基于位移反分析的深基坑渗流场与应力场完全耦合分析

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1、第23卷第8期岩石力学与工程学报23(8)：1349～13522004年4月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringApril，2004*北京房山花岗岩原地应力状态AE法估计李宏张伯崇(中国地震局地壳应力研究所北京100085)摘要在北京房山花岗岩体中钻了一个深301m，直径101mm的钻孔。从钻孔深度30～301m，利用水泥端帽法对岩芯进行了定向。对深度270和294m的定向岩芯进行了声发射Kaiser效应试验。水平面内最大主应力的方向基本为南北方向。将声发射Kaiser效应测量结果与水压致裂法的测量结果进行了对

2、比，二者具有很好的一致性。关键词岩石力学，声发射，Kaiser效应，地应力分类号TU452文献标识码A文章编号1000-6915(2004)08-1349-04IN-SITUSTRESSMEASUREMENTOFFANGSHANGRANITELiHong，ZhangBochong(InstituteofCrustalDynamics，CSB，Beijing100085China)AbstractAboreholewasdrilledingranodioriterockmassatFangshan，Beijing.Thedepthoftheboreholeis3

3、01mwithdiameterof110mm.Fromabout30～301m，allcoreswereorientedbycementendcapmethod.AEKaisereffecttestsonorientedcoreatdepthof270mand294mwerecarriedout.Inhorizontalplane，theorientationoflargerhorizontalprincipalstressisabouttheNS.ComparisonoftheresultofAEKaisereffecttestswiththatofhydr

4、ofracturingshowsthattheyareconsistentfundamentallyonthewhole.Keywordsrockmechanics，AE，Kaisereffect，is-situstresses满足以下基本假定：(1)Kaiser效应只响应最大压应1前言力，从原地应力测量角度而言，对某一方向的试件，测定的先前应力就是测点在该方向的压应力。(2)声发射(acousticemission，简称AE)是材料受外在地质年代内施加的应力作用与相对较短的时间内力或内力作用下，产生变形或断裂时，以弹性波的在试验室施加的应力作用是相同的。在此

5、基础上AE形式释放出的应变能。作为声发射的早期研究者，法测量地应力的原理是：在试验室进行单轴压缩试德国慕尼黑的Kaiser博士对应力引起的声发射模式验，测量由岩石试件产生的AE，根据AEKaiser效感兴趣，他观察到多晶金属上的应力从其历史最高应求取岩石材料曾经受过的先前应力，该应力就是水平释放后，再重新施加应力，当应力超过过去的岩石在地壳中在试验加载方向所承受的压应力，通最大值时，声发射速率明显增加，这种声发射在从过对不同方向的试件进行试验，可得到不同方向的已经受过的应力水平转变为新的应力水平时，其特压应力。若测得6个以上不同方向的压应力，根据[1～5]征性

6、的增加，被称为Kaiser效应。之后，Goodman弹性理论就可确定测点的应力张量。等发现在岩石材料上也存在声发射Kaiser效应。利用岩石声发射Kaiser效应测量地应力是日本基于岩石声发射Kaiser效应AE法应力测量需电力中央研究所金川忠于1976年在东京举行的第2003年3月24日收到初稿，2003年7月7日收到修改稿。*地震科学联合基金(199023)资助课题。作者李宏简介：男，38岁，硕士，1988年毕业于中国矿业大学北京研究生部矿山工程力学专业，现任副研究员，主要从事原地应力测量技术、测量方法和理论研究。•1350•岩石力学与工程学报2004年[

7、6]三届声发射讨论会上提出的。之后，人们对声发式中：σ为θ方向的正应力分量(AE法的测量值)；θ射测量地应力的基础理论、影响因素、与其他方σ，σ，τ为以x，y为坐标轴的地应力分量。xyxy法的对比、试验理论方法及推广应用等进行了大因此，以x轴为基准(指北方向)，将试件θ方向[7～13]量研究。的测量值分别代入式(1)等号左边的σ中，则上式成θ本文对房山花岗岩进行了AE法地应力测量试为以σ，σ，τ为未知数的一次联立方程式，可xyxy验研究，给出了应力测量结果，并与水压致裂法测用最小二乘法求得σ，σ，τ。xyxy量结果进行了对比研究。进一步地，由弹性理论，可用下式

8、简单地求出水平面内的最大主应力σ，最小