应力，为啥让岩体稳定又“暴躁”？

岩体介质有许多有别于其他介质的重要特性, 由岩体的自重和历史上地壳构造运动引起并残留至今的构造应力等因素导致岩体具有初始地应力（或简称地应力）是ZJ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。

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。

重布应力

进行工程建设将引起一定范围内岩体初始应力的改变，工程建设扰动后的岩体应力成为重布应力或二次应力。

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：

1. 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。

2. 实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量。

3. 水平应力普遍大于垂直应力。

4. 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。

5. ZD水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系。

6. ZD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。

7. 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ZD。

高地应力判别准则

高地应力是一个相对的概念。由于不同岩石具有不同的弹性模量，岩石的储能性能也不同。一般来说，地区初始地应力大小与该地区岩体的变形特性有关，岩质坚硬，则储存弹性能多，地应力也大。因此高地应力是相对于围岩强度而言的。也就是说，当围岩内部的ZD地应力与围岩强度（Rb）的比值（Rb/σmax）达到某一水平时，才能称为高地应力或极高地应力。

目前在地下工程的设计施工中，都把围岩强度比作为判断围岩稳定性的重要指标，有的还作为围岩分级的重要指标。从这个角度讲，应该认识到埋深大不一定就存在高地应力问题，而埋深小但围岩强度很低的场合，如大变形的出现，也可能出现高地应力的问题。因此，在研究是否出现高或极高地应力问题时必须与围岩强度联系起来进行判定。

此外，修建高坝、大型水库和深大的地下硐室等，常能在更大范围内影响天然应力的平衡，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。

不同围岩强度比开挖中出现的现象

应力解除法是岩体应力测量中应用较广的方法。

基本原理：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。

钻孔应力解除法测量步骤：

上述方法可以采用空心包体应力计测量岩体应力。可以应用于金属矿山、煤矿、大坝、隧道、桥梁、地下洞室仓储设施以及其它各种土木工程项目。

数字式空心包体应力计用来测定岩石或者混凝土中的三向应力，通常用来监测应力随时间的变化，或者测定钻孔套芯应力解除试验中的初始应力方向和应力值。

基本原理：对测试段钻孔用特制封隔器密封起来，然后对密封段加高压水直至孔壁岩石产生张裂隙。根据裂隙的方向及泵压的大小分析确定原岩的应力状态。

水压致裂法测量步骤：

水压致裂法测定系统：

试验结果：

• 岩石抗拉强度：σt=pi-pr

• ZD水平应力：σ1=σHmax=3ps-pi-p0+σt

• 最小水平应力：σ2=σHmin=ps

适用于只需快速进行二维应力确定就可以的场合。水压致裂测量技术提供了一种双轴应力测量方法。可用于采矿业和工民建筑的应力确定，隧道和地下开挖工程、煤矿开采和石油工业等。

水压致裂法的特点：

• 设备简单。只需用普通钻探方法打钻孔，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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

应力恢复法是用来直接测定岩体应力大小的一种测试方法，目前此法仅用于岩体表层，当已知某岩体中的主应力方向时，采用本方法较为方便。

当洞室某侧墙上的表层围岩应力的主应力，方向各为垂直与水平方向时，就可用应力恢复法测得的大小。

试验过程简述如下：

岩体应力情况的测量，无论是对于工程实践还是科学研究都具有非常重要的指导意义，为合理设计、安全施工提供重要依据。

更多岩体原位测试方法与设备

请关注“欧美大地”