巖石力學(xué)與工程課(蔡美峰)

1、北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING采礦理論與技術(shù)新進(jìn)展采礦理論與技術(shù)新進(jìn)展地應(yīng)力測(cè)量與采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化地應(yīng)力測(cè)量與采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING一、地應(yīng)力的基本概念及地應(yīng)力測(cè)量的重要性一、地應(yīng)力的基本概念及地應(yīng)力測(cè)量的重要性二、地應(yīng)力場(chǎng)測(cè)量的基本原理和主要方法二、地應(yīng)力場(chǎng)測(cè)量的基本原理和主要方法三、地下礦山采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化三、地下礦山采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化四、大型深凹露天礦邊坡設(shè)計(jì)優(yōu)化四、大型深凹露天礦邊坡設(shè)計(jì)優(yōu)化北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING

2、1、蔡美峰著。地應(yīng)力測(cè)量原理和技術(shù)?？茖W(xué)出版社，、蔡美峰著。地應(yīng)力測(cè)量原理和技術(shù)。科學(xué)出版社，2000年。年。2、蔡美峰著。金屬礦山采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化與地壓控制、蔡美峰著。金屬礦山采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化與地壓控制-理論與實(shí)理論與實(shí) 踐。踐?？茖W(xué)出版社，科學(xué)出版社，2001年。年。3、蔡美峰主編，何滿潮、劉東燕副主編。巖石力學(xué)與工程?？?、蔡美峰主編，何滿潮、劉東燕副主編。巖石力學(xué)與工程。科學(xué)出版社，學(xué)出版社，2002年。年。 北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING 第一節(jié)第一節(jié) 地應(yīng)力的基本概念及地應(yīng)地應(yīng)力的基本概念及地應(yīng)力測(cè)量的重要性力測(cè)量的重要性BASIC CO

3、NCEPTS AND IMPORTANCE OFIN-SITU STRESS MEASUREMENT第一節(jié)第一節(jié) 地應(yīng)力的基本概念及地應(yīng)力測(cè)量的重要性地應(yīng)力的基本概念及地應(yīng)力測(cè)量的重要性北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING什么是地應(yīng)力？什么是地應(yīng)力？ 地應(yīng)力是存在于地層中的天然應(yīng)力，也稱(chēng)原巖應(yīng)力、巖地應(yīng)力是存在于地層中的天然應(yīng)力，也稱(chēng)原巖應(yīng)力、巖體初始應(yīng)力、絕對(duì)應(yīng)力等。它是引起采礦、水利水電、土木體初始應(yīng)力、絕對(duì)應(yīng)力等。它是引起采礦、水利水電、土木建筑、鐵道、公路和其他各種地下或露天巖土開(kāi)挖工程變形建筑、鐵道、公路和其他各種地下或露天巖土開(kāi)挖工程

4、變形和破壞的根本作用力。準(zhǔn)確的地應(yīng)力資料是實(shí)現(xiàn)采礦和巖土和破壞的根本作用力。準(zhǔn)確的地應(yīng)力資料是實(shí)現(xiàn)采礦和巖土工程開(kāi)挖設(shè)計(jì)和決策科學(xué)化的必要前提條件。工程開(kāi)挖設(shè)計(jì)和決策科學(xué)化的必要前提條件。 北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING1.1.1地應(yīng)力的成因地應(yīng)力的成因n 3030多年來(lái)的實(shí)測(cè)和理論分析表明，地應(yīng)力的形成主要與地球多年來(lái)的實(shí)測(cè)和理論分析表明，地應(yīng)力的形成主要與地球的各種動(dòng)力運(yùn)動(dòng)過(guò)程有關(guān)，包括：的各種動(dòng)力運(yùn)動(dòng)過(guò)程有關(guān)，包括：l 大陸板塊邊界受壓大陸板塊邊界受壓l 地幔熱對(duì)流地幔熱對(duì)流l 地球內(nèi)應(yīng)力地球內(nèi)應(yīng)力l 地心引力地心引力l 地球旋轉(zhuǎn)地球

5、旋轉(zhuǎn)l 巖漿侵入巖漿侵入l 地殼非均勻擴(kuò)容地殼非均勻擴(kuò)容 n 另外，溫度不均、水壓梯度、地表剝蝕或其它物理化學(xué)變化另外，溫度不均、水壓梯度、地表剝蝕或其它物理化學(xué)變化等也可引起相應(yīng)的應(yīng)力場(chǎng)。等也可引起相應(yīng)的應(yīng)力場(chǎng)。北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGn 中國(guó)大陸板塊受到印度洋板塊和太平洋板塊的推擠，同時(shí)受到了中國(guó)大陸板塊受到印度洋板塊和太平洋板塊的推擠，同時(shí)受到了西伯利亞板塊和菲律賓板塊的約束，產(chǎn)生水平受壓應(yīng)力場(chǎng)。印度西伯利亞板塊和菲律賓板塊的約束，產(chǎn)生水平受壓應(yīng)力場(chǎng)。印度洋板塊和太平洋板塊的移動(dòng)促成了中國(guó)山脈的形成，控制了我國(guó)洋板塊和太平洋板塊

6、的移動(dòng)促成了中國(guó)山脈的形成，控制了我國(guó)地震的分布。地震的分布。 中國(guó)板塊主應(yīng)力跡線圖中國(guó)板塊主應(yīng)力跡線圖北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING汶川大地震汶川大地震北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING龍門(mén)山斷裂帶龍門(mén)山斷裂帶北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl 地應(yīng)力是一個(gè)具有相對(duì)穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)，它是時(shí)間和空間地應(yīng)力是一個(gè)具有相對(duì)穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)，它是時(shí)間和空間的函數(shù)的函數(shù)l 實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量

7、l 水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力l 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區(qū)，變化的速度很不相同l 最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力也隨深度呈線性增長(zhǎng)關(guān)系最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力也隨深度呈線性增長(zhǎng)關(guān)系l 最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性強(qiáng)的方向性l 地應(yīng)力的上述分布很會(huì)受地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu)特征地應(yīng)力的上述分布很會(huì)受地形、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

