岩体结构的工程地质研究

工程地质学(EngineeringGeology):是一门研究与工程建设有关的地质问题，为工程建设服务的地质学科，它是地质学的分支学科，属于应用地质学的范畴。狭义工程地质勘察学工程地质学基础区域工程地质学广义狭义土力学岩石力学土质学一、研究对象

浅表层地质环境工程建筑物

两者关系、适应性、矛盾转化、解决。保证建筑物的安全、经济和正常使用勘察、分析评价——阐明条件、解决问题——满足建筑物的设计、施工、使用三峡工程规划图地面沉降使桥墩错位二、研究任务①阐明建筑地区的工程地质条件；②论证建筑物所存在的工程地质问题；③选择地质条件优良的建筑场址；④研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响；⑤提出有关建筑物类型、规模、结构和施工方法的合理建议：⑥为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。基本任务：查明工程地质条件；中心任务：工程地质问题的分析、评价工程地质条件：与工程建筑物有关的地质条件的综合。岩土类型及其工程性质地质构造地形地貌水文地质工程动力地质作用天然建筑材料由于不同地区的地质环境不同，工程地质条件不同，对工程建筑物有影响的地质因素的主次关系不同。工程地质问题：工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾或问题。场地工程地质条件不同、建筑物内容不同，所出现的工程地质问题也各不相同。房屋工程：地基承载力、沉降、基坑边坡问矿山开采：边坡稳定性、基坑突水、矿坑稳定……水利水电工程：渗透变形、水库渗漏、斜坡稳定性、坝体抗滑稳定性……三、历史、现状诞生：

1932年在莫斯科地质勘察学院开始培养工程地质专业人才，奠定工程地质学的理论基础。此时，在欧美此项工作也在开展，但它附属于土木建筑工程，有关岩土工程地质研究在“岩土工程”学科完成。

机构：

1952年我国成立地矿部，设立水文地质工程地质局。同时，水利、铁道、运输等部门相继设立工程地质处或勘测队。同年成立北京地院、长春地院并设立水文地质工程地质专业。1956年地矿部、中科院设立水文地质工程地质研究所。

1968年在第23届国际地质大会上成立国际工程地质分会，之后改为工程地质协会（IAEG)，下设许多专业委员会。1979年在苏州召开全国工程地质大会，成立中国工程地质专业委员会。至今已召开多届国际国内工程地质大会。第九章岩体结构的工程地质研究

.1.岩体的结构特征

2.岩体的主要力学特性

3.地应力的工程地质研究4.岩体的工程地质分类

岩石（Rock）指矿物的集合体。

岩块（Rockblock）指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。

岩体(Rockmass)是指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。工程岩体有地基岩体、边坡岩体和地下洞室围岩三类。

岩体中的结构面结构面：把岩体中存在的各种不同成因、不同特征的地质界面，包括物质分异面（层理、沉积间断面等）和各种破裂面（例如节理、断层及片理面等）以及软弱夹层等称为结构面。岩体（rockmass）：通常指地质体中与工程建设有关的那一部分岩石，它处于一定的应力状态、被各种结构面所分割。岩体具有一定的结构特征，它由岩体中含有的不同类型的结构面及其在空间的分布和组合状况所确定。结构面（structuralplane）：是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带）。如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称不连续面（discontinuities）。结构体（structuralbody）：结构面在空间的分布和组合将岩体切割成形状、大小不同的块体，称结构体。第一节

