巖體介質(zhì)有許多有別于其他介質(zhì)的重要特性, 由巖體的自重和歷史上地殼構(gòu)造運動引起并殘留至今的構(gòu)造應(yīng)力等因素導(dǎo)致巖體具有初始地應(yīng)力（或簡稱地應(yīng)力）是ZJ有特色的性質(zhì)之一。就巖體工程而言，如不考慮巖體地應(yīng)力這一要素，就難以進(jìn)行合理的分析和得出符合實際的結(jié)論。

天然應(yīng)力

是指未經(jīng)人為擾動的，主要是在重力場和構(gòu)造應(yīng)力場的綜合作用下，有時也在巖體的物理、化學(xué)變化及巖漿侵入等的作用下所形成的應(yīng)力狀態(tài)，稱為巖體天然應(yīng)力或巖體初始應(yīng)力，有時也稱為地應(yīng)力。

重布應(yīng)力

進(jìn)行工程建設(shè)將引起一定范圍內(nèi)巖體初始應(yīng)力的改變，工程建設(shè)擾動后的巖體應(yīng)力成為重布應(yīng)力或二次應(yīng)力。

地殼巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)與人類的工程活動關(guān)系極大，它不僅是決定區(qū)域穩(wěn)定性的重要因素，而且往往對各類建筑物的設(shè)計和施工造成直接的影響。

比如，地下空間的開挖必然使圍巖應(yīng)力場和變形場重新分布并引起圍巖損傷，嚴(yán)重時導(dǎo)致失穩(wěn)、垮塌和破壞。這都是由于在具有初始地應(yīng)力場的巖體中進(jìn)行開挖所致，因為這種開挖“荷載”通常是地下工程問題中的重要荷載。由此可見，如何測定和評估巖體的地應(yīng)力，如何合理模擬工程區(qū)域的初始地應(yīng)力場以及正確和合理地計算工程問題中的開挖“荷載”，是巖石力學(xué)與工程問題中不可回避的重要問題。

已有的研究和工程實踐表明，淺部地殼應(yīng)力分布主要有如下的一些基本規(guī)律：

1. 地應(yīng)力是一個具有相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場，它是時間和空間的函數(shù)。

2. 實測垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量。

3. 水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力。

4. 平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值隨深度增加而減小，但在不同地區(qū)，變化的速度很不相同。

5. ZD水平主應(yīng)力和Z小水平主應(yīng)力也隨深度呈線性增長關(guān)系。

6. ZD水平主應(yīng)力和Z小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性。

7. 地應(yīng)力的上述分布規(guī)律還會受到地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體力學(xué)性質(zhì)、溫度、地下水等因素的影響，特別是地形和斷層的擾動影響ZD。

高地應(yīng)力判別準(zhǔn)則

高地應(yīng)力是一個相對的概念。由于不同巖石具有不同的彈性模量，巖石的儲能性能也不同。一般來說，地區(qū)初始地應(yīng)力大小與該地區(qū)巖體的變形特性有關(guān)，巖質(zhì)堅硬，則儲存彈性能多，地應(yīng)力也大。因此高地應(yīng)力是相對于圍巖強(qiáng)度而言的。也就是說，當(dāng)圍巖內(nèi)部的ZD地應(yīng)力與圍巖強(qiáng)度（Rb）的比值（Rb/σmax）達(dá)到某一水平時，才能稱為高地應(yīng)力或極高地應(yīng)力。

目前在地下工程的設(shè)計施工中，都把圍巖強(qiáng)度比作為判斷圍巖穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，有的還作為圍巖分級的重要指標(biāo)。從這個角度講，應(yīng)該認(rèn)識到埋深大不一定就存在高地應(yīng)力問題，而埋深小但圍巖強(qiáng)度很低的場合，如大變形的出現(xiàn)，也可能出現(xiàn)高地應(yīng)力的問題。因此，在研究是否出現(xiàn)高或極高地應(yīng)力問題時必須與圍巖強(qiáng)度聯(lián)系起來進(jìn)行判定。

此外，修建高壩、大型水庫和深大的地下硐室等，常能在更大范圍內(nèi)影響天然應(yīng)力的平衡，引起一系列諸如斷層復(fù)活、水庫地震以及大型巖爆等嚴(yán)重危害建筑物和人民生命財產(chǎn)的工程地質(zhì)作用。