8、等因素的影響，特別是地形和斷、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(dòng)影響最大層的擾動(dòng)影響最大1.1.2 地應(yīng)力分布的一般規(guī)律地應(yīng)力分布的一般規(guī)律北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING1.2.1 地應(yīng)力分布狀態(tài)的復(fù)雜性和多變性地應(yīng)力分布狀態(tài)的復(fù)雜性和多變性l 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和重力作用是引起地應(yīng)力的主要原因，其中尤以水平方向的構(gòu)造運(yùn)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和重力作用是引起地應(yīng)力的主要原因，其中尤以水平方向的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)地應(yīng)力的形成影響最大。動(dòng)對(duì)地應(yīng)力的形成影響最大。l 當(dāng)前的應(yīng)力狀態(tài)主要由最近一次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所控制，但也與歷史上的構(gòu)造運(yùn)當(dāng)前的應(yīng)力狀態(tài)主要

9、由最近一次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所控制，但也與歷史上的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)。動(dòng)有關(guān)。l 億萬(wàn)年來(lái)，地球經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次大大小小的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，各次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的應(yīng)力場(chǎng)億萬(wàn)年來(lái)，地球經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次大大小小的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，各次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的應(yīng)力場(chǎng)也經(jīng)過(guò)多次的疊加、牽引和改造，造成了地應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性和多變性。也經(jīng)過(guò)多次的疊加、牽引和改造，造成了地應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性和多變性。l 即使在同一工程區(qū)域，不同點(diǎn)地應(yīng)力的狀態(tài)也可能是很不相同的，因此，地即使在同一工程區(qū)域，不同點(diǎn)地應(yīng)力的狀態(tài)也可能是很不相同的，因此，地應(yīng)力的大小和方向不可能通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算或模型分析的方法來(lái)獲得。應(yīng)力的大小和方向不可能通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算或模型分析的方法來(lái)獲得。l 要了解一個(gè)地區(qū)的

10、地應(yīng)力狀態(tài)，唯一的方法就是進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量。要了解一個(gè)地區(qū)的地應(yīng)力狀態(tài)，唯一的方法就是進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量。1.2 地應(yīng)力測(cè)量的重要性地應(yīng)力測(cè)量的重要性北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl 傳統(tǒng)的采礦及其它巖土工程的開(kāi)挖設(shè)計(jì)和施工是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)傳統(tǒng)的采礦及其它巖土工程的開(kāi)挖設(shè)計(jì)和施工是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行的（查手冊(cè)）。當(dāng)開(kāi)挖活動(dòng)是在小規(guī)模范圍內(nèi)和接近地表的行的（查手冊(cè)）。當(dāng)開(kāi)挖活動(dòng)是在小規(guī)模范圍內(nèi)和接近地表的深度上進(jìn)行的時(shí)候，經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比的方法往往是有效的，但是隨著深度上進(jìn)行的時(shí)候，經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比的方法往往是有效的，但是隨著開(kāi)挖規(guī)模的不斷擴(kuò)大和不斷向深部發(fā)展，經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比

11、法已越來(lái)越開(kāi)挖規(guī)模的不斷擴(kuò)大和不斷向深部發(fā)展，經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比法已越來(lái)越失去其作用。失去其作用。l 為了對(duì)各種巖土工程進(jìn)行科學(xué)合理的開(kāi)挖設(shè)計(jì)和施工，就必須為了對(duì)各種巖土工程進(jìn)行科學(xué)合理的開(kāi)挖設(shè)計(jì)和施工，就必須對(duì)影響工程穩(wěn)定性的各種因素進(jìn)行充分調(diào)查。在諸多的影響巖對(duì)影響工程穩(wěn)定性的各種因素進(jìn)行充分調(diào)查。在諸多的影響巖體開(kāi)挖工程穩(wěn)定性的因素中，地應(yīng)力狀態(tài)是最重要最根本的因體開(kāi)挖工程穩(wěn)定性的因素中，地應(yīng)力狀態(tài)是最重要最根本的因素之一。素之一。1.2.2 地應(yīng)力對(duì)采礦工程的重要性地應(yīng)力對(duì)采礦工程的重要性1.2 地應(yīng)力測(cè)量的重要性地應(yīng)力測(cè)量的重要性北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND E

12、NGINEERINGl 對(duì)礦山設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，只有掌握了具體工程區(qū)域的地應(yīng)力條件，才對(duì)礦山設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，只有掌握了具體工程區(qū)域的地應(yīng)力條件，才能合理確定礦山總體布置，選取適當(dāng)?shù)牟傻V方法，確定巷道和能合理確定礦山總體布置，選取適當(dāng)?shù)牟傻V方法，確定巷道和采場(chǎng)的最佳斷面形狀、斷面尺寸、開(kāi)挖步驟、支護(hù)形式、支護(hù)采場(chǎng)的最佳斷面形狀、斷面尺寸、開(kāi)挖步驟、支護(hù)形式、支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、支護(hù)時(shí)間等，從而在保證圍巖穩(wěn)定性的前提下，最結(jié)構(gòu)參數(shù)、支護(hù)時(shí)間等，從而在保證圍巖穩(wěn)定性的前提下，最大限度地增加礦石產(chǎn)量，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益，從而實(shí)現(xiàn)采礦工大限度地增加礦石產(chǎn)量，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益，從而實(shí)現(xiàn)采礦工程的優(yōu)化。程的優(yōu)化。1.2 地應(yīng)力測(cè)

13、量的重要性地應(yīng)力測(cè)量的重要性北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl 根據(jù)彈性力學(xué)理論，巷道和采場(chǎng)的最佳形狀主要由其斷面內(nèi)的根據(jù)彈性力學(xué)理論，巷道和采場(chǎng)的最佳形狀主要由其斷面內(nèi)的二個(gè)主應(yīng)力的比值來(lái)決定，為了減少巷道和采場(chǎng)周邊的應(yīng)力集二個(gè)主應(yīng)力的比值來(lái)決定，為了減少巷道和采場(chǎng)周邊的應(yīng)力集中現(xiàn)象，它們最理想的斷面形狀應(yīng)是一個(gè)橢圓，而這個(gè)橢圓在中現(xiàn)象，它們最理想的斷面形狀應(yīng)是一個(gè)橢圓，而這個(gè)橢圓在水平和垂直方向的兩個(gè)半軸的長(zhǎng)度之比應(yīng)與該斷面內(nèi)水平主應(yīng)水平和垂直方向的兩個(gè)半軸的長(zhǎng)度之比應(yīng)與該斷面內(nèi)水平主應(yīng)力和垂直主應(yīng)力之比相等。在此情況下，巷道和采場(chǎng)周邊將