岩体的结构特征岩体结构：不同类型的岩体结构单元的组合和排列形式。岩体的结构特征：岩体中结构面和结构体的形状、规模、性质及其组合关系的特征。

岩体结构面结构体岩体结构单元沉积结构面火成结构面变质结构面原生结构面结构面的成因类型在成岩过程中形成的地质界面，属物质分异面。断层节理、裂隙层间错动带、劈理构造结构面构造应力作用下形成的破裂面或破碎带，属不连续面结构面的成因类型风化裂隙卸荷裂隙次生结构面在地表条件下，由外动力地质作用所形成的结构面结构面的成因类型成因类型地质类型主要特征工程地质评价产状分布性质原生结构面沉积结构面1层理层面2软弱夹层3不整合面、假整合面4沉积间断面一般与岩层产状一致，为层间结构面海相岩层中此类结构面分布稳定，陆相岩层中呈交错状，易尖灭层面、软弱夹层等结构面较为平整；不整合面及沉积间断面多由碎屑泥质物构成，且不平整国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由此类结构面所造成的，如奥斯汀、圣·弗朗西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦依昂水库附近的巨大滑坡岩浆结构面1侵入体与围岩接触面2岩脉岩墙接触面3原生冷凝节理岩脉受构造结构面控制，而原生节理受岩体接触面控制接触面延伸较远，比较稳定，而原生节理往往短小密集与围岩接触面可具熔合及破碎两种不同的特征，原生节理一般为张裂面，较粗糙不平一般不造成大规模的岩体破坏，但有时与构造断裂配合，也可形成岩体的滑移，如有的坝肩局部滑移变质结构面1片理2片岩软弱夹层产状与岩层或构造方向一致片理短小，分布极密，片岩软弱夹层延展较远，具固定层次结构面光滑平直，片理在岩层深部往往闭合成隐蔽结构面，片岩软弱夹层具片状矿物，呈鳞片状在变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路堑边坡常见塌方。片岩夹层有时对工程及地下洞体稳定也有影响构造结构面1节理（X型节理、张节理）2断层3层间错动4羽状裂隙、劈理产状与构造线呈一定关系，层间错动与岩层一致张性断裂较短小，剪切断裂延展较远，压性断裂规模巨大，但有时为横断层切割成不连续状张性断裂不平整，常具次生充填，呈锯齿状，剪切断裂较平直，具羽状裂隙，压性断层具多种构造岩，成带状分布，往往含断层泥、糜棱岩对岩体稳定影响很大，在上述许多岩体破坏过程中，大都有构造结构面的配合作用。此外常造成边坡及地下工程的塌方、冒顶次生结构面1卸荷裂隙2风化裂隙3风化夹层4泥化夹层5次生夹泥层受地形及原结构面控制分布上往往呈不连续状，透镜状，延展性差，且主要在地表风化带内发育一般为泥质物充填，水理性质很差在天然及人工边坡上造成危害，有时对坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程亦有影响，但一般在施工中予以清基处理结构面类型描述结构面的性质有：方位、密集程度、连续性（结构面的贯通程度）、粗糙度、侧壁强度、张开度（结构面两壁面间的垂直距离）、充填物、结构面内的渗流、节理组数、块体大小。结构面的特征软弱夹层指在坚硬的岩体中夹有强度低、泥质或炭质含量高、遇水易软化、延伸较广和厚度较薄的软弱岩层，即岩层中厚度相对较薄、力学强度较低的软弱层或带。常构成影响坝基、边坡、地下洞室稳定及许多地质灾害形成的重要因素。原生泥质含量高，岩性软弱，易泥化；或成岩后片理发育，岩性软弱，易风化。构造含有断层泥破碎带，往往延伸很深，增加岩体透水性，促使其他物理、化学、地质作用的发生和发展。次生破坏其完整性，影响稳定性，尤其是河谷底部的卸荷裂隙，具有泥质填充物，危害水工建筑物。软弱夹层成因类型软弱夹层

软弱夹层特征：厚度薄（几cm~10+cm，even几mm）相互平行的多层状结构松散岩性、厚度、性状、延伸范围变化很大力学强度低影响因素：夹层的物质组成、颗粒大小、含水量、起伏程度等泥化夹层泥化夹层

泥化：黏土岩类岩石经过一系列地质作用变成塑泥的过程。标志：天然含水量>=塑限特点：结构松散、密度小、湿度高、黏粒含量高（>30%）、强度低、变形大往往对岩体的抗滑稳定起控制作用。土的水理性质 是指土粒与水相互作用表现出来的性质，包括粘性土的稠度、塑性、膨胀、收缩和崩解，以及土的透水性和毛管性等。 粘性土的稠度和可塑性 粘性土的膨胀性、收缩性、崩解性 土的透水性和毛管性土的水理性质 粘性土随着含水量的变化，其土粒间连结的强弱程度也发生相应变化，从而表现出不同的物理状态，如固体状态、可塑状态和流动状态等。 粘性土的这种由于含水量的不同而表现出不同状态的特性称为稠度。稠度状态之间的转变界限叫稠度界限，也称为阿太堡界限，用含水量表示，故又称为界限含水量。粘性土的稠度和可塑性稠度是粘性土的干湿程度或在某一含水率下抵抗外力作用发生变形或破坏的能力，是粘性土最主要的物理状态指标。固态半固态可塑状态流动状态缩限塑限液限含水量w随含水量不同，粘性土可处于不同的物理状态

