巖芯并清洗干凈，裝上安裝器，測記解除后的應變穩(wěn)定讀數(shù)。
6） 將應變測試獲取的巖芯進行彈性模量E、泊松比μ的室內試驗。 測試的工作程序見下圖。
a-孔底磨平；b-粘貼應變計；c-套孔應力解除；d-取出巖芯。
3.巖體的變形有哪些特點
1 巖體的單軸和三軸壓縮變形特征
(1)巖體應力-應變全過程曲線
①在加載過程，結構面壓密與閉合，應力-應變曲線，呈上凹型。
②中途卸載有彈性后效現(xiàn)象和不可恢復殘余變形。這是結構面閉合、滑移、錯動造成的。
③完全卸載，再加載形成形式上的“開環(huán)型”曲線，這也是彈性后效造成的。
④峰值強度后，巖體開始破壞，應力下降較緩慢，仍有殘余應力，這是巖體結構效應。
2巖體剪切變形特征
①在屈服點前，變形曲線與抗壓變形相似，上凹型。
②屈服點后，某個結構面或結構體首先剪壞，隨之出現(xiàn)一次應力下降。峰值前可能發(fā)現(xiàn)多次應力升降。升降程度與結構面或結構體強度有關，巖體越破碎，應力降反而不明顯。
③當應力增加到一定應力水平時，巖體剪切變形已積累到一定程度，沒剪破的部位以瞬間破壞方式出現(xiàn)，并伴有一次大的應力降。
④隨后產生穩(wěn)定滑移
3巖體各向異性變形
試件模型：12mmX12mmX36mm的塊體單元
x=1表示貫通， x =0為完整試件， x為分離度
①巖體力學性質具有各向異性，變形、破壞機制、強度特征不同。
②工程布置要考慮如何揚長避短，充分發(fā)揮巖體自身強度，維持工程穩(wěn)定性。
其他詳見 ：
4.應力應變測試常用的方法有哪些
常見的應力測試方法
應力儀或者應變儀是來測定物體由于內應力的儀器。一般通過采集應變片的信號，而轉化為電信號進行分析和測量。
應力測試一般的方法是將應變片貼在被測定物上，使其隨著被測定物的應變一起伸縮，這樣里面的金屬箔材就隨著應變伸長或縮短。很多金屬在機械性地伸長或縮短時其電阻會隨之變化。應變片其實就是應用了這個原理，通過測量電阻的變化而對應變進行測定。一般應變片的敏感柵所使用的是銅鉻合金材料，這種材料其電阻變化率為常數(shù)，它與應變成正比例關系。
我們通過惠斯通電橋，便可以將這種電阻的比例關系轉化為電壓。然后不同的儀器，可以將這種電壓的變化轉化成可以測量的數(shù)據(jù)。
對于應力儀或者應變儀，關鍵的指標有： 測試精度，采樣速度，測試可以支持的通道數(shù)，動態(tài)范圍，支持的應變片型號等。并且，應力儀所配套的軟件也至關重要，需要能夠實時顯示，實時分析，實時記錄等各種功能，高端的軟件還具有各種信號處理能力。
5.煤巖體應力測試
巖體應力是工程巖體穩(wěn)定性分析及工程設計的重要參數(shù)。
目前，巖體應力主要靠實測求得，特別是構造活動較強烈及地形起伏復雜的地區(qū)，自重應力理論將無力解決巖體應力問題。由于巖體應力不能直接測得，只能通過量測應力變化而引起的諸如位移、應變等物理量的變化值，然后基于某種假設反算出應力值。
因此，目前國內外使用的所有應力量測方法，均是在平硐壁面或地表露頭面上打鉆孔或刻槽，引起巖體中應力擾動，然后通過用各種探頭量測由應力擾動而產生的各種物理量變化值的方法來實現(xiàn)。常用的應力量測方法主要有：應力解除法、應力恢復法和水壓致裂法等，這些方法的理論基礎是彈性力學。
因此，巖體應力測試均視巖體為均質、連續(xù)、各向同性的線彈性介質。4.3.4.1 應力解除法（1）基本原理應力解除法的基本原理是：巖體在應力作用下產生變形（或應變）。
當需測定巖體中某點的應力時，可將該點一定范圍內的巖體與基巖分離，使該點巖體上所受應力解除。這時由應力產生的變形（或應變）相應恢復。