14、處力和垂直主應(yīng)力之比相等。在此情況下，巷道和采場(chǎng)周邊將處于均勻等壓應(yīng)力狀態(tài)。這是一種最穩(wěn)定的受力狀態(tài)。于均勻等壓應(yīng)力狀態(tài)。這是一種最穩(wěn)定的受力狀態(tài)。vhba1.2 地應(yīng)力測(cè)量的重要性地應(yīng)力測(cè)量的重要性北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl 在確定巷道和采場(chǎng)走向時(shí)，也應(yīng)考慮地應(yīng)力的狀態(tài)，最理想在確定巷道和采場(chǎng)走向時(shí)，也應(yīng)考慮地應(yīng)力的狀態(tài)，最理想的走向是與最大主應(yīng)力方向相平行。的走向是與最大主應(yīng)力方向相平行。1.2 地應(yīng)力測(cè)量的重要性地應(yīng)力測(cè)量的重要性北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl由于采礦工程的

15、復(fù)雜性和形狀多樣性，利用理論解析的方由于采礦工程的復(fù)雜性和形狀多樣性，利用理論解析的方法進(jìn)行工程穩(wěn)定性的分析和計(jì)算幾乎是不可能的。但是，法進(jìn)行工程穩(wěn)定性的分析和計(jì)算幾乎是不可能的。但是，近近2020年來(lái)大型電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和各種數(shù)值分析方法的不年來(lái)大型電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和各種數(shù)值分析方法的不斷發(fā)展，使采礦工程成為一門(mén)可以進(jìn)行定量設(shè)計(jì)計(jì)算和分?jǐn)喟l(fā)展，使采礦工程成為一門(mén)可以進(jìn)行定量設(shè)計(jì)計(jì)算和分析的工程科學(xué)。析的工程科學(xué)。l所有的計(jì)算和分析都必須在已知地應(yīng)力的前提下進(jìn)行。如所有的計(jì)算和分析都必須在已知地應(yīng)力的前提下進(jìn)行。如果對(duì)工程區(qū)域的實(shí)際原始應(yīng)力狀態(tài)一無(wú)所知，那么任何計(jì)果對(duì)工程區(qū)域的實(shí)際原始應(yīng)力狀態(tài)

16、一無(wú)所知，那么任何計(jì)算和分析都將失去其應(yīng)有的真實(shí)性和實(shí)用價(jià)值。算和分析都將失去其應(yīng)有的真實(shí)性和實(shí)用價(jià)值。1.2 地應(yīng)力測(cè)量的重要性地應(yīng)力測(cè)量的重要性北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING第二節(jié)第二節(jié) 地應(yīng)力測(cè)量原理與方法地應(yīng)力測(cè)量原理與方法PRINCIPLES AND TECHNIQUES OF IN-SITU STRESS MEASUREMENT 第二節(jié)第二節(jié) 地應(yīng)力測(cè)量原理與方法地應(yīng)力測(cè)量原理與方法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGx0zyxzyzxzyxzxyyxyz2.1 概述概述u 基本原

17、理基本原理l 測(cè)量地應(yīng)力就是確定存在于測(cè)量地應(yīng)力就是確定存在于擬開(kāi)挖巖體及其周?chē)鷧^(qū)域的未擬開(kāi)挖巖體及其周?chē)鷧^(qū)域的未受擾動(dòng)的三維應(yīng)力狀態(tài)受擾動(dòng)的三維應(yīng)力狀態(tài)（原巖原巖應(yīng)力應(yīng)力），這種測(cè)量通常，這種測(cè)量通常是是通過(guò)通過(guò)一點(diǎn)一點(diǎn)的量測(cè)來(lái)完成的。一點(diǎn)一點(diǎn)的量測(cè)來(lái)完成的。l 由于地應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性和由于地應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性和多變性，要比較準(zhǔn)確地測(cè)定某多變性，要比較準(zhǔn)確地測(cè)定某一工程區(qū)域的地應(yīng)力，就必須一工程區(qū)域的地應(yīng)力，就必須進(jìn)行充足數(shù)量的進(jìn)行充足數(shù)量的“點(diǎn)點(diǎn)”測(cè)量。測(cè)量。在此基礎(chǔ)上，可以借助數(shù)值分在此基礎(chǔ)上，可以借助數(shù)值分巖體中任一點(diǎn)三維應(yīng)力狀態(tài)巖體中任一點(diǎn)三維應(yīng)力狀態(tài)析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)、灰色建模、人工智能等

18、方法，建立工程析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)、灰色建模、人工智能等方法，建立工程區(qū)區(qū)域域的地應(yīng)力場(chǎng)分布模型。的地應(yīng)力場(chǎng)分布模型。北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGu 主要測(cè)量方法主要測(cè)量方法l直接測(cè)量法：直接測(cè)量法：由測(cè)量?jī)x器直接測(cè)量和記錄各種應(yīng)力量，如由測(cè)量?jī)x器直接測(cè)量和記錄各種應(yīng)力量，如補(bǔ)償應(yīng)力、恢復(fù)應(yīng)力、平衡應(yīng)力，并由這些應(yīng)力量和原巖應(yīng)補(bǔ)償應(yīng)力、恢復(fù)應(yīng)力、平衡應(yīng)力，并由這些應(yīng)力量和原巖應(yīng)力的相互關(guān)系，計(jì)算出原巖應(yīng)力值。在計(jì)算過(guò)程中并不涉及力的相互關(guān)系，計(jì)算出原巖應(yīng)力值。在計(jì)算過(guò)程中并不涉及不同物理量的換算，不需要知道巖石的物理力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力不同物理量的換算

19、，不需要知道巖石的物理力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。應(yīng)變關(guān)系。l 間接測(cè)量法：間接測(cè)量法：不是直接測(cè)量應(yīng)力值，而是測(cè)量巖體中某些不是直接測(cè)量應(yīng)力值，而是測(cè)量巖體中某些與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化，如巖體中的變形或應(yīng)變，與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化，如巖體中的變形或應(yīng)變，彈性波傳播速度的變化等，然后由測(cè)得的間接物理量的變化，彈性波傳播速度的變化等，然后由測(cè)得的間接物理量的變化，通過(guò)已知的公式計(jì)算出巖體中的應(yīng)力值。為了計(jì)算應(yīng)力值，通過(guò)已知的公式計(jì)算出巖體中的應(yīng)力值。為了計(jì)算應(yīng)力值，首先必須確定巖體的某些物理力學(xué)性質(zhì)以及所測(cè)物理量和應(yīng)首先必須確定巖體的某些物理力學(xué)性質(zhì)以及所測(cè)物理量和應(yīng)力的相互關(guān)系。力的相