土的水理性质 是指土在一定条件（含水量等）下受外力作用时形状可以发生变化，但不产生裂缝，外力移去后，仍能保持已有形状的特性。

可塑性

液限（WL）—从流动状态转变为可塑状态的界限含水率，也就是可塑状态的上限含水率；

塑限（Wp）—从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是可塑状态的下限含水率；

缩限（Ws）—从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。界限含水率液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）用表示，取整数，即：反映的是土的“本身特性”，对同一类土，是定值

塑性指数式中：IL——液性指数，以小数表示；

w——土的天然含水率。液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系，表达了天然土所处的状态。

液性指数当w≤wp时，IL≤0，土处于坚硬状态当wp＜w≤wL时，0＜IL≤1.0，土处于可塑状态当wL＜w时，IL＞1.0，土处于流动状态泥化夹层

形成必备条件：物质基础：黏土矿物含量较高构造作用：层间错动形成的层间剪切带（泥化错动带、劈理带、节理带）地下水作用泥化夹层

特性：泥质散状结构或泥质定向结构黏粒含量增加并达一定含量干容重减小，天然含水量增高，接近或超过塑限具一定的膨胀性力学强度降低，压缩性较大抗冲刷能力低，易产生渗透变形 岩体由结构面切割为柱状、块状、楔状、板状、锥状、菱形、片状、碎块状、碎屑块等单元结构体。 根据这些单元结构体的组合特征将岩体结构类型划分为：整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构等岩体结构类型

岩体的工程地质性质岩体的结构类型岩体结构类型岩体地质类型主要结构形状结构面发育情况岩土工程特征可能发生的岩土工程问题整体块状结构均质，巨块状岩浆岩、变质岩，巨厚层沉积岩、正变质岩巨块状以原生构造节理为主，多呈闭合型，裂隙结构面间距大于15m，一般不超过1～2组，无危险结构面组成的落石掉块整体性强度高，岩体稳定，可视为均质弹性各向同性体不稳定结构体的局部滑动或坍塌，深埋洞室的岩爆块状结构厚层状沉积岩、正变质岩、块状岩浆岩、变质岩块状、柱状只具有少量贯穿性较好的节理裂隙，裂隙结构面间距0.7～1.5m。一般为2～3组，有少量分离体整体强度较高，结构面互相牵制，岩体基本稳定，接近弹性各向同性体层状结构多韵律的薄层及中厚层状沉积岩、副变质岩层状、板状、透镜体有层理、片理、节理，常有层间错动面接近均一的各向异性体，其变形及强度特征受层面及岩层组合控制，可视为弹塑性体，稳定性较差不稳定结构体可能产生滑塌，特别是岩层的弯张破坏及软弱岩层的塑性变形碎裂状结构构造影响严重的破碎岩层块状断层、断层破碎带、片理、层理及层间结构面较发育，裂隙结构面间距0.25~0.5m，一般在3组以上，由许多分离体形成完整性破坏较大，整体强度很低，并受断裂等软弱结构面控制，多呈弹塑性介质，稳定性很差易引起规模较大的岩体失稳，地下水加剧岩体失稳散体状结构构造影响剧烈的断层破碎带，强风化带，全风化带

