下载文档原格式
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。
地应力测量方法1.水压至裂法水压致裂法地应力测试是通过在钻孔中封隔一小段钻孔，然后向封隔段注入高压流体，从而确定原位地应力的一种方法。
水压致裂法的2种方法试验设备相同，都有封隔器、印模器，使用高压泵泵入高压液体使围岩产生新裂隙或使原生裂隙重张。
常规水压致裂法(HF法)HF法是从射井方法移植而来，假定钻孔轴向为1个主应力方向，岩石均质、各向同性、连续、线弹性，采用抗拉破坏准则，在垂直于最小主应力方向出现对称裂缝，其仅能测得垂直于钻孔横截面上的二维应力。
在构造作用弱和地形平坦区，垂直孔所测结果可代表2个水平主应力，垂直应力约等于上覆岩体自重，裂缝方位为最大水平主应力方位。
HF法测试周期短，不需要岩石力学参数参与计算，适合工程初勘阶段，不需试验洞，可进行大深度测量，是目前惟一一种可直接进行深部地应力测定的方法。
通过对HF法的改进，德国大陆科学深钻计划(KTB)在主孔 6 000 m和9 000 m处已成功获得了地应力资料。
HF法是一种平面应力测量方法，为获得三维应力，YMizutaI和M KuriyagawaE提出3孔交汇地应力测量，我国长江科学院和地壳所也进行了大量的测试。
但研究表明，当钻孔轴向偏离主应力方向，其结果就有疑问，要精确获得三维地应力较困难。
为此，文献[7]基于最小主应力破坏准则，对3孔交汇HF法测试理论进行了完善，其有助于提高测量结果的计算精度，但还有待足够的测量数据来验证。
原生裂隙水压致裂法(HTPF法)HTPF法是HF法的发展，其要求在含有原生节理和裂隙的钻孔段进行裂隙重张试验以确定原位应力。
HTPF法假定裂隙面是平的，且面上应力一致。
对于深孔三维地应力直接测量，HTPF 法可进行大尺度的地壳地应力测试，很有发展前途。
HTPF法同HF法相比，假设少，不需考虑岩石破坏准则和孔隙水压力，在单孔中便可获得三维地应力。
但用HTPF法测试费时，且裂隙产状和位置的确定误差都可降低计算精度。
2.套钻孔应力解除法套钻孔应力解除法根据解除方式和传感器的安装部位分为探孔应力解除法、孔底应变解除法和孔壁切割解除法。
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。
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。
地应力的直接测量法
地应力的直接测量法包括下面几种方法：
1. 地应力测量仪器：使用地应力测量仪器直接测量地下的应力。
这些仪器通常是通过在地下钻孔中放置应变计或应力计来测量地应力。
这种方法可以提供准确的地应力数据，但需要进行钻孔操作，费用较高。
2. 爆炸法：通过在地下设置炸药并引爆，测量地表上的应力波传播速度和振动特征来推断地下的应力。
这种方法相对简单，但需要进行炸药操作，安全风险较高。
3. 岩石力学试验：通过进行岩石力学试验，测量岩石的弹性模量、抗拉强度、抗压强度等参数，从而间接推断地应力。
这种方法需要采集岩石样本进行实验室测试，适用于岩石层较浅的地区。
4. 岩石应变测量：通过在地下岩石体内放置应变计，测量岩石的应变变化来推断地应力。
这种方法需要进行钻孔操作，并需要考虑岩石体的应变计的选择和安装位置。
这些方法各有优缺点，选择合适的方法需要考虑实际情况和研究目的。
地应力测量方法1.水压至裂法水压致裂法地应力测试是通过在钻孔中封隔一小段钻孔，然后向封隔段注入高压流体，从而确定原位地应力的一种方法。
水压致裂法的2种方法试验设备相同，都有封隔器、印模器，使用高压泵泵入高压液体使围岩产生新裂隙或使原生裂隙重张。
常规水压致裂法(HF法)HF法是从射井方法移植而来，假定钻孔轴向为1个主应力方向，岩石均质、各向同性、连续、线弹性，采用抗拉破坏准则，在垂直于最小主应力方向出现对称裂缝，其仅能测得垂直于钻孔横截面上的二维应力。
在构造作用弱和地形平坦区，垂直孔所测结果可代表2个水平主应力，垂直应力约等于上覆岩体自重，裂缝方位为最大水平主应力方位。
HF法测试周期短，不需要岩石力学参数参与计算，适合工程初勘阶段，不需试验洞，可进行大深度测量，是目前惟一一种可直接进行深部地应力测定的方法。
通过对HF法的改进，德国大陆科学深钻计划(KTB)在主孔6 000 m和9 000 m处已成功获得了地应力资料。
HF法是一种平面应力测量方法，为获得三维应力，YMizutaI和M KuriyagawaE提出3孔交汇地应力测量，我国长江科学院和地壳所也进行了大量的测试。
但研究表明，当钻孔轴向偏离主应力方向，其结果就有疑问，要精确获得三维地应力较困难。
为此，文献[7]基于最小主应力破坏准则，对3孔交汇HF法测试理论进行了完善，其有助于提高测量结果的计算精度，但还有待足够的测量数据来验证。
