大型工程中地应力的测试与应用

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工程保险在大型水利工程项目中的应用

作者：孙红艳

来源：《中国经贸》2009年第06期

摘要:通过对南水北调中线干性工程项目风险的认识，重点阐述建设施工期的纯损失风险，进而识别可保风险，利用保险转移手段对可保风险进行风险转移。

关键词:南水北调;风险;工程保险

随着我国基础设施建设项目的增加，工程保险在建设项目中发挥着越来越重要的作用。本文以南水北调工程项目为例，阐述工程保险在大型水利工程项目中的应用。

一、项目风险的认识

对于南水北调工程，其正式运营后的政治和经济影响显然比其他方面的风险要大。但是，在工程建设施工期，我们显然更加关心有可能带来事故损失的纯风险因素，比如自然、地质、施工工艺等因素带来的风险。在此仅针对工程的实际情况对建设施工期的以下固有风险进行重点分析。

1.洪水风险

洪水是指江河水量迅猛增加及水位急剧上涨的自然现象。洪水的形成往往受气候、下垫面等自然因素与人类活动因素的影响，按地区可分为河流洪水、融雪洪水、冰川洪水、冰凌洪水、雨雪混合洪水、溃坝洪水等六种。

南水北调中线干线工程面临的洪水风险大都是暴雨洪水，多发生在夏、秋季节，特别是伏牛山、太行山东侧的总干渠区段，汛期暴雨频繁、雨量大，具有雨季集中、暴雨历时短、强度大等特点。总干渠沿线交叉河流的洪水均由暴雨形成，洪水发生时间与暴雨一致，多在6—9月。总干渠基本沿伏牛山、嵩山、太行山山脉山前地带北上，沿线交叉河流基本都位于山区，因此交叉河流洪水具有洪水过程陡涨陡落、峰形较尖瘦的山区性河流洪水特性。一次洪水过程历时一般不足3天，历时较长的特大暴雨，历时可延长至3—7天，洪水洪量集中，3天洪量可占7天洪量的80%左右，中小河流可超过90%以上。 龙源期刊网

工程项目建设期的洪水风险进行评估时，通常应当从建设项目的地理位置、洪水重现周期和工程施工进度三个方面进行考虑。总干渠沿线各交叉河流，资料条件差异较大，少数大的交叉河流有实测的水文资料，其他均没有完整的水文资料数据。对建设期而言，洪水风险的大小在很大程度上取决于项目的地理位置，一般来说，江河上游流域的面积越大，可能形成的过程雨量越大，则项目的洪水风险也就越大。对南水北调中线干线工程，应重点关注河流上游流域面积在20km2以上的交叉建筑物施工期所面临的洪水风险。

地应力及其在地下工程中的应用

[摘要]科学研究表明，我们在进行有关地应力的研究试验中，可以总结到地球表面的盈利受到了很多方面因素的影响。而且在地应力的四周经常叠加着非构造应力（好比地壳运动引起的应力）。根据这些已有的研究结论，本文重点探讨了有关地应力的内涵、性质和相关的测量，以其在地下工程中的应用中所面对的各种引人注意的问题。关于地应力的测量，我们应注意很多的问题有环境的因素和一些客观的因素。如在测量之前和过程中都应该考虑测量的方位和周围环境的地形、地貌和一些地质影响。在完成了基本的测定后要对测量的结果进行相关的分析与对比，综合考虑测量的结果对出现的问题及误差要及时的加以改正。对于地应力澡工程中的应用，我们应综合考虑到工程地理位置、地质的构造和地质的结构以及在不同的地理层面中地应力的变化和特点，除此之外，工程本身的原因也应该充分的考虑进来如，工程自身的设计特点、结构类型、尺寸等原因。

[关键字] 地应力特性地下工程应用

中图分类号：k826.16 文献标识码：a 文章编号：

引言

地应力的内涵特点我们可以通俗的理解为在岩体内部未受到其他因素影响的应力即为地应力。地应力的来源也非常的广泛通常情况下有以下5个基本的方面，岩体自重、地质构造的活动、地形势能以及剥蚀作用和封闭作用。 一般情况下，自重应力是地心对岩体的作用力，应力的引起有很多的方面也有很多的分类。由于地质的构造运动引起的应力，在地球的内部存在着很多的构造运动，当这些构造运动和一些岩体内部所存在的残余应力以及正在运动的岩体相互作用，它们将产生相互的作用产生地应力，这种地应力就是导致我们地球地震的原因。封闭应力就是由于地壳的周围受到了强烈的高温，这种高温的产生引起了岩石的变形，使得岩石与岩石之间岩石与其他的物质之间产生摩擦，这样的结构就是变形的岩石由于受到阻碍，使得应力无法是释放被存储起来，且这些岩石物质都处于平衡状态，所以变形之后基本不能回复原状，所以这种应力叫做封闭应力。