20、互關(guān)系。2.1 概述概述北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING直接測(cè)量法直接測(cè)量法l 扁千斤頂法扁千斤頂法 （Flat jack）l 剛性包體應(yīng)力計(jì)法剛性包體應(yīng)力計(jì)法 （Stiff inclusion stress meter）l 水壓致裂法水壓致裂法 （Hydraulic fracturing technique）l 聲發(fā)射法聲發(fā)射法 （Acoustic emission technique）2.1 概述概述北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING間接測(cè)量法間接測(cè)量法l 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法 （

21、 Stress relief by overcoring technique ）l 局部應(yīng)力解除法局部應(yīng)力解除法 （Local stress relief technique）l 松弛應(yīng)變測(cè)量法松弛應(yīng)變測(cè)量法 （Relaxation strain measurement）l 孔壁崩落測(cè)量法孔壁崩落測(cè)量法 （Borehole break out measurement）l 地球物理探測(cè)法地球物理探測(cè)法 （Geophysical technique）2.1 概述概述北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2.2 水壓致裂法水壓致裂法 u測(cè)量原理測(cè)量原理l

22、 發(fā)展歷史發(fā)展歷史l 彈性力學(xué)基本理論彈性力學(xué)基本理論 孔邊應(yīng)力分布：孔邊應(yīng)力分布：122121-3為極小值時(shí)，002cos)(2r(1)北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2.2 水壓致裂法水壓致裂法 u基本假設(shè)基本假設(shè)l垂直方向是一個(gè)主應(yīng)力方向，其值等于自重力垂直方向是一個(gè)主應(yīng)力方向，其值等于自重力l巖體線性、均質(zhì)、各向同性巖體線性、均質(zhì)、各向同性l滲透符合達(dá)西定律滲透符合達(dá)西定律rHv(2)北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGu測(cè)量步驟測(cè)量步驟(1) 鉆孔（地質(zhì)勘探）、鉆孔（地質(zhì)勘探）、 選段

23、（完整）、選段（完整）、 封隔（氣或液）；封隔（氣或液）； 直徑：直徑：3838、5151、 76 76、110110、 130 130；2.2 水壓致裂法水壓致裂法 北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING(2)加水壓將孔壁壓裂加水壓將孔壁壓裂 (Fracture initial pressure) (3) (3)關(guān)閉加壓系統(tǒng)關(guān)閉加壓系統(tǒng) (shut-in pressure) (4)由由(3)和和(4)可求出可求出 1和和 2，但需要知道但需要知道T。0123PTPi2sP2.2 水壓致裂法水壓致裂法 北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHAN

24、ICS AND ENGINEERING(4) 重新加壓使裂隙張開(kāi)重新加壓使裂隙張開(kāi)(Fracture re-opening pressure) (5)由由(3)，(4)即可求出即可求出 1， 2，不需要知道，不需要知道T。(5) 關(guān)閉加壓系統(tǒng)，再次關(guān)閉加壓系統(tǒng)，再次測(cè)得測(cè)得Ps值。值。(6) 將封隔器完全卸壓，將封隔器完全卸壓，連同加壓管等全部設(shè)備連同加壓管等全部設(shè)備從鉆孔中取出。從鉆孔中取出。0123PPr2.2 水壓致裂法水壓致裂法 北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING(7) 測(cè)量水壓致裂裂隙的方位。測(cè)量水壓致裂裂隙的方位。l 采用井下攝影機(jī)

25、、井下電視、井下光學(xué)望遠(yuǎn)鏡或印模器。采用井下攝影機(jī)、井下電視、井下光學(xué)望遠(yuǎn)鏡或印模器。l 印模器簡(jiǎn)便實(shí)用。將印模器連同加壓管路一起送入井下的印模器簡(jiǎn)便實(shí)用。將印模器連同加壓管路一起送入井下的水壓致裂部位，然后將印模加壓膨脹，鉆孔上的裂隙均即水壓致裂部位，然后將印模加壓膨脹，鉆孔上的裂隙均即可印在印模器上。印模器裝有定向系統(tǒng)，可確定裂隙的方可印在印模器上。印模器裝有定向系統(tǒng)，可確定裂隙的方位。位。 最后，測(cè)點(diǎn)（即試驗(yàn)段）水平面內(nèi)的二個(gè)主應(yīng)力最后，測(cè)點(diǎn)（即試驗(yàn)段）水平面內(nèi)的二個(gè)主應(yīng)力1和和2的大小和方向確定了。再加上垂直方向主應(yīng)力的大小和方向確定了。再加上垂直方向主應(yīng)力v的大小也的大小也已知，測(cè)點(diǎn)

26、的三維應(yīng)力狀態(tài)（三個(gè)主應(yīng)力的大小和方向）已知，測(cè)點(diǎn)的三維應(yīng)力狀態(tài)（三個(gè)主應(yīng)力的大小和方向）就確定了。就確定了。2.2 水壓致裂法水壓致裂法 北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING水壓致裂法的優(yōu)缺點(diǎn)：水壓致裂法的優(yōu)缺點(diǎn)：l 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：能測(cè)深部地應(yīng)力能測(cè)深部地應(yīng)力適用于采礦和巖土工程前期地應(yīng)力評(píng)估適用于采礦和巖土工程前期地應(yīng)力評(píng)估l 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：主應(yīng)力方向是假設(shè)的主應(yīng)力方向是假設(shè)的在多節(jié)理、裂隙巖體中適用性差。在多節(jié)理、裂隙巖體中適用性差。2.2 水壓致裂法水壓致裂法 北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERIN

