地应力测量方法课件.ppt

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1、9/16/20211矿山岩体力学华北科技学院安全工程学院6.5间接测量法（主要介绍空心包体法）6.5.1测量方法种类(套孔应力解除法)6.5.2变形或应变的测量孔径变形法、孔底应变法、孔壁应变法空心包体应变法、实心包体应变法6.5.3空心包体测量步骤6.5.4空心包体法测量原理6.5间接测量法根据测量的物理量和测量方法的不同，间接测量法也有数十种之多。目前间接测量方法分类：全应力解除法：是一种比较经济而适用的方法，它能够比较准确地测定岩体中的三维原始应力状态。局部应力解除法、松弛应变测量法：只能用于粗略的估算岩体中的应力状态或者岩体中的应力变化情况

2、，而不能用于准确测定原岩应力值。6.5间接测量法地球物理探测法：可用于探测大范围内的地壳应力状态，但是由于对测定的数据和应力之间的关系缺乏定量了解，同时由于岩体结构的复杂性，各点的岩石条件和性质各不相同，这种方法不可能为实际的岩石工程提供可靠的地应力数据。6.5.1全应力解除法(套孔应力解除法)全应力解除法是使测点岩体完全脱离地应力作用的方法。通常采用套钻的方法实现套孔岩芯的完全应力解除，因而也称套孔应力解除法。套孔应力解除法是发展时间最长，技术比较成熟的一种地应力测量方法。在测定原始应力（绝对应力）的适应性和可靠性方面，目前还没有那种方法可以和应

3、力解除法相比。（一）测试基本原理1、基本假定：围岩是线性、均匀、各向同性弹性体；岩体加载、卸载过程中具有同样应力-应变关系；解除孔径不小于3倍测孔直径，可近似处理为厚壁圆筒问题；2、原理示意图（二）测量步骤1、从地下巷道、隧道、峒室或其它开挖体的表面向岩体内部打大孔，直至需要测量岩体应力的部位。大孔要求：①直径为小孔直径的3～5倍以上，一般为130～150mm；②孔深为巷道、隧道或已开挖峒室跨度的3～5倍，以保证伸到未受开挖影响的原岩应力区；（二）测量步骤1、从地下巷道、隧道、峒室或其它开挖体的表面向岩体内部打大孔，直至需要测量岩体应力的部位。大孔

4、要求：③打孔要保持一定的同心度；④孔底要磨平，并打出锥形孔，以利于打小孔与大孔同心；⑤孔的倾斜角一般为1～3°。2、从大孔孔底打同心小孔，用于安装测试探头。小孔要求：①直径一般为36～38mm；②孔深一般为小孔直径的10倍以上，以保证小孔中央部位处于平面应变状态；③小孔要用水冲洗干净。3、用一套专用装置将测量探头胶固到小孔中央部位。4、用打大孔用的薄壁钻头继续延伸大孔，从而使小孔周围岩芯实现应力解除。5、由于应力解除引起的小孔变形或应变，可由空内的测量系统测定，并通过记录仪器记录下来。6、根据测得的小孔变形或应变通过有关计算公式，求出小孔周围的原岩

5、应力状态。（三）应变或变形的测量套孔应力解除法根据所使用的测量探头不同，可分为五种方法：孔径变形法孔底应变法孔壁应变法空心包体应变法实心包体应变法（三）应变或变形的测量（1）孔径变形法孔径变形法是通过测量应力解除过程中钻孔直径的变化，而计算出垂直于钻孔轴线的平面内的应力状态，并可通过三个互不平行钻孔的测量，确定一点的三维应力状态。①孔径变形测量用于测量孔径变形的仪器很多，其中最著名的是USBM（美国矿山局）孔径变形计。它是奥伯特（L.Obert）和梅尔里（R.H.Merrill）等人于60年代研制出来的①孔径变形测量其探头是六个圆头活塞，两个径向相

6、对的活塞测量一个直径方向的变形，每对相差60°角，活塞由一个悬悬臂梁式的弹簧施加压力（一般有0.5mm左右的预压变形），以保证它和孔壁接触。当应力解除时，钻孔直径膨胀，预压变形得以释放，悬臂弹簧的弯曲变形发生变化，这一变化由电阻应变片探测并通过仪器记录下来。通过标定试验可以确定两个活塞头之间的径向变形和悬臂弹簧上应变片所测读数之间的关系。②孔径变形测量应力计算原理只进行一个钻孔的孔径变形测量时，由应力解除过程中测得的孔径变形计算垂直于钻孔轴线的平面内的应力状态如下：式中：为相互间隔60°的三个径向方向的变形值；为和之间的夹角，从逆时针到为正，同时的

7、范围限制如下：当且时，当且时，当且时，当且时，假如钻孔轴线和一个主应力方向重合，且该方向主应力值也已知，譬如假定自重应力是一个主应力，且钻孔为垂直方向，那么一个钻孔的孔径变形测量也就能确定该点的三维应力状态。③测点岩石弹性模量和泊松比的获得为了获得测点岩石弹性模量和泊松比，可以通过对套孔岩芯加围压，并通过孔径变形计测量围压——孔径变形曲线，由此可用如下计算公式确定其弹性模量值：式中：P0—围压值；U—由围压引起的平均径向变形值；R，r—分别是套孔岩芯的外、内径。为了求得泊松比值，可在套孔岩芯上贴轴向应变片，测得的轴向应变和径向应变之比即为该点岩石的

8、泊松比值。（2）孔底应变法莫尔于1956年首次报告了孔底应变测量技术。他是将电阻应变片粘贴在一个磨平的孔底，然后使用延伸这