碎屑状颗粒状断层破碎带交叉，构造及风化裂隙密集，结构面及组合错综复杂，并多充填粘性土，形成许多大小不一的分离岩块完整性遭到极大破坏，稳定性极差，岩体属性接近松散体介质易引起规模较大的岩体失稳，地下水加剧岩体失稳 是指岩体在一定时间内，在一定的工程力作用下，岩体不产生破坏性的剪切滑移的性质。 其影响因素有岩体本身的因素，还有工程方面如工程结构及施工条件等因素。岩体的工程地质性质岩体稳定性岩体中的天然应力地下水作用风化作用岩体的岩性结构面影响岩体稳定性的主要因素岩体破坏与结构面特别是软弱夹层有关，因此一般情况下结构面的性质（平整、起伏、光滑）、规模、数量以及分布规律等影响岩体稳定性及工程建设。岩体的工程地质性质结构面 （1）岩性特征：岩性不同，物理力学性质就不同，必然影响岩体稳定性。 （2）软弱夹层：实际上是具有一定厚度的结构面，相对于岩体主体其工程地质性质较差，相对软弱。容易发生层间错动，容易在风化、侵蚀等作用下，首先破坏，为其他作用创造条件，影响岩体和工程主体结构的稳定性，因此必须注意其成因、性质及分布。岩体的工程地质性质岩体岩性岩体的工程地质性质 风化作用可扩大岩体原有裂隙，使得岩体的工程地质性质发生改变，例如抗水性降低、亲水性（膨胀性/崩解性/软化性等）增强、压缩性增大、孔隙性增加、透水性增加等，破坏岩体的完整性和稳定性。岩体的工程地质性质风化作用风化作用 改变岩体性质，如加速岩石（体）特别是软弱夹层及裂隙充填物的风化、软化及溶解等；同时可改变岩体的受力状态，如水压力变化产生渗透压力。如实际中的岩溶，就是在地下水作用下形成，当然对供水有意义，但对于工程却并不是好事。岩体的工程地质性质地下水作用地下水作用 主要是与上覆岩层的重量有关的垂直应力和构造应力。施工破坏原来受力状态，引起应力重新分布，产生应力能量释放，影响岩体稳定性，使建筑物安全受到威胁。 如实际中采矿时造成透水（广西南丹）、水库诱发地震等。岩体的工程地质性质岩体中的天然应力第二节

岩体的主要力学特性 岩体的力学性质是指岩体在各种静力、动力作用下所表现的性质，主要包括变形和强度。 变形：弹性变形和塑性变形。 强度：指岩石抵抗外荷而不破坏的能力。按外荷方式分为抗压强度、抗剪强度、抗拉强度。 岩体在应力作用下先是变形，然后破坏。岩体变形是岩块、结构面和充填物三者变形总和，结构面及充填物变形起控制作用。岩石力学性质按力学性质可将岩石分为： 弹性岩石—在外力作用下(一定限度内）发生变形，而除去外力能完全恢复原来的形状和尺寸； 塑性岩石—在外力作用下发生变形，而除去外力不能完全恢复原来的形状和尺寸，残余下一部分永久变形； 脆性岩石—在外力作用下无显著变形就破坏； 弹塑性岩石—受力后至破坏前所产生的弹性变形小于塑性变形； 弹脆性岩石—受力后至破坏前所产生的弹性变形大于塑性变形；

岩体的应变速率是决定粘弹性介质力学性状的主要因素。当应变速率C小于某临界值C0时（对于花岗岩C0=10-13－10-14/s），岩体在受力初期随应变的增大而发生应力积累。当应力增大到一定程度时，应力不再增大而变形则不断增大。岩体产生粘性流动而不发生破坏。当C大于C0时，则岩体的性状近于弹性体，即随着应变的发展，岩体内的应力不断增大，最终导致突然的破坏。

岩体力学性质弹性模量岩石变形特性的基本指标泊松比变形模量变形模量岩石加荷的最大压力（拉力）（）与其相应的应变（）之比。

单位：Kg/cm2弹性模量应力与弹性应变的比值—弹性应变泊松比岩石在轴向压力的作用下，除产生纵向压缩外，还会产生横向膨胀。这种横向应变与纵向应变的比值，称为泊松比

岩体变形破坏过程中的时间效应表现为两方面：（1）蠕变(creep)：在应力恒定的情况下岩体变形随时间而发展的过程；（2）松弛(relaxation)：在变形恒定的情况下岩石内应力随时间而降低的过程。岩体的蠕变现象十分普遍，在天然斜坡、人工边坡、地下洞室围岩中可直接观测到。岩体因加荷速率、变形速率不同所表现的不同变形破裂性状，岩体的累进性破坏机制和剪切粘滑机制等，也都与时间效应有关。岩石的蠕变通常划分为三个阶段：减速蠕变等速蠕变加速蠕变蠕变量不存在渐近极限，去荷后有残余变形，马克斯韦尔模型(弹簧元件与活塞元件串联)蠕变速度随时间不断增大，最后导致破坏蠕变量有一渐近的极限值，去荷后无残余变形，凯尔文模型(弹簧元件与活塞元件并联)

