應(yīng)力解除法測(cè)試地應(yīng)力

1、應(yīng)力解除法測(cè)試地應(yīng)力應(yīng)力測(cè)試方法與原理1測(cè)試方法測(cè)試采用應(yīng)力解除法，測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成主要是YJH4靜態(tài)電阻應(yīng)變儀和362型四分向鋼環(huán)式鉆孔變形計(jì)(簡(jiǎn)稱“變形計(jì)”)，利用變形計(jì)測(cè)量巖體內(nèi)某點(diǎn)的空間應(yīng)變大小和方向。安裝在鉆孔內(nèi)的探頭上粘貼有4個(gè)薄壁鋼環(huán)(電阻應(yīng)變片)，變形計(jì)是通過感應(yīng)元件的觸頭與鉆孔巖壁緊密接觸來接受孔徑變形訊號(hào)，由應(yīng)變計(jì)測(cè)量變形變化量，然后根據(jù)率定曲線換算為孔徑變形。此種測(cè)量法的突出特點(diǎn)是感應(yīng)元件安裝在變形計(jì)的內(nèi)部，不與鉆孔巖壁直接接觸，因此變形計(jì)可在室內(nèi)預(yù)先安裝、設(shè)定，不僅在現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)便，可以重復(fù)使用，而且測(cè)量元件具有良好的線性、穩(wěn)定性及防水性能。2測(cè)試原理套鉆孔徑應(yīng)力解除法的應(yīng)力

2、測(cè)量是建立在彈性理論的基礎(chǔ)上，而巖體為裂隙介質(zhì)，并非理想的彈性體，如果巖體完整或比較完整而應(yīng)力又不太高時(shí)，巖體介質(zhì)可作線彈性體假設(shè)。測(cè)量時(shí)根據(jù)被鉆進(jìn)切割的巖芯的彈性恢復(fù)(應(yīng)變或變形)來計(jì)算地應(yīng)力大小和方向。變形計(jì)的結(jié)構(gòu)元件主要是貼有電阻片應(yīng)變計(jì)的圓鋼環(huán)，4個(gè)圓鋼環(huán)放置在鋼環(huán)特制架上，4個(gè)鋼環(huán)分別呈45。夾角。試驗(yàn)時(shí)每對(duì)鋼柱塞觸頭，一端壓在鋼環(huán)上，另一端伸出元件的外套與小孔徑鉆孔孔壁緊密接觸，鋼環(huán)受力變形，通過解除巖芯前后的變形或應(yīng)變差值獲取文、晚、是、盈四個(gè)變形量，由此可以計(jì)算出巖體中鉆孔橫截面上平面主應(yīng)力大小和方向。3現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)1主要測(cè)試儀器設(shè)備及材料的配備每個(gè)測(cè)量斷面配置不少于5支9362型

3、變形計(jì)；YJH4靜態(tài)電阻應(yīng)變儀(附預(yù)調(diào)平衡箱)1套，16芯屏蔽電纜1500m；惠斯登電橋1臺(tái)；鉆孔定向器1套；應(yīng)變計(jì)率定架1套；鉆機(jī)1部(含若干萬36mm、萬130ram鉆具及鉆頭)；水泵1臺(tái)；鉆孔彈模率定器l套。在進(jìn)駐測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)前，除測(cè)試儀器、設(shè)備及材料配備齊全外，有關(guān)的測(cè)試儀器必須進(jìn)行計(jì)量鑒定，鑒定合格后才能進(jìn)行測(cè)試；同時(shí)要對(duì)各個(gè)變形計(jì)上的鋼環(huán)進(jìn)行位移與應(yīng)變關(guān)系曲線率定。4測(cè)點(diǎn)布置及要求測(cè)點(diǎn)的位置如圖1所示。左洞掌子面里程ZK41+545,右洞掌子面里程YK41+567。ARC*A左、稠在左洞的左邊墻距離地面lm高處布置測(cè)量鉆孔一個(gè)，編號(hào)為D,用于測(cè)量靠山側(cè)地應(yīng)力；在右洞的掌子面距離地面lm