通過一定的量測元件和儀器量測出應力解除后的變形值，即可由確定的應力與應變關系求得相應應力值。應力解除法根據(jù)測量方法不同可分為表面應力解除法、孔底應力解除法和孔壁應力解除法三種。
本節(jié)僅介紹孔壁應力解除法。孔壁應力解除法（或稱鉆孔套芯應力解除法）。
該方法的基本原理是在鉆孔中安裝變形或應變測量元件，測量套芯應力解除前后鉆孔半徑變化值（徑向位移），用該孔徑變化值來確定巖體應力值（圖4-44）。目前常用的變形測量元件有：門塞式應變計、光彈性應變計、鋼環(huán)式鉆孔變形計、壓磁式鉆孔應力計和空心包體式單孔全應力計等。
（2）試點選擇與地質描述在平硐壁面或地表露頭面上選擇代表性測點，用130mm巖心鉆頭打一鉆孔至測量點，其深度應超過擾動影響區(qū)；在平硐內進行測試時，其深度應超過硐室直徑的2倍；同時使測點一定范圍內巖性均勻無突變，巖心無大的裂隙通過。地質描述內容包括：巖心的煤巖名稱、結構及主要礦物成分；結構面類型、產狀、寬度、充填物情況及測點的地應力現(xiàn)象；鉆孔巖心形狀及RQD值等，同時提交測點剖面圖及鉆孔柱狀圖等。
圖4-44 孔壁應力解除法示意圖4.3.4.2 應力恢復法（1）基本原理應力恢復法一般在平硐壁面（也可在地表露頭面）上進行。在巖面上切槽，巖體應力被解除，應變也隨之恢復；然后在槽中再埋入液壓枕，對巖體施加壓力，使巖體的應變恢復至應力解除前的狀態(tài)；此時，液壓枕施加的壓力即為應力解除前巖體受到的應力，這一應力值實際上是平硐開挖后壁面處的環(huán)向應力。
通過量測應力恢復后的應力和應變值，利用彈性力學公式即可求解出測點巖體中的應力狀態(tài)。根據(jù)所采用應變計的類型不同，應力恢復法可分為鋼弦應變計法、電阻片法和光彈應變計法，本節(jié)僅介紹電阻片法。
應力恢復法適用于堅硬、半堅硬完整巖體。（2）試點制備與地質描述在平硐壁面上選擇巖體完整部位加工制備試點。
首先在試點大于2倍液壓枕邊長的范圍內進行粗加工，要求巖面起伏差不超過0~5cm。然后在選定粘貼電阻應變花的部位進行細加工，其范圍應不小于應變花直徑的2倍，用手提式砂輪或磨平鉆頭磨平整。
試點的地質描述同承壓板法。
6.常見確定巖體變形參數(shù)的原位試驗有哪幾種
參數(shù)？原位測試在工程勘察中很重要。
主要有土體原位測試和掩體原位測試。其中：土體原位測試有：載荷試驗，靜力觸探，旁壓試驗，圓錐動力觸探實驗和標準貫入實驗，十字板剪切實驗，抽注水實驗。
這些實驗一般都可以得到一下參數(shù)：地基土承載力特征值fk。地基土的變形模量E。
基礎的沉降量，劃分土層剖面，確定沙土孔隙比、相對密度，粉土、粘性土的稠度，估算圖的強度、變形，反算地基土不排水抗剪強度。巖體原位測試有：波速實驗、巖體變形實驗，現(xiàn)場直剪實驗，巖體應力測試。
得到的參數(shù)跟上面的基本一樣。上學期學過的，希望對你有用。
7.簡述控制圍巖變形應采取哪些措施
1、圍巖變形是坑探工程類的專業(yè)術語之一，是圍巖發(fā)生流變、蠕變、徐變、位移、沉降及底鼓的總稱。
2、圍巖變形的表現(xiàn)：松散、破碎圍巖體的冒落、塌方，軟弱和膨脹性土巖土體的局部和整體的徑向大變形和塌滑，山體變形，以及堅硬完整巖體中的巖爆。
3、控制圍巖變形的方式根據(jù)工程特點會有不同方式，針對目前地下工程圍巖變形及控制問題的復雜性和迫切性，在理論和試驗的基礎上提出了復合不耦合定向斷裂爆破裝藥結構；煤礦企業(yè)通常是可以通過預注漿加固圍巖的方式來有效控制圍巖變形；U型鋼支架等等。
