地应力及其测量

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。

3地应力及其测量原理解析地应力是指地球内部岩石受到的力。

地应力是大地构造活动的重要因素，它对岩石变形、断裂产生重要影响。

了解地应力的分布及其大小对地质灾害预测和地下工程设计具有重要意义。

本文将探讨地应力及其测量原理。

地球内部的岩石受到的力主要有三个方向的应力，即水平应力、垂直应力和剪切应力。

水平应力是指岩石受到的平行于地表面的力，可以分为水平主应力和水平次应力。

垂直应力是指岩石受到的垂直于地表面的力，也称为垂向应力或竖向应力。

剪切应力是指岩石受到的平行于地表面的剪切力，它是水平主应力和水平次应力的合成力。

测量地应力的方法有很多种，常见的方法有直接法、间接法和综合法。

直接法是指在地下开展实地观测和实验，测量地应力的大小和分布。

这种方法需要精密的仪器设备和专业的人员，成本较高。

直接法主要有压力封、应力计和杨氏圆及其变形规律三类。

压力封是将传感器封装在地下岩石中，通过监测传感器的变形来获得地应力信息。

应力计是一种用于测量地应力的仪器，它通过应用压力给传感器的晶体，在晶体上产生电压信号来测量地应力的大小。

杨氏圆及其变形规律是一种通过岩石的弹性性质和材料参数来推导地应力的方法，它主要通过岩石的横向应变和纵向应变的关系来计算地应力的大小。

间接法是指通过间接测量来推断地应力的大小和分布。

这种方法通过测量岩石的应力释放和地震活动来判断地应力的情况。

间接法主要有岩层位移法、地震法和微观破裂法。

岩层位移法是通过测量岩层的位移来推断地应力，它主要通过岩石剪切带和断层的破碎及位移来判断地应力的大小。

地震法是通过测量地震波的传播速度和波峰时间来推断地应力的情况，它主要通过地震波在地下传播的路径和速度来判断地应力的方向和大小。

微观破裂法是通过观察岩石微观裂纹和破碎情况来推断地应力的大小和方向，它主要通过观测岩石的细微结构和断口来判断地应力的情况。

综合法是指将直接法和间接法相结合来测量地应力。

这种方法利用不同的测量技术和方法相互补充，可以提高地应力的准确性和可靠性。

地应力基本概念及测量方法应力等因素导致岩体具有初始地应力（或简称地应力）是最具有特色的性质之一。

就岩体工程而言，如不考虑岩体地应力这一要素，就难以进行合理的分析和得出符合实际的结论。

岩体应力天然应力是指未经人为扰动的，主要是在重力场和构造应力场的综合作用下，有时也在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力状态，称为岩体天然应力或岩体初始应力，有时也称为地应力。

天然应力构成：岩体自重自重应力构造运动构造应力流体作用静水压力梯度，渗流应力其他（低温、地球化学作用）地壳岩体的天然应力状态与人类的工程活动关系极大，它不仅是决定区域稳定性的重要因素，而且往往对各类建筑物的设计和施工造成直接的影响。

比如，地下空间的开挖必然使围岩应力场和变形场重新分布并引起围岩损伤，严重时导致失稳、垮塌和破坏。

这都是由于在具有初始地应力场的岩体中进行开挖所致，因为这种开挖荷载通常是地下工程问题中的重要荷载。

由此可见，如何测定和评估岩体的地应力，如何合理模拟工程区域的初始地应力场以及正确和合理地计算工程问题中的开挖荷载，是岩石力学与工程问题中不可回避的重要问题。

已有的研究和工程实践表明，浅部地壳应力分布主要有如下的一些基本规律：地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数。

实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量。

水平应力普遍大于垂直应力。

平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小，但在不同地区，变化的速度很不相同。

最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系。

最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大，显示出很强的方向性。

地应力的上述分布规律还会受到地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。

高应力区实践表明，在高应力区，地表、地下工程施工期间所进行的岩体开挖工作，往往能在岩体内引起一系列与卸荷回弹和应力释放相联系的变形和破坏现象，其结果是不仅会恶化地基或边坡岩体的工程地质条件，而且作用的本身有时也会对建筑物造成直接的危害。