27、G2.2 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法u 測(cè)量原理測(cè)量原理 在應(yīng)力場(chǎng)作用下，巖體在應(yīng)力場(chǎng)作用下，巖體產(chǎn)生變形。如果將巖體中產(chǎn)生變形。如果將巖體中的一部分與周?chē)鷰r體分離，的一部分與周?chē)鷰r體分離，使其脫離應(yīng)力場(chǎng)作用（實(shí)使其脫離應(yīng)力場(chǎng)作用（實(shí)現(xiàn)應(yīng)力解除），這部分巖現(xiàn)應(yīng)力解除），這部分巖體中的變形將恢復(fù)，測(cè)量體中的變形將恢復(fù)，測(cè)量出這部分恢復(fù)應(yīng)變，即可出這部分恢復(fù)應(yīng)變，即可計(jì)算出作用在巖體上的地計(jì)算出作用在巖體上的地應(yīng)力的大小和方向。應(yīng)力的大小和方向。北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法u測(cè)量步驟測(cè)量步驟1) 從巖體表

28、面從巖體表面(地下巷道、隧道、地下巷道、隧道、峒室等表面峒室等表面)向巖體內(nèi)部打孔，向巖體內(nèi)部打孔，直至需要測(cè)量巖體應(yīng)力的部位。直至需要測(cè)量巖體應(yīng)力的部位。大孔直徑大孔直徑130mm。大孔深度為。大孔深度為巷道、隧道或開(kāi)挖峒室跨度的巷道、隧道或開(kāi)挖峒室跨度的3倍以上，從而保證測(cè)點(diǎn)是未受倍以上，從而保證測(cè)點(diǎn)是未受巖體開(kāi)挖擾動(dòng)的原巖應(yīng)力區(qū)。巖體開(kāi)挖擾動(dòng)的原巖應(yīng)力區(qū)。為了便于下一步安裝測(cè)試探頭，為了便于下一步安裝測(cè)試探頭，大孔要保持一定的同心度，盡大孔要保持一定的同心度，盡量打直。量打直。 應(yīng)應(yīng)變變計(jì)計(jì)探探頭頭 套套芯芯大大孔孔 安安裝裝小小孔孔 套套孔孔巖巖芯芯 (d) (c) (b) (a) 北

29、京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2) 從大孔底打同心小孔，供安裝探頭用，小孔直徑為從大孔底打同心小孔，供安裝探頭用，小孔直徑為3638mm。小孔深度一般為孔徑的。小孔深度一般為孔徑的10倍左右，從而保證小孔倍左右，從而保證小孔中央部位處于平面應(yīng)變狀態(tài)。中央部位處于平面應(yīng)變狀態(tài)。3) 用一套專(zhuān)用裝置將測(cè)量探頭安裝用一套專(zhuān)用裝置將測(cè)量探頭安裝(固定或膠結(jié)固定或膠結(jié))到小孔的到小孔的適當(dāng)位置。適當(dāng)位置。4) 用第一步打大孔用的薄壁鉆頭繼續(xù)延深大孔，從而使小用第一步打大孔用的薄壁鉆頭繼續(xù)延深大孔，從而使小孔周?chē)鷰r芯實(shí)現(xiàn)應(yīng)力解除。由于應(yīng)力解除引起的小孔變

30、形孔周?chē)鷰r芯實(shí)現(xiàn)應(yīng)力解除。由于應(yīng)力解除引起的小孔變形或應(yīng)變由包括測(cè)試探頭在內(nèi)的量測(cè)系統(tǒng)測(cè)定并記錄下來(lái)。或應(yīng)變由包括測(cè)試探頭在內(nèi)的量測(cè)系統(tǒng)測(cè)定并記錄下來(lái)。5) 根據(jù)測(cè)得的小孔變形或應(yīng)變通過(guò)有關(guān)公式即可求出小孔根據(jù)測(cè)得的小孔變形或應(yīng)變通過(guò)有關(guān)公式即可求出小孔周?chē)鷰r體中的原巖應(yīng)力狀態(tài)。周?chē)鷰r體中的原巖應(yīng)力狀態(tài)。2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGu套孔應(yīng)力解除法主要測(cè)量方法套孔應(yīng)力解除法主要測(cè)量方法l 孔徑變形測(cè)量法孔徑變形測(cè)量法(Borehole diametral deformation measurement)

31、l 孔底應(yīng)變測(cè)量法孔底應(yīng)變測(cè)量法(Borehole end strain measurement)l 孔壁應(yīng)變測(cè)量法孔壁應(yīng)變測(cè)量法(Borehole wall strain measurement)l 空心包體應(yīng)變測(cè)量法空心包體應(yīng)變測(cè)量法(Hollow inclusion strain measurement)l 實(shí)心包體應(yīng)變測(cè)量法實(shí)心包體應(yīng)變測(cè)量法(Solid inclusion strain measurement)2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGu孔壁應(yīng)變測(cè)量應(yīng)力計(jì)算原理孔壁應(yīng)變測(cè)量應(yīng)力計(jì)算原理三軸孔

32、壁應(yīng)變計(jì)三軸孔壁應(yīng)變計(jì)2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING1) 鉆孔圍巖應(yīng)力分布公式鉆孔圍巖應(yīng)力分布公式三維鉆孔圍巖應(yīng)力分布狀態(tài)圖三維鉆孔圍巖應(yīng)力分布狀態(tài)圖2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING 一個(gè)無(wú)限體中的鉆孔，受到無(wú)窮遠(yuǎn)處的三維應(yīng)力場(chǎng)一個(gè)無(wú)限體中的鉆孔，受到無(wú)窮遠(yuǎn)處的三維應(yīng)力場(chǎng)( x, y, z, xy, yz, zx)的作用時(shí)，孔邊圍巖應(yīng)力分布公式為：的作用時(shí)，孔邊圍巖應(yīng)力分布公式為：2cos)31 (2)1 (24422

33、22rararayxyxr2sin)341 (4422raraxy2cos)31 (2)1 (24422rarayxyx2sin)31 (44raxyzxyyxzrarav2sin42cos22222(6)(7)(8)2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2cos3212sin321244224422rarararaxyyxr221cossinrayzzxz221sincosrayzzxrz(9)(10)(11)注意：注意：在上述公式中，原巖應(yīng)力采用的是直角坐標(biāo)系，孔邊的圍在上述公式中，原巖應(yīng)力采用的是直角坐標(biāo)系

