地应力测量方法综述.doc

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1、地应力测量方法综述摘要：通过分析大量有关地应力测量的相关研究资料，系统地概括了地应力测量的发展历程及研究现状，对地应力测量方法进行了归类分析，明确了各种方法的基本原理及优缺点，认为现有地应力测试手段均具有一定的适用条件，地应力的精确测量是一项综合性的测量，同时总结了地应力测量时需要注意的关键问题，最后对地应力测量的发展前景作了简单探讨。关键词：地应力测量方法适用条件发展前景中图分类号：P618.13文献标识码:A文章编号：1672-3791(2013)02(c)-0150-04地应力(in-situstress),又称原岩应力，也称岩体初始应力或绝

2、对应力，是在漫长的地质年代里，由于地质构造运动等原因产生的。在一定时间和一定地区内，地売屮的应力状态是各种起源应力的总和。地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用。地应力的测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析、实现岩土工程开挖设计和决策科学化的前提，所以选择合理有效的地应力测量方法意义重大。1国内外地应力测量的研究概况人们最初对地应力概念的认识以及地应力测量技术的发展都源于早期的矿山工程建设，最早的原位地应力测量起始于20世纪30年代。1932年，美国人劳伦斯(Lieurace)在胡佛坝(IIooverDam)下

3、面的一个隧道中采用岩体表面应力解除法首次成功地进行了原岩应力的测量。进入20世纪60年代屮期Z后，随着岩石力学、数值分析、丁.程测试技术等学科的诞生和发展，地应力测量理论和测试技术也得到了创新和发展，这时出现了三维地应力测量技术，即通过一个单孔的测量就可以求得岩体中某一点的三维地应力状态，使钻孔应力测量技术进入了快速发展阶段，其中以澳大利亚联邦科学和工业研究组织(CSIRO)研制的CSIRO型空心包体应变计应用最为广泛。60年代末，美国人费尔赫斯特和海姆森提出了水压致裂法，成为和应力解除法并驾齐驱的两大地应力测量方法；水压致裂法的突出优点是能够测量

4、地壳深部的地应力。1977年美国人Haimson在深5.1km处进行了水力压裂地应力测量，并对此作了大量理论和实验研究。我国的地应力研究是在李四光教授的倡导下开展起来的。20世纪40年代，他就把地应力作为地质力学的一部分进行了研究。我国的地应力测量技术和设备的研制工作起步较晚，起始于20世纪50年代末期，而地应力实测工作从20世纪60年代初开始，到冃前为止已经取得了大量的测量数据。进入20世纪80年代以后，空心包体应变计进入我国，随后地质力学研究所、长沙矿冶研究所和长江科学院等都研制了自己的空心包体应变计，例如：KX-81,KX-2003,CKX-

5、97,CKX-01型空心包体等在现场得到了广泛的应用。80年代以后，地壳应力研究所率先在国内开展了水力压裂地应力测量的研究工作，并于1980年10月在河北易县首次成功进行了水力压裂法地应力测量。近年来提出了一种钻孔局部壁面应力全解除法(葛修润，侯名勋，2004)o胡斌，章光等在套孔应力解除的基础上提出了一次套钻确定三维地应力的新型钻孔变形计，提高了测量元件的分辨率（0.0001rnrn,精度达到0.2%）。2地应力测量的主要方法经过儿十年的发展世界上已经有儿十种地应力的测量方法，相关仪器也达到200种以上，其中最为常用的是应力恢复法、空芯包体应力解

6、除法和水压致裂法。2.1应力恢复法应力恢复法即应力补偿方法是最早使用的地应力测试技术，其屮扁千斤顶法应用最广。其测量地应力的过程是，将扁千斤顶放入围岩的开槽中,通过加压使的槽两侧两个测点的距离恢复开槽前的状态，此时的压力即为开杷前的围岩应力，布置示意图如1所示。主要优点：读数直观，直接获得应力值，不需要通过弹性模量、泊松比等换算，测试技术易于掌握。主要缺点：（1）扁槽只能获得一个方向的应力，而实际的应力为6个应力分量，无法在同一地点开6个槽进行测量；（2）仅能测得围岩表面应力，测量深度极大限制，其所获得的应力并非原岩应力，而是地下工程开挖后的应力重

7、分布的二次应力。2.2应力解除法应力解除法的原理是，岩块从具有一定应力环境的岩体屮取出后，岩石发生弹性变形，测量出接触后岩块的弹性变形，通过岩石力学实验测定弹性模量，有胡克定律即可计算得到解除前岩体中的应力大小及方向。操作过程是，将特制传感器安装在已施工好的待测岩体钻孔中的同心小孔内，同心套取岩心，岩心应力解除发生弹性变形，通过仪器记录应变，在实验室测量解除岩块的弹性模量，计算获得应力矢量（包括大小和方向）。冃前根据测试的应变或变形，应力解除法大体上可分为孔壁、孔径、孔底应变法。孔底应变法假设岩石是各向同性、均匀介质、连续体、线弹性体，通过监测6个

8、孔壁上不同方向的应变值间接获得三维地应力。应变元件直接贴到孔壁中的测试仪器有CSIR型三轴应变计。空心包体是将应变元件贴到