岩体应力测试方法

采用单钻孔全应力解除法。该方法应用最广，它使用三维量测元件。

1.岩体钻孔三轴应变计套孔解除法

它适用于均质、较完整、中硬以上岩石，只要测量地点的岩石比较干燥。可以取出45-60cm长的岩芯，这种方法是中国矿山使用最广泛的一种。它利用利曼的孔壁应变法的原理制成探头元件及安装系统，通常可使三组各有3-4个电阻应变片的应变花安装在Ø36mm的小钻孔壁上。在小孔外围，用大直径金刚石岩心钻头，套孔解除测得孔壁恢复应变，借助岩石弹性常数、弹性理论解及最小二乘法、可以确定在允许限差下的6个应力分量。从而可以确定该点的主应力大小及方向二此种套钻解除的孔壁应变法，国内外己利用于各向异性岩石。由于解决了水下粘贴电阻片的问题，在瑞典连续测量的下向孔探已达250m。

2.中空包容式三轴应变计套孔解除法

当遇到钻孔内岩面潮湿，不便使用普通二轴应变计时，可使用这种方法门本法自1976年起在一些国家开始使用。它与前述方法中应变片的布置方式相似。此种共轴应变计的实质、是将电阻应变花粘贴到距岩石钻孔内壁面间隔很小(0.5mm)。且具有良好防潮层的中空式圆管形元件上，在全圆管周长范围内与孔壁粘结。它是前述常规孔壁应变法的一种发展。

3.孔底平底面三维应变传感器套孔解除

此法系在孔底平底面粘贴三维应变传感器，通过卸载后测量到最低限度6个独立恢复应变。根据测点的岩石弹性常数、弹性理论及经验方程，求解岩体一点三维应力的大小。此法的主要优点是要求解除的岩芯长度短，可用于具有一定节理的岩石。中国已研制了这种传感器，只要测点距地表深度大于50m，传感器就有足够的灵敏度。日本为了进一步提高这种方法的灵敏度，提出了一种钻孔半球形孔底端面的三维应变传感器。但钻进需用钻头，安装及应力解除作业都比较复杂。

这种方法只适用于全断面掘进机开挖的巷道表面。用此法求算岩体应力时，可把圆形坑道看成一个圆柱形钻孔，在巷道断面的表面上安装三组二维元件，对它们分别进行表面应力解除。2100433B

岩体应力测试方法是指量测岩体应力的方法。有10多种分类法，按受开采影响与否来分。可分为原岩应力测试和应力变化测试，后者的实用性不如前者。广泛使用的原岩应力量测方法是应力解除法。其基本原理是，当人为将固定有量测元件的岩体微元与基岩分离时。其几何尺寸将发生弹性恢复。利用弹性理论、岩石弹性常数可以建立恢复应变与应力场之旬的关系。测得独立恢复应变，求得岩体中一点的应力状态，利用钻孔法进行应力解除可避免坑道表面量测受到爆破次生裂隙的影响。量测到远离巷道的原始应力。依在钻孔中的量测部位，有孔径、孔壁和孔底三种恢复应变量测方法，此外尚有在巷道表面测试恢复应变方法。

地壳中岩体应力分布状态称原岩应力场。岩体应力是分析判断岩土工程稳定性和采矿工程结构的基础资料。影响岩体应力形成的因素为：岩石的物理力学性质、地质构造及活动过程、地形条件、地下水、瓦斯以及人类生产活动等。岩体应力场主要由自重应力场、构造应力场以及因采掘工作引起的次生应力场构成。

自重应力场 金尼克（Α．Н．Динниκ）于 1925年根据均质各向同性线弹性体假设，提出原岩应力计算公式:垂直方向主应力等于单位底面积上的岩土体自重,即σz=αZ,式中α为上覆岩层的平均容重,Z为深度。两个水平方向主应力σ x=σ y=λ σ z，侧应力系数λ=μ/（1-μ），式中μ为泊松比，一般岩土体的μ≈0.2～0.3，λ≈0.25。1912年,海姆(Heim)从岩土体有流变性出发,认为原岩体大都处于各向等压即静水压力状态，也可认为距地表深度较大时，因岩石呈塑性状态μ=0.5，λ=1岩体也会处于静水压力状态：σ x=σ y=σz。