34、，孔邊的圍巖應(yīng)力狀態(tài)采用柱坐標(biāo)系；巖應(yīng)力狀態(tài)采用柱坐標(biāo)系；柱坐標(biāo)系的柱坐標(biāo)系的z z軸和直角坐標(biāo)系的軸和直角坐標(biāo)系的z z軸相一致，柱坐標(biāo)系的軸相一致，柱坐標(biāo)系的 角角從從x x軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)為正；軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)為正； z z為原巖應(yīng)力分量，而為原巖應(yīng)力分量，而 z z為受開(kāi)挖影響的孔邊圍巖中任一為受開(kāi)挖影響的孔邊圍巖中任一點(diǎn)點(diǎn)z z軸方向的應(yīng)力分量。當(dāng)軸方向的應(yīng)力分量。當(dāng)r r時(shí)時(shí), , z z= = z z 。2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2)孔壁應(yīng)變和孔壁應(yīng)力之間的關(guān)系式孔壁應(yīng)變和孔壁應(yīng)力之間的

35、關(guān)系式 電阻應(yīng)變花的受力狀態(tài)電阻應(yīng)變花的受力狀態(tài)2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING孔壁為平面應(yīng)力狀態(tài)，只有孔壁為平面應(yīng)力狀態(tài)，只有 ， z， z三個(gè)應(yīng)力分量，三個(gè)應(yīng)力分量，每個(gè)電阻應(yīng)變花的每個(gè)電阻應(yīng)變花的4支應(yīng)變片所測(cè)應(yīng)變值支應(yīng)變片所測(cè)應(yīng)變值 ， z， 45， -45 即（即（ 135 ）和它們的關(guān)系式為）和它們的關(guān)系式為 1zE1zzEzzzzG22454500(12)(13)(14)2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING3)

36、 孔壁應(yīng)變和三維原巖應(yīng)力分量孔壁應(yīng)變和三維原巖應(yīng)力分量( x， y， z， xy， yz， zx)之之間的關(guān)系式間的關(guān)系式 將將 ， z， z轉(zhuǎn)變成原巖應(yīng)力分量轉(zhuǎn)變成原巖應(yīng)力分量 x， y， z， xy， yz， zx的表達(dá)式，可得到下列方程的表達(dá)式，可得到下列方程12 12222Exyxyxyzcossin zzxyE145012zzsincos14zxyzzE(15)(16)(17)(18)2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING 這就是根據(jù)應(yīng)力解除過(guò)程中測(cè)得孔壁應(yīng)變值計(jì)算原巖這就是根據(jù)應(yīng)力解除過(guò)程中測(cè)得孔壁應(yīng)

37、變值計(jì)算原巖應(yīng)力的公式。從應(yīng)力的公式。從6個(gè)應(yīng)力分量即可以算出測(cè)點(diǎn)三個(gè)主應(yīng)力個(gè)應(yīng)力分量即可以算出測(cè)點(diǎn)三個(gè)主應(yīng)力加大小和方向。加大小和方向。 每組應(yīng)變花的測(cè)量結(jié)果可得到每組應(yīng)變花的測(cè)量結(jié)果可得到4個(gè)方程，三組應(yīng)變花共個(gè)方程，三組應(yīng)變花共得到得到12個(gè)方程，其中至少有個(gè)方程，其中至少有6個(gè)獨(dú)立方程，因此可求解出個(gè)獨(dú)立方程，因此可求解出原巖應(yīng)力的原巖應(yīng)力的6個(gè)分量（個(gè)分量（ x， y， z， xy， yz， zx）。）。2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING4) 孔壁應(yīng)變計(jì)圍壓試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算測(cè)點(diǎn)巖石彈性模量和泊松孔壁應(yīng)變

38、計(jì)圍壓試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算測(cè)點(diǎn)巖石彈性模量和泊松比的公式比的公式22202rRRPEz(19)(20)式中：式中：P0為圍壓值；為圍壓值；E，v分別為巖石的彈性模量和泊松比；分別為巖石的彈性模量和泊松比； ， z分別為圍壓引起的平均周向應(yīng)變和平均軸向應(yīng)變。分別為圍壓引起的平均周向應(yīng)變和平均軸向應(yīng)變。2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING空心包體應(yīng)變測(cè)量空心包體應(yīng)變測(cè)量1) 測(cè)量原理：測(cè)量原理：空心包體應(yīng)變計(jì)的主體是一個(gè)外徑空心包體應(yīng)變計(jì)的主體是一個(gè)外徑37mm，壁，壁厚厚2mm的空心圓筒，三組和孔壁應(yīng)變計(jì)類(lèi)似的應(yīng)變花嵌貼

39、在的空心圓筒，三組和孔壁應(yīng)變計(jì)類(lèi)似的應(yīng)變花嵌貼在筒壁的中間。筒壁的中間。2) 空心包體應(yīng)變計(jì)算地應(yīng)力的方式空心包體應(yīng)變計(jì)算地應(yīng)力的方式12 12221224Ekkkxyyxxyzcossin zzxyE1 zyzzxEk413cossin)(2145zz(21)(22)(23)(24)2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERINGl 空心包體應(yīng)變計(jì)應(yīng)變數(shù)據(jù)計(jì)算地應(yīng)力的公式和孔壁應(yīng)變計(jì)空心包體應(yīng)變計(jì)應(yīng)變數(shù)據(jù)計(jì)算地應(yīng)力的公式和孔壁應(yīng)變計(jì)具有幾乎相同的形式。具有幾乎相同的形式。l 多了多了4個(gè)修正系數(shù)個(gè)修正系數(shù)k1，k2，k3

40、，k4(統(tǒng)稱(chēng)統(tǒng)稱(chēng)k系數(shù)系數(shù))，用以修正由，用以修正由于在空心包體應(yīng)變計(jì)中，應(yīng)變片不是直接粘貼在孔壁上，于在空心包體應(yīng)變計(jì)中，應(yīng)變片不是直接粘貼在孔壁上，而是與孔壁有而是與孔壁有1mm左右的距離，因而其測(cè)出的應(yīng)變值和孔左右的距離，因而其測(cè)出的應(yīng)變值和孔壁應(yīng)變計(jì)測(cè)出的應(yīng)變值是有區(qū)別的。壁應(yīng)變計(jì)測(cè)出的應(yīng)變值是有區(qū)別的。l k系數(shù)是與巖石和空心包體材料的彈性模量、泊松比、空系數(shù)是與巖石和空心包體材料的彈性模量、泊松比、空心包體的幾何形狀、鉆孔半徑等有關(guān)的變數(shù)。對(duì)于每一次心包體的幾何形狀、鉆孔半徑等有關(guān)的變數(shù)。對(duì)于每一次應(yīng)力解除試驗(yàn)，都必須具體計(jì)算該測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力解除試驗(yàn)，都必須具體計(jì)算該測(cè)點(diǎn)的k系數(shù)值。系

