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(chǎng)）的測量，在概念 上可分為廣義和狹義兩種。
廣義的地應 力（場(chǎng)）測量是指運用地質(zhì)調查和儀器測定及分析的方法，確定地殼不同時(shí)間、空間的點(diǎn)應力狀態(tài)。狹義的地應力（場(chǎng)） 測量是指應用鉆孔和儀器的方法，進(jìn)行 點(diǎn)應力絕對值的測量，主要確定現今的 地應力和地應力場(chǎng)。
（1） 地質(zhì)調查分析法① 構造及新構造應力場(chǎng)分析 主要工作方法及原理：調查工作區宏觀(guān)構造帶（線(xiàn)）的展布特征及新構造 運動(dòng)形跡。適用范圍：推求工作區主要構造形 成期的主應力方向、古構造應力場(chǎng)、現 今構造應力場(chǎng)。
優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是定性較準確，缺點(diǎn) 是定量資料難獲得。 ② 微構造法（數值計算法）測定構造應力場(chǎng)主要工作方法及原理：對工作區的 節理裂隙進(jìn)行測量，查明節理裂隙面特 征并進(jìn)行計算機處理。
適用范圍：確定古構造應力場(chǎng)的分 期，應力能量，主應力的性質(zhì)和方位。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)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 ''內有代表性的巖樣，對其組構變形及微 裂隙面的產(chǎn)狀進(jìn)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(zhì)和方位。
優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是定性較準確，缺點(diǎn) 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(guān)測 初始讀數，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(shí)，由原應力作用產(chǎn) 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(guān)系求得測點(diǎn)的應力值。適用范圍：假定巖體是各向同性、均勻連續的彈性體。
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(huì )受到一定程度的擾動(dòng)或破壞，用表面應力解除法會(huì )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(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現單孔測量 全應力，測試方便，費用較低。
缺點(diǎn)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(shù)復 雜，尤其孔中有水時(shí)難度更大；量測深 度淺，一般量測僅30m~50m；計算應力時(shí)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(diǎn)巖石，在其表面安裝測量應變的儀器 測試初始讀數，然后在巖體上開(kāi)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 讀數為止，此時(shí)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(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是能直接測得應力。
方法簡(jiǎn)便，可避免使用巖石彈性模量換 算帶來(lái)的誤差。缺點(diǎn)包括：巖壁開(kāi)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(dòng)圈的二次應力，一般數值偏低。 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(kāi)來(lái)。
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(shí)間的變化 及流體的流量，即可計算出測點(diǎn)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(lái)，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(xiàn)性、彈性、各向同性、非滲透性的均勻介質(zhì)， 并且巖體的鉛直應力與鉆孔平行。
優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是直接測定地殼深部 的地應力數值比較準確。 測量簡(jiǎn)便，適 用條件廣泛：完整、破碎巖體、有水、無(wú)水、深孔、淺孔均可測量。
缺點(diǎn)包括： 在數值解釋方面（如地形影響、巖石彈 性模量與應力之間的關(guān)系）尚存在一些 問(wèn)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(zhì)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(diǎn)應布置在不受開(kāi)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(xiàn)等。 3 試驗的主要技術(shù)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（με）； εo-應變花初讀數（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(guān)系曲線(xiàn)。 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(diǎn)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(shù)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(diǎn)的三向應力大小和方向。 2、試驗的布置 3、試驗的主要技術(shù)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(diǎn)的平面應力大小和方向。
如測求巖體內某點(diǎn)的三向應力狀態(tài)，應在同一平面內用三個(gè)鉆孔交匯于該點(diǎn)的方法。 2、試驗的布置 測點(diǎn)的布置要求同孔壁應力測試。
主要的設備有：“門(mén)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(shù)要求 1） 將鉆孔鉆至預定深度后，取出巖芯，觀(guān)察節理發(fā)育情況，判明孔底巖體是否滿(mǎn)足測試要求，不能滿(mǎn)足時(shí)應繼續鉆進(jìn)。
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(fēng)吹干，再用丙酮擦洗孔底。 3） 孔底涂一層環(huán)氧樹(shù)膠后，用安裝器將檢查合格的應變計（見(jiàn)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，連續三次（10min讀一次）讀數小于±5微應變即視為穩定，然后取出安裝器，記取孔深及孔的方位、傾角。 5） 鉆孔進(jìn)行應力解除，鉆至10~20cm時(shí)停止鉆進(jìn)，取出巖芯并清洗干凈，裝上安裝器，測記解除后的應變穩定讀數。
6） 將應變測試獲取的巖芯進(jìn)行彈性模量E、泊松比μ的室內試驗。 測試的工作程序見(jiàn)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(diǎn)
