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2019岩土工程师高频考点:岩体初始应力量测方法简介

中华考试网  [ 2019年8月6日 ]  【

  一、岩体初始应力量测方法简介

  (一)岩体应力现场量测方法概述

  岩体应力现场量测的目的是在于了解岩体中存在的应力大小和方向,从而为分析岩体工程的受力状态以及为支护及岩体加固提供依据。岩体应力量测还可以是预报岩体失稳破坏以及预报岩爆的有力工具。岩体应力量测可以分为岩体初始应力量测和地下工程应力分布量测。前者是为了测定岩体初始地应力场,后者则为测定岩体开挖后引起的应力重分布状况。从岩体应力现场量测的技术来讲,这二者并无原则区别,只是要求前者的测点,布置在未受开挖而产生影响的岩体内。

  岩体应力量测可以在钻孔中、露头上和地下洞室的岩壁上进行,也可以在地下工程中根据两点间的位移来进行反算而求得。通常应用较多的三种方法是应力解除法、应力恢复法和水压致裂法。每种方法都有不同的优点和缺点,可以相互取长补短。因为岩体应力存在于岩体中,是一种岩体内部的受力,并在受力过程中产生变形,这种变形大部分是可恢复的弹性变形,但也有部分是不可恢复的变形。所以,每一种应力量测技术都要扰动岩石,以便产生能够进行现场量测的“量”(大部分是测量位移值或应变值),然后根据一定的理论模式进行分析计算。为了量测岩体中某个位置的应力,就必须使用钻具钻孔或开挖,以便到达该测量点,这必然会扰动岩体。因此,对某个测点进行位移量测,并根据某种理论模式进行计算以后,还必须根据开挖或钻进的方法和尺度,进行修正。如果说,某种应力量测方法的精确度能控制误差在0.4MPa以内,其结果通常被认为是令人满意的。

  (二)水压致裂法

  1.方法原理及技术

  水压致裂法的基本点是通过液压泵向钻孔内拟定测量深度处加液压。将孔壁压裂,测定压裂过程中的各特征点压力及开裂方位,然后根据测得的压裂过程中泵压表头读数,计算测点附近岩体中地应力大小和方向。压裂点上、下用止水封隔器密封

  2.基本理论和计算公式

  3.根据水压致裂法试验结果计算地应力

  4.水压致裂法的特点

  1)设备简单。只需用普通钻探打孔,用双止水装置密封,用液压泵通过压裂装置压裂岩体,不需要复杂的电磁测量设备。

  2)操作方便。只通过液压泵向钻孔内注液压裂岩体,观测压裂过程中泵压、液量即可。

  3)测值直观。它可根据压裂时泵压(初始开裂泵压、稳定开裂泵压、关闭压力、开启压力)计算出地应力值,不需要复杂的换算及辅助测试,同时还可求得岩体抗拉强度。

  4)测值代表性大。所测得的地应力值及岩体抗拉强度是代表较大范围内的平均值,有较好的代表性。

  5)适应性强。这一方法不需要电磁测量元件,不怕潮湿,可在干孔及孔中有水条件下作试验,不怕电磁干扰,不怕震动。

  因此,这一方法越来越受到重视和推广。但它存在一个较大的缺陷,即主应力方向定不准。

  (三)应力解除法

  应力解除法是岩体应力量测中应用较广的方法。它的基本原理是:当需要测定岩体中某点的应力状态时,人为地将该处的岩体单元与周围岩体分离,此时,岩体单元上所受的应力将被解除。同时,该单元体的几何尺寸也将产生弹性恢复。应用一定的仪器,测定这种弹性恢复的应变值或变形值,并且认为岩体是连续、均质和各向同性的弹性体,于是就可以借助弹性理论的解答来计算岩体单元所受的应力状态。

  应力解除法的具体方法很多,按测试深度可以分为表面应力解除、浅孔应力解除及深孔应力解除。按测试变形或应变的方法不同,又可以分为孔径变形测试,孔壁应变测试及钻孔应力解除法等。有关这三种测试方法请参见“工程岩体试验方法标准”中岩体应力测试章节在此不作介绍。

 

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