构造应力场 使初始呈水平沉积地壳形成山峦重叠的构造体系和构造型式的应力场。20世纪30年代中国地质学家李四光指出，地球自转速度变化，会在地壳中产生东西方向和南北方向作用的水平力。水平方向两个应力的数值和（σ x σ y）远大于垂直应力的数值 σ z。50年代以后，随应力测量技术发展，美、苏、加、澳、中等国根据实测资料揭示，大多数情况下原岩水平应力比垂直方向主应力大1～3倍或更大；两水平轴向的主应力也并不相同，比值为0.3～0.8；垂直方向应力通常等于自重应力，有时为自重应力的1.5～3倍。原岩主应力方向，常稍偏离垂直和水平方向，这主要是受地质构造运动残余应力场的影响。

次生应力场 巷道开掘,破坏原岩体的应力平衡,应力重新分布后形成的应力场见图（图1中符号所代表的量见自重应力场）。沿巷道断面水平轴线方向，应力重分布的特点见图1左部：剪应力增加的幅度，靠近巷道周边最大，越远越小。应力变化的数值，随岩性、深度、巷道断面形状和尺寸、开采条件和时间等因素而定。在巷道围岩的某些局部，由于原岩垂直应力与水平应力的比值、巷道断面形状、尺寸及岩体产状的不同，可能出现对巷道稳定极为不利的拉应力。应力重新分布时，巷道围岩释放潜能，迫使围岩向巷道空间移动。此后，如最大应力不超过岩石强度条件,围岩可自稳；否则,在围岩中将出现大小不等的破裂松动区,见图1右部。在松软岩石中，破裂过程的扩容为原体积的0.05～0.40，所造成位移的总量达10～50cm以上。

岩体应力、应变的特征之一，是达到破裂极限后的应力急剧降低，巷道围岩破裂区内的应力降为残余应力，形成应力降低区。由于该区内的部分岩体丧失承载能力，致使上覆地层重力绕过该区转嫁到邻近区域，与原有应力叠加,形成应力升高区。应力降低区与升高区,合称巷道影响区。其范围约为巷道断面最大尺寸的3～5倍。以应力升高值刚超过原岩应力5%的地方,作为巷道影响区的边界。开巷后应力升高区的应力与原岩应力的比值 K，称应力集中系数。方形或矩形断面巷道的直角拐点，理论上的K值为无限大。由于施工原因,该点处实际总是略呈圆弧,K值降为5～7,但仍比圆形、椭圆形断面的应力集中系数为大。

在受到采场围岩应力场的影响时，巷道围岩应力场会再次重新分布，导致应力叠加。这种影响称为采动影响。采准巷道经受采动影响后，它的应力场将更为复杂。

原岩应力主要用“应力解除”和“水力压裂”等方法实测确定。巷道围岩的应力场可用弹塑性力学、有限元法、边界元法、流变学等理论和数值方法，光弹、全息光弹、相似材料模型、离心模型模拟方法，以及与上述实测方法等结合研究。

参考书目

L.Obert & W.L.Duvall,Rock Mechanics and the Design of Structures in Rock,John Wiley & Sons,New York,1967.2100433B

岩体应力测量是指利用岩体应力作用的物理效应间接测量岩体应力的方法。岩石应力是一个假想的物理量，对它不能直接度量和观测，国内外广泛应用应力解除法测试岩体应力。应力解除法又分为孔底应力解除法与套孔应力解除法两种。这些方法的原理是通过粘在孔底或孔内、孔壁上的应变传感元件在卸载前后孔径或孔壁的变化，求得原岩应力。

学科：工程地质学

词目：岩体应力测量

英文：stress measurement of rock mass

释文：岩体应力测量是指用仪器在现场测量岩体的应力，以研究岩体应力分布规律，评价围岩及大型边坡等的稳定性。通过确定地壳近期构造应力状态还可以进行地震预报等。岩体应力测量方法繁多，主要有应力解除法、应力恢复法和水力压裂法等。进行岩体应力测量的仪器主要有电阻应变仪、电感测压仪和光弹仪等。 2100433B

岩体渗流应力(stress due to seepage in rockmass)是指岩体在渗流作用下产生的应力。