岩体由弹性变形阶段进入塑性变形阶段的临界应力称为岩体的屈服强度（

σy）—yieldstrength；岩体进入不稳定破裂发展阶段的临界应力称为长期强度（σc）—longtermstrength。岩体遭受最终破坏以后仍然保存有一定的强度，称为残余强度（σR）—residualstrength。抗剪强度岩石强度抗拉强度抗压强度岩石抵抗外荷而不破坏的能力称为岩石强度

指岩石单向受压时，抵抗压碎破坏的单位面积最大轴向压力抗压强度 指岩石剪切破坏时的最大剪应力，是评价岩石稳定性的指标，由工程实际的剪切破坏情况，分为：抗剪强度1

抗剪（擦）强度2

抗切（断）强度3

抗剪断强度 指岩石与岩石或岩石与其它材料之间沿某一摩擦面，在压应力作用下，被剪动时的最大剪应力抗剪（擦）强度—土的抗剪（擦）强度；—剪切面上的法向压力；—磨擦角 指岩石剪断面上无正压力条件下，岩石被剪断时的最大剪应力，即抗切（断）强度—土的抗切（断）强度；—土的内聚力； 指岩石剪断面上有一定压应力作用下，被剪断时的最大剪应力，是评价岩石稳定性的指标，抗剪断强度—土的抗剪断强度；—剪切面上的法向压力—土的内磨擦系数—土的内聚力 指岩石单向受拉，拉伸破坏时的最大拉应力抗拉强度岩体的抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小。岩体越坚硬，其值相差越大，软弱的岩体差别较小。岩体的抗剪强度和抗压强度是评价岩体（岩体）稳定性的指标，是对岩体（岩体）的稳定性进行定量分析的依据。由于岩体的抗拉强度很小，所以当岩层受到挤压形成褶皱时，常在弯曲变形较大的部位受拉破坏，产生张性裂隙。

地壳岩体内的天然应力状态，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，常称为天然应力或初始应力。人类从事工程活动，在岩体天然应力场内，因挖除部分岩体或增加结构物而引起的应力，称为感生应力。第三节地应力的工程地质研究修建高坝、大型水库和深大的地下硐室等，常能在更大范围内破坏岩体内天然应力的平衡，引起一系列诸如断层复活、水库地震以及大型岩爆等严重危害建筑物和人民生命财产的工程地质作用。所以，对于天然岩体应力状态的研究，是工程地质工作者的一项重要任务。按成因，对构成岩体应力的各组分作如下分类：

天然应力或初始应力（virginalstress）

自重应力（gravitationalstress）

构造应力（tectonicstress）

活动的（activetectonicstress）剩余的（residualtectonicstress）

变异及残余应力（alteredandresidualstress）

感生应力（inducedstress）

自重应力

在重力场作用下生成的应力为自重应力。地表近水平时，重力场在岩体内的某一任意点形成相当于上覆岩层重量的垂直正应力σv：

σhhσv地面

σv

=γh式中：γ为岩石的容重；h为该点的埋深；σv相当于该点三向应力中的最大主应力。另外，由于泊松效应（即侧向膨胀）造成水平正应力σh，相当于三向应力中的最小应力：式中：μ为泊松比，N0称为侧压力系数。对大多数坚硬岩体：μ为0.2～0.3，即N0为0.25～0.43。对于半坚硬岩体:N0大于0.43，且当上覆荷载大，下伏岩体呈塑流时，μ接近0.5，N0近于1，及近似于静水应力状态。构造应力地壳运动在岩体内形成的应力称为构造应力。可分为活动的构造应力和剩余的构造应力两类。

活动的构造应力，即狭义的地应力：地壳内现在正在积累的能够导致岩石变形和破裂的应力。（与区域稳定与岩体稳定密切相关）

剩余的构造应力：是古构造运动残留下来的应力。对于这种应力是否存在有不同的认识。根据应力松弛观点，认为在一次构造运动的数万年后，该次构造应力因松弛效应而不复存在。但在加拿大地盾苏必湖地区的应力实测资料显示，剩余构造应力仍然十分明显。变异及残余应力