41、數(shù)值。l k系數(shù)的計(jì)算公式教材系數(shù)的計(jì)算公式教材巖石力學(xué)與工程巖石力學(xué)與工程（蔡美峰主編（蔡美峰主編，何滿潮、劉東燕副主編）第，何滿潮、劉東燕副主編）第170頁(yè)。頁(yè)。2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING3) 空心包體圍壓試驗(yàn)計(jì)算測(cè)點(diǎn)巖石彈性模量和泊松比的空心包體圍壓試驗(yàn)計(jì)算測(cè)點(diǎn)巖石彈性模量和泊松比的公式公式 和空壁應(yīng)變計(jì)的圍壓試驗(yàn)計(jì)算公式也基本相同，但在和空壁應(yīng)變計(jì)的圍壓試驗(yàn)計(jì)算公式也基本相同，但在公式公式(4-25)式中多了一個(gè)式中多了一個(gè)K1，它是由蔡美峰推導(dǎo)出來(lái)的。，它是由蔡美峰推導(dǎo)出來(lái)的。222012r

42、RRPKEz(25)(26)2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING4) 空心包體應(yīng)變計(jì)優(yōu)點(diǎn)空心包體應(yīng)變計(jì)優(yōu)點(diǎn)l應(yīng)變計(jì)和孔壁在相當(dāng)大的一個(gè)面積上膠結(jié)在一起，因此膠應(yīng)變計(jì)和孔壁在相當(dāng)大的一個(gè)面積上膠結(jié)在一起，因此膠結(jié)質(zhì)量較好。結(jié)質(zhì)量較好。l膠結(jié)劑還可注入應(yīng)變計(jì)周?chē)鷰r體中的裂隙、缺陷，使巖石膠結(jié)劑還可注入應(yīng)變計(jì)周?chē)鷰r體中的裂隙、缺陷，使巖石整體化，因而較易得到完整的套孔巖芯。整體化，因而較易得到完整的套孔巖芯。l可用于中等破碎和松軟的巖體中，且有較好的防水性能?？捎糜谥械绕扑楹退绍浀膸r體中，且有較好的防水性能。 目前空

43、心包體應(yīng)變計(jì)已成為世界上最廣泛采用的一種地目前空心包體應(yīng)變計(jì)已成為世界上最廣泛采用的一種地應(yīng)力解除測(cè)量?jī)x器。應(yīng)力解除測(cè)量?jī)x器。 5) 北京科技大學(xué)蔡美峰教授等發(fā)明了北京科技大學(xué)蔡美峰教授等發(fā)明了“實(shí)現(xiàn)完全溫度補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)完全溫度補(bǔ)償并考慮巖體非線性的地應(yīng)力解除測(cè)量技術(shù)并考慮巖體非線性的地應(yīng)力解除測(cè)量技術(shù)”，使地應(yīng)力測(cè)量，使地應(yīng)力測(cè)量的可靠性和精度大幅度提高。的可靠性和精度大幅度提高。2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2.3 套孔應(yīng)力解除法套孔應(yīng)力解除法北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND

44、ENGINEERING2.4 五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果測(cè)點(diǎn)號(hào)深度(m)最大主應(yīng)力1中間主應(yīng)力2最小主應(yīng)力3數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )120511.45307.1-17.65.69286.371.34.0335.16.2220511.54270.04.36.77181.5-19.05.72347.8-70.4320511.27218.910.25.68220.2-79.83.98129-0.2423514.62237.69.210.17329.913.95.63295.1-73.2523513.691

45、28.7-7.86.83131.382.25.0638.80.3623512.99301.9-0.66.14208.2-81.35.00212.08.7723513.60311.0-1.48.93220.7-10.46.85228.879.5823512.58280.0-13.27.85187.3-11.16.92238.572.6923512.80127.1-7.27.4135.9-9.75.8972.478.01031018.39123.1-1.611.65213.2-3.310.73187.786.41131018.50285.5-17.78.8980.8-70.67.0513.07.6

46、1231020.73109.9-0.49.00201.9-79.17.01199.810.91331016.3282.93.29.1913-80.77.99172.4-8.71441029.62308.9-5.313.77193.2-78.011.98219.910.71541031.49148.4-6.914.13267.7-76.011.08236.912.01641031.55327.211.7713.89219-79.111.77237.810.31741025.9890.7-4.511.54106.785.35.780.81.3北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS A

47、ND ENGINEERING Hh0679. 059. 1max,Hh0260. 017. 0min,Hv0358. 053. 12.4 五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING線線值隨深度的統(tǒng)一回歸曲值隨深度的統(tǒng)一回歸曲和和vminh,maxh,、2.4 五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING表表2 峨口鐵礦水壓致裂法各測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力計(jì)算結(jié)果峨口鐵礦水壓致裂法各測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力計(jì)算結(jié)果max,hmin,hv鉆孔號(hào)鉆孔號(hào)深度深度

48、(m)數(shù)值（數(shù)值（MPa）方向方向( )數(shù)值（數(shù)值（MPa）方向方向( )（MPa）H1118.013.31606.4703.4H2133.4814.01636.5733.8H399.1413.3-7.2-2.8H4151.2518.51719.1814.3H5110.9213.21526.8623.22.4 五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING表表3 峨口鐵礦應(yīng)力解除法各測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力計(jì)算結(jié)果峨口鐵礦應(yīng)力解除法各測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力計(jì)算結(jié)果測(cè)點(diǎn)號(hào)最大主應(yīng)力1中間主應(yīng)力2最小主應(yīng)力3數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )

49、數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )B123.10359.9-2.09.41331.487.77.6489.91.1B223.11170.0-0.510.72260.2-15.58.25258.174.5B322.96183.20.810.9790.574.38.8593.4-15.6B419.34153.1-0.38.9963.0-12.08.5764.678.02.4 五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING)(440. 0280. 0170. 013. 0max,MPa