地应力与地应力测量方法简介

地应力，又称原岩应力，也称岩体初始应力或绝对应力，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，地壳中的应力状态是各种起源应力的总和。主要由重力应力、构造应力、孔隙压力、热应力和残余应力等耦合而成,重力应力和构造应力是地应力的主要来源。地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场。而重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因，其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大。

地应力测量，就是确定拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力状态，这种测量通常是通过多个点的量测来完成的。地应力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。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，所以地应力研究是当前国际采矿界上的一个前沿性课题，近几十年来，世界上许多国家均开展了地应力的测量及应用研究工作,取得了众多的成果。

随着矿区开采现代化进程的不断提高和开采深度的不断增加，对矿区所处的地质条件和应力环境提出了更进一步的要求。查明矿区深部煤炭资源的开采地质条件和应力环境，为深部矿井的设计、建设和生产提供更加精细可靠的地质资料和数据，以便采取有效技术手段和措施，避免和减少灾害的发生，是实现矿井安全高效生产的重要保障。

地应力是引起采矿工程围岩、支架变形和破坏、产生矿井动力现象的根本作用力，在诸多的影响采矿工程稳定性因素中，地应力是最重要和最根本的因素之一。准确的地应力资料是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析和计算，矿井动力现象区域预测，实现采矿决策和设计科学化的必要前提条件。

采矿规模的不断扩大和开采深度的纵深发展，地应力的影响越加严重，不考虑地应力的影响进行设计和施工往往造成露天边坡的失稳、地下巷道和采场的坍塌破坏、冲击地压等矿井动力现象的发生，致使矿井生产无法进行，并经常引起

地应力的测量原理

目前地应力测量方法有很多种，根据测量原理可分为三大类：

第一类是以测定岩体中的应变、变形为依据的力学法，如应力恢复法、应力解除法及水压致裂法等；

第二类是以测量岩体中声发射、声波传播规律、电阻率或其他物理量的变化为依据的地

球物理方法；

第三类是根据地质构造和井下岩体破坏状况提供的信息确定应力方向。其中，应力解除

法与水压致裂法得到比较广泛的应用，其他几种只能作为辅助方法。 1.应力解除法测试原理和技术

1.1应力解除法测试原理

具有初始应力的岩体，用人为的方法卸去其应力，在岩体恢复变形的过程中测试其应变，

然后用弹性力学理论计算出地应力的大小，得出其方向、倾角。目前国内外地应力测量普

遍采用空心包体应变计测量技术。KX一81型空心包体应变计由A、B、C 3组共12枚应变片嵌埋在1个壁厚约3 mm的空心环氧树脂圆筒中间，圆筒外表面与钻孔壁用专用环氧树脂

胶黏结在一起，其是在澳大利亚CSIRO空心包体应变计的基础上研制出来的，是套钻孔应力

解除法的一种，只需1个孔就能测量出某点的三维原岩应力，具有使用方便、安装操作简单、

成本低、效率高等优点。

1.2完全温度补偿技术 KX一81型空心包体应变计与其他许多应变测量仪器一样，均采用应变计作为敏感元件，并根

据惠斯顿电桥的原理13J，将应变的变化转换成电压变化经放大后记录下来。电阻应变计对

温度变化是很敏感的，温度发生变化时应变计的电阻值将发生变化，从而产生虚假的附加应

变值。因此在现场测试中必须采取温度补偿措施。

惠斯顿电桥原理：平衡时，检流计所在支路电流为零，则有，（1）流过R1和R3的电流相同（记作I1），流过R2和R4的电流相同（记

作I2）。（2）B，D两点电位相等，即UB=UD。因而有 I1R1=I2R2；

个阻值已知，便可求得第四个电阻。测量时，选择适当的电阻

作为R1和R2，用一个可变电阻作为R3，令被测电阻充当R4，调

节R3使电桥平衡，而且可利用高灵敏度的检流计来测零，故用电桥测电阻比用欧姆表精确。电桥不平衡时，G的电流IG与R1，