变异应力：岩体的物理、化学变化及岩浆的侵入等引起的应力。具体来说是岩体的物理状态、化学性质或赋存条件的变化引起的，通常只具有局部意义，可统称为变异应力。这类应力均是由岩体的物理状态、化学性质或赋存条件等方面发生变化应起的，通常只具有局部意义。残余应力：承载岩体遭受卸荷或部分卸荷时，岩体中某些组分的膨胀回弹趋势部分地受到其它组分的约束，于是就在岩体结构内形成残余的拉、压应力自相平衡的应力系统，此即残余应力。大量实测资料表明，世界上大多数地区岩体内的天然应力状态是以水平应力为主。这就足以证明，构造因素在地壳岩体的天然应力状态的形成中起着主导作用。

岩体中存在三向不等的应力场垂直向应力与岩体自重的关系水平应力与垂直应力的关系水平应力具有强烈的方向性地应力的分布我国地应力场的空间分布特点

（1）各地最大主应力的发育呈明显的规律性

各地的σ1方向均与由各该点向我国的察隅和巴基斯坦的伊斯兰堡联线所构成的夹角等分线方向相吻合或相近似，仅在两侧边缘地带略有偏转，即东侧向顺时针偏转，西侧向逆时针偏转。地应力的分布（2）三向应力状态及其所决定的现代构造活动类型呈有规律的空间分布：潜在逆断型应力状态区主要分布于喜马拉雅山前缘一带，其主要特点是两个水平主应力均大于垂直主应力，属强烈水平挤压区。地壳物质运移方向主要是垂直向上。σ3垂直，σ1和σ2水平地形地质构造地应力的主要影响因素钻孔套芯应力解除法水压致裂法地应力的测量方法目前岩体应力测量方法很多，分类也不尽一致，但归纳起来可分为直接测试法和间接测试法两类：岩体应力测试方法直接测试法间接测试法应力恢复法应力解除法水力压裂法（水压致裂法）钻孔崩落法定向岩芯非弹性应变恢复法凯塞尔效应测试法（1）应力恢复法（stress-recoverymethod)

当岩体应力被解除后，通过施加压力，使其恢复到原来的状态，以求得岩体应力解除前的应力值。优点是在确定岩体的应力时，不需测定岩体的应力应变关系。（2）应力解除法（stress-reliefmethod）在拟测点附近的一个小岩石单元周围切割出一个环状“槽子”，使得这一部分岩体处于卸荷状态。从刻槽前装置好的仪器测出由于这种应力解除而引起的应变反应。并根据有关岩石已知的应力－应变关系，精确换算出应力解除前岩体内三维主应力的大小和方向。该方法以其精度高、测值稳定可靠等优点，被广泛应用于岩土工程设计、矿产开采、地震研究等方面。（3）水压致裂法（hydraulicfracturingmethod）通过钻孔向地下某深度处的测点段压液，用高压将孔壁压裂，然后根据破坏压力、关闭压力和破裂面的方位，计算和确定岩体内各主应力的大小和方向。该法能有效地利用已有钻孔进行深部地应力测试，且具有操作简便、无须知道岩体力学参数等优点，已被广泛应用于水电工程设计、铁路、公路的隧道选线、场地稳定性评价、核废料处理以及地学研究等领域。应用该测试方法，可以得到垂直于钻孔平面的最大和最小应力的大小和方向。对于垂直钻孔，由不同深度的测试数据，可得到最大和最小水平主应力随深度变化规律。对三个或三个以上的交汇钻孔进行测试，经过数据处理计算得到测点附近的三维应力状态。（4）钻孔测量崩落测量法研究表明钻孔崩落现象是由孔壁应力集中部位的局部破坏引起的，且崩落的长轴垂直区内水平最大主应力方向，而崩落域侧向角（θb）及破坏应力比（σH/σh）的大小则主要与岩石的性质及水平最小主应力有关。由此可以求出该区水平最大、最小主应力的方向及大小。步骤如下：详细测量区内的钻孔崩落现象，并根据崩落域的长轴展布确定该区水平最大主应力和最小主应力。按照实际的岩体条件进行模拟试验，求得θb－σh直线关系(图2－50)，并根据实测的σb求出区内的水平最小主应力(σh)的量值。根据σh及实测的C0，利用图2－51即可得出区内水平最大主应力(σH)的大小。（5）定向岩芯非弹性应变恢复测量法基本原理实测结果表明，岩石应变恢复的性状(图2—52)有如下主要特征：岩石的总应变恢复量(ε)是由弹性应变恢复(ε′)和非弹性应变恢复(ε″)两部分所组成，且整个应变恢复的时间足够长，约达30余小时。