1 巖體的單軸和三軸壓縮變形特征
(1)巖體應力-應變全過(guò)程曲線(xiàn)
①在加載過(guò)程，結構面壓密與閉合，應力-應變曲線(xiàn)，呈上凹型。
②中途卸載有彈性后效現象和不可恢復殘余變形。這是結構面閉合、滑移、錯動(dòng)造成的。
③完全卸載，再加載形成形式上的“開(kāi)環(huán)型”曲線(xiàn)，這也是彈性后效造成的。
④峰值強度后，巖體開(kāi)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(diǎn)前，變形曲線(xiàn)與抗壓變形相似，上凹型。
②屈服點(diǎn)后，某個(gè)結構面或結構體首先剪壞，隨之出現一次應力下降。峰值前可能發(fā)現多次應力升降。升降程度與結構面或結構體強度有關(guān)，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(shí)，巖體剪切變形已積累到一定程度，沒(méi)剪破的部位以瞬間破壞方式出現，并伴有一次大的應力降。
④隨后產(chǎn)生穩定滑移
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(xué)性質(zhì)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(cháng)避短，充分發(fā)揮巖體自身強度，維持工程穩定性。
其他詳見(jiàn) ：
4.應力應變測試常用的方法有哪些
常見(jiàn)的應力測試方法
應力儀或者應變儀是來(lái)測定物體由于內應力的儀器。一般通過(guò)采集應變片的信號，而轉化為電信號進(jìn)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(zhù)被測定物的應變一起伸縮，這樣里面的金屬箔材就隨著(zhù)應變伸長(cháng)或縮短。很多金屬在機械性地伸長(cháng)或縮短時(shí)其電阻會(huì )隨之變化。應變片其實(shí)就是應用了這個(gè)原理，通過(guò)測量電阻的變化而對應變進(jìn)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，它與應變成正比例關(guān)系。
我們通過(guò)惠斯通電橋，便可以將這種電阻的比例關(guān)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據。
對于應力儀或者應變儀，關(guān)鍵的指標有： 測試精度，采樣速度，測試可以支持的通道數，動(dòng)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(guān)重要，需要能夠實(shí)時(shí)顯示，實(shí)時(shí)分析，實(shí)時(shí)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定性分析及工程設計的重要參數。
目前，巖體應力主要靠實(shí)測求得，特別是構造活動(dòng)較強烈及地形起伏復雜的地區，自重應力理論將無(wú)力解決巖體應力問(wèn)題。由于巖體應力不能直接測得，只能通過(guò)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(dòng)，然后通過(guò)用各種探頭量測由應力擾動(dòng)而產(chǎn)生的各種物理量變化值的方法來(lái)實(shí)現。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(xué)。
因此，巖體應力測試均視巖體為均質(zhì)、連續、各向同性的線(xiàn)彈性介質(zhì)。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(chǎn)生變形（或應變）。
當需測定巖體中某點(diǎn)的應力時(shí)，可將該點(diǎn)一定范圍內的巖體與基巖分離，使該點(diǎn)巖體上所受應力解除。這時(shí)由應力產(chǎn)生的變形（或應變）相應恢復。
通過(guò)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(guān)系求得相應應力值。應力解除法根據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。
本節僅介紹孔壁應力解除法。孔壁應力解除法（或稱(chēng)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(lái)確定巖體應力值（圖4-44）。目前常用的變形測量元件有：門(mén)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(diǎn)選擇與地質(zhì)描述在平硐壁面或地表露頭面上選擇代表性測點(diǎn)，用130mm巖心鉆頭打一鉆孔至測量點(diǎn)，其深度應超過(guò)擾動(dòng)影響區；在平硐內進(jìn)行測試時(shí)，其深度應超過(guò)硐室直徑的2倍；同時(shí)使測點(diǎn)一定范圍內巖性均勻無(wú)突變，巖心無(wú)大的裂隙通過(guò)。地質(zhì)描述內容包括：巖心的煤巖名稱(chēng)、結構及主要礦物成分；結構面類(lèi)型、產(chǎn)狀、寬度、充填物情況及測點(diǎn)的地應力現象；鉆孔巖心形狀及RQD值等，同時(shí)提交測點(diǎn)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(jìn)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(shí)，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(shí)際上是平硐開(kāi)挖后壁面處的環(huán)向應力。
通過(guò)量測應力恢復后的應力和應變值，利用彈性力學(xué)公式即可求解出測點(diǎn)巖體中的應力狀態(tài)。根據所采用應變計的類(lèi)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(diǎn)制備與地質(zhì)描述在平硐壁面上選擇巖體完整部位加工制備試點(diǎn)。
首先在試點(diǎn)大于2倍液壓枕邊長(cháng)的范圍內進(jìn)行粗加工，要求巖面起伏差不超過(guò)0~5cm。然后在選定粘貼電阻應變花的部位進(jìn)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(diǎn)的地質(zhì)描述同承壓板法。
6.常見(jiàn)確定巖體變形參數的原位試驗有哪幾種
參數？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(dòng)力觸探實(shí)驗和標準貫入實(shí)驗，十字板剪切實(shí)驗，抽注水實(shí)驗。
這些實(shí)驗一般都可以得到一下參數：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(shí)驗、巖體變形實(shí)驗，現場(chǎng)直剪實(shí)驗，巖體應力測試。
得到的參數跟上面的基本一樣。上學(xué)期學(xué)過(guò)的，希望對你有用。
7.簡(jiǎn)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(lèi)的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)之一，是圍巖發(fā)生流變、蠕變、徐變、位移、沉降及底鼓的總稱(chēng)。
2、圍巖變形的表現：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工程特點(diǎn)會(huì )有不同方式，針對目前地下工程圍巖變形及控制問(wèn)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(guò)預注漿加固圍巖的方式來(lái)有效控制圍巖變形；U型鋼支架等等。