50、zyxh 式中：式中：分別為最大水平主應(yīng)力、最小水平主應(yīng)力分別為最大水平主應(yīng)力、最小水平主應(yīng)力和垂直主應(yīng)力；和垂直主應(yīng)力；為區(qū)域坐標(biāo)，為區(qū)域坐標(biāo)，Z為埋深為埋深)(118. 0205. 0148. 003. 0min,MPazyxh)(332. 0016. 0008. 002. 0MPazyxvvminh,maxh,和和YXZzYyXx,;10/,100/,100/2.4 五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING測(cè)點(diǎn)號(hào)深度(m)最大主應(yīng)力1中間主應(yīng)力2最小主應(yīng)力3數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MP

51、a)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )12109.46228.12.04.36318.511.73.04308.6-78.1221811.47359.5-4.55.61270.39.94.8065.279.1321011.79140.2-5.75.8648.9-13.15.0373.275.7434220.19107.3-3.19.79114.786.97.4817.30.4536016.16345.5-0.310.28211.3-89.57.59255.50.3635020.32195.912.611.79287.36.29.5743.076.0735018.37335.

52、1-4.59.57307.285.26.9264.92.4841821.50313.7-3.312.32193.3-83.511.56224.15.6表表4 梅山鐵礦各測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力計(jì)算結(jié)果梅山鐵礦各測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力計(jì)算結(jié)果2.4 五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING地應(yīng)力場(chǎng)分布模型（線性回歸）：地應(yīng)力場(chǎng)分布模型（線性回歸）：（MPa） （13）（MPa） （14） （MPa） （15）Hh051. 014. 0max,Hh025. 019. 0min,Hv028. 009. 02.4 五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果五個(gè)

53、礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING圖圖4 梅山鐵礦梅山鐵礦 與深度的關(guān)系與深度的關(guān)系 vminh,maxh, 和和2.4 五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING測(cè)點(diǎn)號(hào)深度(m)最大主應(yīng)力1中間主應(yīng)力2最小主應(yīng)力3數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )155031.1833.86.313.74280.974.110.88305.4-14.5255024.881.915.513.

54、59271.32.112.96353.6-74.4355028.0835.25.014.2888.7-82.711.59305.8-6.7455028.4436.62.213.34299.472.99.44307.2-16.9570036.95176.7-8.817.552.6-81.113.0986.80.9670037.8618.21.416.79130.686.212.22108.2-3.5770034.68348.0-5.117.34238.8-74.913.48259.214.2870031.6413.23.818.6879.9-80.511.59283.8-8.7976040.55

55、160.6-1.920.550.3-84.316.7570.60.71076037.26226.014.618.19204.274.517.66314.6-5.62.4 五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING地應(yīng)力場(chǎng)分布模型（線性回歸）：地應(yīng)力場(chǎng)分布模型（線性回歸）：（MPa） （16）（MPa） （17）（Mpa） （18） Hh0507. 0098. 0max,Hh0209. 0015. 0min,Hv0254. 0208. 02.4 五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果北京科技大學(xué)北京科技大

56、學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING圖圖5 金川鎳礦金川鎳礦 與深度的關(guān)系與深度的關(guān)系 vminh,maxh,和和2.4 五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING表表6 6 玲瓏金礦各測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力計(jì)算結(jié)果玲瓏金礦各測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力計(jì)算結(jié)果測(cè)點(diǎn)號(hào)深度(m)最大主應(yīng)力1中間主應(yīng)力2最小主應(yīng)力3數(shù)值(Mpa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )數(shù)值(MPa)方向( )傾角( )125017.6352.64.78.62321.97.77.58353.6-81.0225014.06

57、287.7-14.47.6319.4-6.66.63133.5-74.1329015.58141.4-3.08.2824.5-83.36.8451.85.9429017.51294.8-0.19.3726.3-84.37.2624.85.7529017.68280.3-13.59.25322.872.06.61193.211.7629020.45343.5-6.48.3675.3-15.17.7551.273.5729019.7491.3-2.110.09171.977.18.581.812.7837023.43138.2-9.312.6912.7-74.210.1350.312.693702

58、1.32103.6-12.010.68237.4-72.98.20103.6-12.01041025.77255.72.610.73155.475.610.18166.4-14.11141025.55218.02.111.51118.877.18.64128.5-12.71257032.5392.2-3.815.54199.0-77.013.21181.412.42.4 五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING地應(yīng)力場(chǎng)分布模型（線性回歸）：地應(yīng)力場(chǎng)分布模型（線性回歸）： （MPa） （19）（MPa） （2

59、0） （MPa） （21）Hh0559.072.0max,Hh0234. 080. 0min,Hv0280.032.02.4 五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING圖圖6 玲瓏金礦玲瓏金礦 與深度的關(guān)系與深度的關(guān)系vminh,maxh,和和2.4 五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果五個(gè)礦山地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)ROCK MECHANICS AND ENGINEERING 五個(gè)礦山地應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律性分析五個(gè)礦山地應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律性分析 1 1）五個(gè)礦山的地應(yīng)力分布狀態(tài)基本相同，即在三個(gè)主應(yīng)）五個(gè)礦山的地應(yīng)

60、力分布狀態(tài)基本相同，即在三個(gè)主應(yīng)力中，均有二個(gè)接近于水平方向，另一個(gè)接近于垂直方向。力中，均有二個(gè)接近于水平方向，另一個(gè)接近于垂直方向。 2 2）五個(gè)礦山的最大主應(yīng)力均位于近水平方向，最大水平）五個(gè)礦山的最大主應(yīng)力均位于近水平方向，最大水平主應(yīng)力值為自重應(yīng)力的主應(yīng)力值為自重應(yīng)力的2 2倍左右。說(shuō)明這五個(gè)礦山的地應(yīng)力場(chǎng)倍左右。說(shuō)明這五個(gè)礦山的地應(yīng)力場(chǎng)是以水平構(gòu)造應(yīng)力為主導(dǎo)的，而不是以自重應(yīng)力為主導(dǎo)的。是以水平構(gòu)造應(yīng)力為主導(dǎo)的，而不是以自重應(yīng)力為主導(dǎo)的。 3 3）最大水平主應(yīng)力的走向，新城金礦位于南東東）最大水平主應(yīng)力的走向，新城金礦位于南東東- -北西北西西向或接近東西向，梅山鐵礦位于南東西向或