应力解除法测试地应力

1、应力解除法测试地应力应力测试方法与原理1测试方法测试采用应力解除法，测试系统构成主要是YJH4静态电阻应变仪和362型四分向钢环式钻孔变形计(简称“变形计”)，利用变形计测量岩体内某点的空间应变大小和方向。安装在钻孔内的探头上粘贴有4个薄壁钢环(电阻应变片)，变形计是通过感应元件的触头与钻孔岩壁紧密接触来接受孔径变形讯号，由应变计测量变形变化量，然后根据率定曲线换算为孔径变形。此种测量法的突出特点是感应元件安装在变形计的内部，不与钻孔岩壁直接接触，因此变形计可在室内预先安装、设定，不仅在现场操作简便，可以重复使用，而且测量元件具有良好的线性、稳定性及防水性能。2测试原理套钻孔径应力解除法的应力

2、测量是建立在弹性理论的基础上，而岩体为裂隙介质，并非理想的弹性体，如果岩体完整或比较完整而应力又不太高时，岩体介质可作线弹性体假设。测量时根据被钻进切割的岩芯的弹性恢复(应变或变形)来计算地应力大小和方向。变形计的结构元件主要是贴有电阻片应变计的圆钢环，4个圆钢环放置在钢环特制架上，4个钢环分别呈45。夹角。试验时每对钢柱塞触头，一端压在钢环上，另一端伸出元件的外套与小孔径钻孔孔壁紧密接触，钢环受力变形，通过解除岩芯前后的变形或应变差值获取文、晚、是、盈四个变形量，由此可以计算出岩体中钻孔横截面上平面主应力大小和方向。3现场试验1主要测试仪器设备及材料的配备每个测量断面配置不少于5支9362型

3、变形计；YJH4静态电阻应变仪(附预调平衡箱)1套，16芯屏蔽电缆1500m；惠斯登电桥1台；钻孔定向器1套；应变计率定架1套；钻机1部(含若干万36mm、万130ram钻具及钻头)；水泵1台；钻孔弹模率定器l套。在进驻测试现场前，除测试仪器、设备及材料配备齐全外，有关的测试仪器必须进行计量鉴定，鉴定合格后才能进行测试；同时要对各个变形计上的钢环进行位移与应变关系曲线率定。4测点布置及要求测点的位置如图1所示。左洞掌子面里程ZK41+545,右洞掌子面里程YK41+567。ARC*A左、稠在左洞的左边墙距离地面lm高处布置测量钻孔一个，编号为D,用于测量靠山侧地应力；在右洞的掌子面距离地面lm

4、高处布置测量钻孔一个，编号为C,用于测量掌子面前方的地应力；在右洞的右边墙距离地面lm高处布置测量钻孔一个，编号为B,用于测量靠山侧的地应力；根据业主的要求，在右洞YK41+400附近右边墙距离地面lm高处布置测量钻孔一个，编号为A，用于测量破坏区的应力情况。对钻孔(或测点)布置满足规程对试点布置要求如下：测段内及测段附近岩体完整或较完整，岩性均一：本次测量岩体中某一点平面应力；钻孔向上的倾斜角度应不大于5C的水平孔。5现场测试步骤选定试点，安装钻机；用直径130mm的钻头开孔，并钻至测试部位；用直径130ram的磨平兼锥形钻头，钻出深度约56cm的喇叭口(便于小孔定位和变形计安装)；用口径为

5、36mm的钻头，钻孑L30cm深，并将小孔冲洗干净；变形计接在特制的定向器上，用钻杆缓慢送人小孔内，其变形计压缩量控制在0.20.4mm之间；取出钻杆与定向器，记录各钢环在钻孔中的方向；将变形计的测量电缆线自解除钻具中引出，按规定的顺序接在电阻应变仪上;向钻孔中冲水，每隔10min读数一次，连续三次读数相差不超过5pe即为稳定,方可开钻解除；在解除过程中每钻进2cm时，记录下各钢环的读数，到30cm前后若连续两次读数不大于士5弘e确认为稳定，即可停钻；取出钻具和岩芯，该段试验即告结束，下段试验重复上述步骤。6现场测试段成果的判定现场地应力的测试过程也就是应力解除过程，一般判定某测试段成功与否，