在未发生非线性蠕变的条件下主应变恢复(无论是弹性的或是非弹性的)的轴向与主应力方向一致，即：ε1、ε′2、ε″3、与σl的方向一致，而ε3、ε′3、ε″3与σ3的方向一致，且ε1=ε′1+ε″1

ε3=ε′3+ε″3

如果发生非线性蠕变，则最大弹性应变恢复轴与最大非弹性应变恢复轴的方向将是不同的。此时，弹性应变恢复的轴向所反映的是较新的应力环境，而非弹性应变恢复的轴向所代表的则是较老的应力环境。但实测资料表明，出现非线性蠕变的情况是很少的。在整个应变恢复过程中，主应变比(无论是弹性或是非弹性的)与主应力比始终保持相等。测量的方法及步骤从钻孔中取定向岩芯。在岩芯内选三个不同方向的面，在每个面上的三个不同方向上进行应变恢复测量，然后根据测量资料计算三个主应变的方向及比值。如果有一个主应力是垂直的，且其大小等于上覆层的重量。则只在水平面内的三个不同方向上进行应变恢复测量，求得两个水平主应变的方向及比值即可。（6）凯塞尔（Kaiser）效应测量法

基本原理1950年，德国学者J.Kaiser发现受单向拉伸力作用的金属材料，只有当应力达到并超过材料所受过的最大先期应力时才会开始有明显的声发射现象出现，这就是著名的凯塞尔效应。1963年，Goodman通过实验证实岩石也具有凯塞尔效应，从而为应用这一技术测定岩体应力奠定了基础。70年代末期以来，日、美、中学者对这一问题开展了广泛的理论及实验研究，先后解决了凯塞尔效应方向独立性、三维地应力测量及试验过程中噪声的排除等问题，使凯塞尔效应在地应力测量领域已基本具有实用性。

为了深入理解凯塞尔效应及其在地应力测量方面的应用，首先需对下述基本问题作简要的讨论。岩石凯塞尔效应的微观机理研究表明，岩石的声发射现象实际上是来源于其内部显微缺陷的受力扩展，而岩石的每一次受力，都会使其内部组织结构产生与荷载大小及方向相适应的显微破裂系统，再次加载时，如果荷载小于先期荷载，则先期形成的缺陷不会发生进一步破裂，因此也就几乎没有声发射出现，一旦荷载达到并超过先期荷载，已有的裂纹即将进一步扩展，声发射随之开始大量持续出现，这就是凯塞尔效应的基本机理。岩石凯塞尔效应对地应力的记忆功能已有的研究认为，通过凯塞尔效应所测得的是岩体在地质历史时期内所遭受过的最大应力。如果确是这样，实际上就无法利用凯塞尔效应来解决现今地应力的测量问题，因为在遭受过构造变动，且有断裂发育的地区，任何一部分岩体当时都遭受过很大的，甚至是接近其破裂强度的应力。但是，一系列实测资料表明，利用凯塞尔效应测得的岩体应力远小于该岩体的破裂强度，而与用套钻法测得的现今岩体应力十分接近。对于为什么出现这种矛盾现象，以往的研究也未能加以阐明。通过对已有实测资料的深入分析，我们发现凯塞尔效应实际上只能记忆晚近时期的应力；而不能记忆古构造力。之所以如此看来这里有一个显微破裂的愈合问题。随着环境的改变，岩石会发生重结晶或新晶体生长的作用，使那些古老的显微破裂焊接愈合，从而也就使其丧失对古构造应力的记忆能力。相反，晚近时期岩体的受力过程是在该岩体已处于地表附近的常温、低围压条件下发生的，此时所产生的显微破裂系统，由于形成后所经历的时间很短，且始终处于常温和低围压条件下，所以不会发生愈合。因此，当采样并对岩石试件加载、且应力达到和超过晚近时期岩体所遭受的应力量级时，这类显微破裂即将进一步扩展，从而引起声发射的急剧增加，这也就是岩石凯塞尔效应只能记忆晚近时期岩体所遭受过的应力的道理所在。此外，值得指出的是，近些年来的研究发现，挽近时期遭受过方向和量值不同的多期应力作用的岩石，在其再次受力过程中可