不同圍巖強(qiáng)度比開挖中出現(xiàn)的現(xiàn)象

應(yīng)力解除法是巖體應(yīng)力測量中應(yīng)用較廣的方法。

基本原理：當(dāng)需要測定巖體中某點的應(yīng)力狀態(tài)時，人為地將該處的巖體單元與周圍巖體分離，此時，巖體單元上所受的應(yīng)力將被解除。同時，該單元體的幾何尺寸也將產(chǎn)生彈性恢復(fù)。應(yīng)用一定的儀器，測定這種彈性恢復(fù)的應(yīng)變值或變形值，并且認(rèn)為巖體是連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的彈性體，于是就可以借助彈性理論的解答來計算巖體單元所受的應(yīng)力狀態(tài)。

鉆孔應(yīng)力解除法測量步驟：

上述方法可以采用空心包體應(yīng)力計測量巖體應(yīng)力?？梢詰?yīng)用于金屬礦山、煤礦、大壩、隧道、橋梁、地下洞室倉儲設(shè)施以及其它各種土木工程項目。

數(shù)字式空心包體應(yīng)力計用來測定巖石或者混凝土中的三向應(yīng)力，通常用來監(jiān)測應(yīng)力隨時間的變化，或者測定鉆孔套芯應(yīng)力解除試驗中的初始應(yīng)力方向和應(yīng)力值。

基本原理：對測試段鉆孔用特制封隔器密封起來，然后對密封段加高壓水直至孔壁巖石產(chǎn)生張裂隙。根據(jù)裂隙的方向及泵壓的大小分析確定原巖的應(yīng)力狀態(tài)。

水壓致裂法測量步驟：

水壓致裂法測定系統(tǒng)：

試驗結(jié)果：

• 巖石抗拉強(qiáng)度：σt=pi-pr

• ZD水平應(yīng)力：σ1=σHmax=3ps-pi-p0+σt

• Z小水平應(yīng)力：σ2=σHmin=ps

適用于只需快速進(jìn)行二維應(yīng)力確定就可以的場合。水壓致裂測量技術(shù)提供了一種雙軸應(yīng)力測量方法?？捎糜诓傻V業(yè)和工民建筑的應(yīng)力確定，隧道和地下開挖工程、煤礦開采和石油工業(yè)等。

水壓致裂法的特點：

• 設(shè)備簡單。只需用普通鉆探方法打鉆孔，用雙止水裝置密封，用液壓泵通過壓裂裝置壓裂巖體，不需要復(fù)雜的電磁測量設(shè)備。

• 操作方便。只通過液壓泵向鉆孔內(nèi)注液壓裂巖體，觀測壓裂過程中泵壓、液量即可。

• 測值直觀。它可根據(jù)壓裂時泵壓（初始開裂泵壓、穩(wěn)定開裂泵壓、關(guān)閉壓力、開啟壓力）計算出地應(yīng)力值，不需要復(fù)雜的換算及輔助測試，同時還可求得巖體抗拉強(qiáng)度。

• 測值代表性大。所測得的地應(yīng)力值及巖體抗拉強(qiáng)度是代表較大范圍內(nèi)的平均值，有較好的代表性。

• 適應(yīng)性強(qiáng)。這一方法不需要電磁測量元件，不怕潮濕，可在干孔及孔中有水條件下作試驗，不怕電磁干擾，不怕震動。

應(yīng)力恢復(fù)法是用來直接測定巖體應(yīng)力大小的一種測試方法，目前此法僅用于巖體表層，當(dāng)已知某巖體中的主應(yīng)力方向時，采用本方法較為方便。

當(dāng)洞室某側(cè)墻上的表層圍巖應(yīng)力的主應(yīng)力，方向各為垂直與水平方向時，就可用應(yīng)力恢復(fù)法測得的大小。

試驗過程簡述如下：

巖體應(yīng)力情況的測量，無論是對于工程實踐還是科學(xué)研究都具有非常重要的指導(dǎo)意義，為合理設(shè)計、安全施工提供重要依據(jù)。

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