6、是看其应力解除过程中是否满足或接近解除深度与释放应变典型曲线形式。IIle典型曲线可划分为4个阶段，如图2所示，其中：SB2解障鑿度与轩放宙蛮的关貳曲线I区：为无应力影响区，应力解除深度尚影响不到测量元件的变化。II区：为应力集中区，由套钻解除引起的孔底应力集中。III区：为应力释放区，随着应力解除深度的增加，在第II阶段应力集中所产生的附加应变自行消失，解除应变逐渐增大。附加应变对取值并无影响，初始值仍按原坐标零点计算。W区：应变稳定区。随着解除深度的增加，测点应力达到完全解除，解除应变趋于稳定。7成果整理钻孔相关资料隧道现场地应力测量钻孔位置见图3,钻孔轴向方位角及倾角等见表1。表l钻孔相

7、关资料一览表钻孔编码钻孔位置(m)钻孔走向(o)钻孔倾角(o)cTYK41+567NE455c2ZK41+545NE455注：钻孔方位角以N向为o。，顺时针转动为正；试验段上覆盖岩层厚度约600m。8现场实测数据及成果钻孔Cl、C2测试数据见表1。9平面应力计算测试所用变形计上的钢环各互成45。，在解除时测得、，如果变形计1234钢环为0。、45。、90。三个方向测得的、5、9，则可以计算垂直于钻孑L平面的主应力的大小和方向，其平面应力计算公式为：卄蛊禺+F士言/岳打门吟盂二氐孑km险=遥二全二如10岩体常数选定及资料整理(1)岩石弹性常数的选定室内弹模试件直径为50mm，高lOOmm。根据重

8、庆大学的室内弹模试验成果汇总和以往的试验资料，弹模常数暂定为E=20GPa。数据整理分析根据前述数据与选定常数用编制计算程序进行计算,对共和隧道所在区段的地应力有如下初步认识：(1)钻孔C一1的吼大小为21.80MPa,倾角为-54.70C(朝下)；晚大小为16.4MPa,倾角为+35.30C(朝上)；钻孑LC一2的吼大小为15.68MPa,倾角为-58.30(3(朝下)；嘞大小为12.29MPa，倾角为+31.70C(朝上)；岩体应力的大小会随着弹性模量的最后确定而有一定的变化；随着埋深的增加岩体应力将会增加至【27MPa或更高。11小结从测量情况看，吼主要以岩体自重应力为主，同时岩层倾斜对

9、应力值和倾角有一定影响；钻孔应力解除法能够客观地反映岩体内部地应力。通过地应力测量较为真实地反映了共和隧道地应力的基本情况；为设计调整支护参数和指导现场施工提供了有力的依据。孔壁应变法1)、基本原理孔壁应变法是借助粘贴在钻孔孔壁上的电阻应变片测量套孔应力解除前后孔壁表面应变变化，根据弹性理论计算岩体中一点的三向应力。目前国内广泛使用的有三叉式应变计法和空心包体式应变计法两种。孔壁应变法的传感器的布置，如下图：2）、仪器设备孔壁应变测量法所采用的应变计，目前常用的有两种形式。一种是一般的钻孔三向应变计，它是把测量元件电阻丝应变片直接粘贴在钻孔的岩壁上。这种形式的应变计包括适合在底下硐室测量的浅钻

10、孔三向应变计和适合在地面测量的深钻孔水下三向应变计，这两种应变计测量精度高，但操作复杂，对被测岩体完整性要求高，测量成功率较低。另一种是空心包体式钻孔三向应变计，它是把测量元件电阻丝应变片粘贴在预制的环氧树脂薄筒上后，再浇注一层薄的环氧树脂层制成应变计。3）测试步骤a试验孔钻进：用大孔径合金钻头开孔。若空口表面不平，可用水泥浆填平或人工凿平。钻至预定深度，取出岩芯，进行地质描述。钻孔一般要求上倾25，以便排水排渣。b孔底磨平：用针状合金磨平钻头，对孔底进行粗磨。用金刚石或砂轮磨平钻头，对孔底再进行细磨。随后用锥形钻头打喇叭口。c中心测孔钻进：测孔用小孔径钻头钻进，要求测孔与解除孔同心，同心度（