地应力及其测量原理地应力是指地壳内部的应力状态，即地表以下的岩石或土层受到的压力和张力合力。

地应力是地球自身重力和地壳活动引起的应力的综合体现，是岩石破坏和地质灾害形成的重要原因之一、测量地应力可以帮助我们了解地下构造和地壳活动的状态，对地质灾害的预测和防治提供科学依据。

地应力的测量原理主要包括以下几个方面：1.深度应力测量原理：深度应力测量是通过矿井、钻孔等地下工程设施进入地下，利用沉重的底板或放置在孔内的量力器来测定地层的垂直压力。

由于加油马达电机下的摩擦力和液流阻力在减小，切油泵的产流量随之增大，也就造成了地面泥齿泵的排泥量急剧下降，再乘以岩石的稳定振荡应力以及摩擦力，就可以得到单位面积处的挠度。

测量结果可用于判断地层的稳定性和地下工程的设计。

2.水平应力测量原理：水平应力测量主要使用部分应变计来测定地下岩石或土壤的水平应力。

部分应变计是一种能够测定岩石应力变化的仪器，通过装置在地下对象上的应变计测量岩石应力的各向异性。

根据测得的变形数据，可以计算出岩石中垂直和水平方向的应力分量。

3.地震波测量原理：地震波测量是通过记录地震波传播过程中的能量损失和传播速度变化来推算地下岩石或土壤的应力状态。

根据地震波的传播速度和能量衰减的规律，可以反演出地下岩石或土壤的应力状态。

4.岩石应力试验原理：岩石应力试验是通过应用压力加载设备施加不同的应力条件，然后记录岩石的变形和破坏过程，从而推算岩石的应力状态。

常用的岩石应力试验方法包括岩心压实试验、真三轴压缩试验等。

总结起来，地应力的测量原理主要有深度应力测量原理、水平应力测量原理、地震波测量原理和岩石应力试验原理。

这些原理可以通过不同的测量方法得到地应力的参数，从而帮助我们了解地下构造和地壳活动的状态，为地质灾害的预测和防治提供科学依据。

地应力及其测量原理地应力是指地壳内部受到的力的情况，是地壳变形和破裂的重要因素。

地应力的测量原理主要有古应力法、浅层应力法、深部应力法和孔隙压力法等。

古应力法是通过分析岩石中保存的古代应力信息，推断出地下岩层的应力状态。

岩石中保存的古代应力信息主要有构造岩浆岩的变形特征、断层的形态及断层面上的应力痕迹等。

通过对这些古代应力信息的研究，可以了解地下岩层的应力分布特征和变化规律。

浅层应力法是通过测量地表上的地壳应变，进而推导出地下岩层的应力状态。

测量地壳应变的方法主要有测量地表沉降、测量地表水位变化和测量地震波的传播速度变化等。

通过测量这些地表变化的参数，可以计算出地下岩层的应力状态。

深部应力法是通过对地下岩层应力的直接测量，来了解地下岩层的应力状态。

深部应力测量常用的方法主要有测量地区应力差和测量钻井中的岩层应力等。

测量地区应力差的方法是通过分析地震波的传播路径和速度差异来推导地壳内应力的分布，从而计算出地下岩层的应力状态。

测量钻井中的岩层应力则是通过在钻井过程中使用测力器测量地下岩层的应力情况。

孔隙压力法是通过测量地下岩体中的孔隙压力来推导地下岩层的应力状态。

孔隙压力是指地下岩体内孔隙中的水或气体的压力，可以通过测量地下水位、测量浅孔压力和测量深孔压力等方法来获得。

通过计算这些孔隙压力的变化规律，可以推导出地下岩层的应力状态。

总的来说，地应力的测量主要有古应力法、浅层应力法、深部应力法和孔隙压力法等方法。

这些方法各有特点，可以通过综合运用来获得地下岩层应力状态的全面信息。

地应力的测量对于地下工程的设计和地震研究等具有重要的科学意义和工程价值。

06地应力测量及计算地应力是指地壳内部的应力状态。

测量和计算地应力是地下工程设计、开采矿山和岩石力学研究的重要内容之一、本文将介绍地应力的测量方法和计算方法。

地应力测量方法主要有三种：地应力测量仪、孔隙压力测量仪和地关锚力计。