原生裂隙水压致裂法(HTPF法)HTPF法是HF法的发展，其要求在含有原生节理和裂隙的钻孔段进行裂隙重张试验以确定原位应力。
HTPF法假定裂隙面是平的，且面上应力一致。
对于深孔三维地应力直接测量，HTPF 法可进行大尺度的地壳地应力测试，很有发展前途。
HTPF法同HF法相比，假设少，不需考虑岩石破坏准则和孔隙水压力，在单孔中便可获得三维地应力。
但用HTPF法测试费时，且裂隙产状和位置的确定误差都可降低计算精度。
2.套钻孔应力解除法套钻孔应力解除法根据解除方式和传感器的安装部位分为探孔应力解除法、孔底应变解除法和孔壁切割解除法。
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。
地应力测试方法范文一、直接测量法直接测量法是通过测量地层中的地应力来推断地应力状态的方法。
该方法的主要仪器是地应力仪器（如测斜仪、井下探测仪等），常用于孔隙压力、地下水动力学性质的研究。
1.测斜仪法测斜仪法是测定地层应力状态的常用方法之一、该方法通过测量孔眼中绕钻孔轴线的方向偏差，进而推算出应力状态。
测斜仪通常由测斜体、引线和显示零件组成，具有高精度、便携和易于实施的特点。
2.地下水压力测量法地下水压力测量法是通过测量地下水压力来推断地应力状态的方法。
该方法主要应用于地下水动力学性质的研究。
通过在钻孔中安装测水压设备并实时测量地下水压力，可以推算出地应力状态。
二、应变测量法应变测量法是通过测量地下岩体中的应变来推断地应力状态的方法。
其主要仪器为应变仪器（如应变计、压力计等）。
应变测量法的优点是能够较直接地获取地下岩层的力学性质，并能够推断地层中的高低应力区。
1.应变计测量法应变计测量法是通过测量地下岩体中的应变变化来推断地应力状态的方法。
常见的应变计包括电阻式应变计和光弹性应变计。
应变计分为直接应变计和间接应变计两类，具有灵敏度高、应变范围广等特点。
2.压力计测量法压力计测量法是通过测量地下岩石中的压力变化来推断地应力状态的方法。
常见的压力计有沉静孔隙水压力计、曲奇应变片动态压力计和碳电极蠕变应变计。
压力计法主要应用于岩石力学性质研究和地下工程中的监测。
三、地震法地震法是通过地震波的传播和反射特性来推断地层中的地应力状态的方法。
这种方法的优点是可广泛适用于大区域的应力研究，且可以进行三维或四维应力分析。
1.地震勘探法地震勘探法是通过地震波的传播和反射特性来推断地层中的地应力状态，使用地震仪器进行地面或井孔上的测量。
该方法主要用于地震工程中的应力分析和地下结构物的合理布置。
2.岩石应力应变试验法岩石应力应变试验法利用地震波的传播和反射特性测量地下岩石中的应力应变状态。
试验方法可以是动态试验或静态试验，包括斜拉试验、压缩试验和剪切试验等。
《岩石力学》考试题及答案（A 卷）班级 姓名 序号 成绩 _____ _______一、概念题（每小题5分，共6题，共30分）1.岩石力学及其特点2.弹性力学中的基本假设3.岩石的弹性和塑性4.岩石的残余强度5.按照结构体的体态特征，岩体结构的基本类型6.地应力的直接测量法二、简答题（每小题10分，共3题，共20分）1.简述浅部地壳应力分布的一般规律2.受深部净水压力的圆形巷道半径为a ，写出距圆心为r 处围岩应力表达式，并画出其曲线。
（a 为已知数）三、论述题（本题15分）1.试论述岩石应力—应变全过程各个阶段特点，并作曲线图表示。
四、计算题（1小题15分，2小题20分，共35分）1.假设平面问题的体力不计，即0x y f f ==，图示矩形梁（长为l ，高为h ）分别承受两种应力函数：314y φ=，与32423y x y φ=++。
问：（1）对应应力函数1φ，求解其应力分量。
（2）说明两应力函数1φ和2φ，各应力分量是否相同（3）分析其能解决什么样的力学问题，绘图表示其边界条件。
图1 矩形梁与坐标轴平面图2.设某岩体的结构体强度符合莫尔—库仑强度准则，10 C MPa =，30ϕ=°，受三轴压应力作用，其中3 5 MPa const σ==。
若此岩体受1σ、3σ的作用方向分别为铅直和水平，而岩体内仅包括有一条节理。
该节理面的j C 1MPa =，j 10ϕ=°。
节理对水平的倾角或为30°，或为60°，或为75°，或为90°。
问：（1）不考虑节理面影响，岩体极限平衡时的1σ=?（2）在何种情况下，节理不破坏?（3）在何种情况下，节理不破坏，仅岩块破坏？（4）在何种情况下，节理破坏，且节理面与岩块的可能破裂面重合？（5）在何种情况下，岩块和节理都破坏，但岩石破裂面并不与节理面重合？《岩石力学》考试题答案一、概念题（每小题5分，共6题，共30分）1.岩石力学及其特点岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论和应用科学，它是力学的一个分支，是探讨岩石对周围物理环境中力场的反应。