11、大小孔圆心的差距）宜小于2mm，深度50cm左右。钻进时应均匀施力，全孔要求一个钻头连续钻进至终孔。如孔壁达不到要求时，需采用金刚石扩孔器扩孔。当岩芯破碎时，应重复操作，直至找到完整岩心。d清洗测孔：用清水冲洗测孔孔壁和大孔孔底岩面，随后吹干，反复多次至孔内干净为止。e安装孔壁应变计：在测孔孔壁表面和应变计表面均匀涂一层粘结剂，厚度适宜。将应变计装配在安装器上，准确送进测孔内。就位定向。f初始读数：仪器进洞后应用箱子或塑料布密封，防止泥水侵入。分点接通电阻仪，调平仪器，格挡调零。向孔内冲水，每隔10min读数一次，连续三次读数不超过5u时，即认为稳定，并记录读数作为初始值。g钻孔解除及应变测量

12、：用大孔径钻头进行解除时，开钻后使钻头离开孔底12cm,使钻机低速缓慢推进；然后再换高速档，以免钻头受损，也利于保持岩芯的完整性。在解除过程中，按预定的分级深度停钻读数，每级连续读数两次。解除深度达到35cm时（即从粘贴应变丛部位到解除深度的距离为套钻钻孔直径的0.8倍）后，一般读数趋于稳定，此后连续两级读数不超过5u时，可以认为已经达到解除深度的要求。但最小解除深度不小于38cm，最大解除深度达45cm即可。随后继续往解除孔冲水。最后一级每隔510min读数一次，连续三次读数不超过5u，可以认为稳定，测试结束。采用社爭应变漕试蛙id証岩I*庖力围岩应力测量一、测试原理如图1所示，在隧道硐室某

13、侧墙表层围岩应力的主应力。1、。2的方向分别为垂直方向与水平方向时，就可以用应力恢复法测得。1的大小。在侧墙上沿测点0在水平方向（垂直所测的应力方向）开一个解除槽，则在槽上下附近的围岩应力得到部分解除，应力状态重图1-1硐室围岩应力分布图新分布。槽的中垂线0A上的应力状态，根据N.H.穆斯海里什维理论，可以把槽看成一条缝，得到：p44p212九=讥一+式中：。1,。20A线上某点B的应力分量；PB点离槽中心0的距离的倒数。当在槽中埋入液压枕，并由压力枕对槽施加压力，若压力为P,则在0A线上B点产生的应力分量为：当压力枕施加的力为P=o1时，B点的总应力分量为:可见，当压力枕施加的P等于。2时，

14、岩体中的应力状态已经完全恢复，所求的应力。1可由P值求得。即通过压力枕使槽中的岩体的应变恢复至应力解除前的状态；此时，液压枕施加的压力即为应力解除前岩体受到的应力，这一应力值实际上是平硐开挖后壁面处的环向应力。通过量测应力恢复后的应力和应变值，可求解出测点岩体中的应力状态。2、仪器设备压力量测通常采用应力计或压力盒。各种类型的压力盒中在现场监测使用较多的是钢弦式压力盒。1、测量元件(1)电阻应变片(2)钢弦式应变计(3)千分表（4）、压力枕（扁液压千斤顶）液压枕主要由枕壳、注油三通、紫铜管和压力表组成，为了安设时排净系统内空气，没有球式排气阀。液压枕需在室内组装，经高压密封性试验合格后才能埋设使用。量测手段和仪表的选择主要取决于围岩工程地质条件和力学性质，以及测量的环境条件。通常，对于软弱围岩中的地下工程，由于围岩变形量值较大，因而可以采用精度稍低的仪器和装置；而在硬岩中，则必须采用高精度量测工具。使用各种类型的引伸计时，对深埋的地下工程，必须在隧洞内钻孔安装；对浅埋的地下工程，则可以从地表钻孔安装，以量测地下工程开挖过程中围岩变形后的全过程。3、测试方法1）在选