地应力测量仪是一种常用的测量地应力的方法。

它通过在地下埋设一根压力计，测量地应力的大小和方向。

常用的地应力测量仪有压力孔测量仪、普鲁茨钻杆测量仪和磁性差压计。

压力孔测量仪是一种通过安装于孔底的支撑杆和压力计来测量地应力的方法。

普鲁茨钻杆测量仪是一种通过在孔内装置一个强弹簧的测量仪器，通过测量弹簧的变形来推断地应力的大小和方向。

磁性差压计是一种通过测量磁场的变化来推断地应力的方法。

另一种常用的地应力测量方法是孔隙压力测量仪。

它是一种通过在井孔内测量孔隙压力变化来推断地应力的大小和方向的方法。

这种测量方法一般适用于石油地质勘探和地震地质研究。

它通过在井孔内安装一根测井电缆和压力传感器来测量孔隙压力变化，然后通过杨氏模量和泊松比等参数来计算地应力的大小和方向。

地关锚力计是一种通过测量地下锚杆的受力情况来推断地应力的大小和方向的方法。

它通过在地下锚杆上安装应变测量装置和载荷传感器来测量地区承受的力的大小和方向。

地关锚力计主要用于矿山、隧道和岩土工程领域。

地应力的计算方法有两种：经验计算法和数值计算法。

经验计算法是根据经验公式和经验数据来计算地应力的大小和方向。

常用的经验公式有Kirsch公式、帕斯卡公式和修正Bjerrum公式。

这些公式基于土岩力学理论和实际工程经验推导出来，可以快速计算地应力的大小和方向。

数值计算法是通过建立地应力的数值模型来计算地应力的大小和方向。

常用的数值计算方法有有限元法、有限差分法和边界元法。

这些方法可以利用计算机进行计算，通过建立地下的有限元网格或差分网格来模拟地下结构和地应力，从而计算地应力的大小和方向。

综上所述，地应力的测量和计算是地下工程设计、开采矿山和岩石力学研究的重要内容之一、地应力的测量方法主要包括地应力测量仪、孔隙压力测量仪和地关锚力计。

1. 地壳是静止不动的还是变动的？怎样理解岩体的自然平衡状态？答：地壳是变动的。

自然平衡状态是指：岩体中初始应力保持不变的状态。

2. 初始应力、二次应力和应力场的概念。

答：未受影响的应力称为初始应力工程开挖时，受工程开挖影响而形成的应力称为二次应力地应力是关于时间和空间的函数，可以用“场”的概念来描述，称之为地应力场。

3. 何谓海姆假说和金尼克假说？答：海姆首次提出了地应力的概念，并假定地应力是一种静水应力状态，即地壳中任意一点的应力在各个方向上均相等，且等于单位面积上覆岩层的重量，即σℎ=σv=γH金尼克认为地壳中各点的垂直应力等于上覆岩层的重量，而侧向应力（水平应力）是泊松效应的结果，其值应为乘以一个修正系数K。

他根据弹性力学理论，认为这个系数等于μ1−μ，即σv=γH，σℎ=μ1−μγH4. 地应力是如何形成的？答：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。

5. 什么是岩体的构造应力？构造应力是怎样产生的？土中有无构造应力？为什么？答：岩体中由于地质构造运动引起的应力称为构造应力。

关于构造应力的形成有两种观点：地质力学观点认为是地球自转速度变比的结果；大地构造学说则认为是出于地球冷却收缩、扩张、脉动、对流等引起的，如板块边界作用力。

土中没有构造应力，由于土本身是各向同性介质，不存在地质构造。

6. 试述自重应力场与构造应力场的区别和特点。

答：由地心引力引起的应力场称为重力应力场，重力应力场是各种应力场中惟一能够计算的应力场。

地壳中任一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量，即σG=γH。

重力应力为垂直方向应力，它是地壳中所有各点垂直应力的主要组成部分，但是垂直应力一般并不完全等于自重应力，因为板块移动，岩浆对流和侵入，岩体非均匀扩容、温度不均和水压梯度均会引起垂直方向应力变化。