4、高處布置測(cè)量鉆孔一個(gè)，編號(hào)為C,用于測(cè)量掌子面前方的地應(yīng)力；在右洞的右邊墻距離地面lm高處布置測(cè)量鉆孔一個(gè)，編號(hào)為B,用于測(cè)量靠山側(cè)的地應(yīng)力；根據(jù)業(yè)主的要求，在右洞YK41+400附近右邊墻距離地面lm高處布置測(cè)量鉆孔一個(gè)，編號(hào)為A，用于測(cè)量破壞區(qū)的應(yīng)力情況。對(duì)鉆孔(或測(cè)點(diǎn))布置滿足規(guī)程對(duì)試點(diǎn)布置要求如下：測(cè)段內(nèi)及測(cè)段附近巖體完整或較完整，巖性均一：本次測(cè)量巖體中某一點(diǎn)平面應(yīng)力；鉆孔向上的傾斜角度應(yīng)不大于5C的水平孔。5現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試步驟選定試點(diǎn)，安裝鉆機(jī)；用直徑130mm的鉆頭開孔，并鉆至測(cè)試部位；用直徑130ram的磨平兼錐形鉆頭，鉆出深度約56cm的喇叭口(便于小孔定位和變形計(jì)安裝)；用口徑為

5、36mm的鉆頭，鉆孑L30cm深，并將小孔沖洗干凈；變形計(jì)接在特制的定向器上，用鉆桿緩慢送人小孔內(nèi)，其變形計(jì)壓縮量控制在0.20.4mm之間；取出鉆桿與定向器，記錄各鋼環(huán)在鉆孔中的方向；將變形計(jì)的測(cè)量電纜線自解除鉆具中引出，按規(guī)定的順序接在電阻應(yīng)變儀上;向鉆孔中沖水，每隔10min讀數(shù)一次，連續(xù)三次讀數(shù)相差不超過5pe即為穩(wěn)定,方可開鉆解除；在解除過程中每鉆進(jìn)2cm時(shí)，記錄下各鋼環(huán)的讀數(shù)，到30cm前后若連續(xù)兩次讀數(shù)不大于士5弘e確認(rèn)為穩(wěn)定，即可停鉆；取出鉆具和巖芯，該段試驗(yàn)即告結(jié)束，下段試驗(yàn)重復(fù)上述步驟。6現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試段成果的判定現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力的測(cè)試過程也就是應(yīng)力解除過程，一般判定某測(cè)試段成功與否，

6、是看其應(yīng)力解除過程中是否滿足或接近解除深度與釋放應(yīng)變典型曲線形式。IIle典型曲線可劃分為4個(gè)階段，如圖2所示，其中：SB2解障鑿度與軒放宙蠻的關(guān)貳曲線I區(qū)：為無應(yīng)力影響區(qū)，應(yīng)力解除深度尚影響不到測(cè)量元件的變化。II區(qū)：為應(yīng)力集中區(qū)，由套鉆解除引起的孔底應(yīng)力集中。III區(qū)：為應(yīng)力釋放區(qū)，隨著應(yīng)力解除深度的增加，在第II階段應(yīng)力集中所產(chǎn)生的附加應(yīng)變自行消失，解除應(yīng)變逐漸增大。附加應(yīng)變對(duì)取值并無影響，初始值仍按原坐標(biāo)零點(diǎn)計(jì)算。W區(qū)：應(yīng)變穩(wěn)定區(qū)。隨著解除深度的增加，測(cè)點(diǎn)應(yīng)力達(dá)到完全解除，解除應(yīng)變趨于穩(wěn)定。7成果整理鉆孔相關(guān)資料隧道現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)量鉆孔位置見圖3,鉆孔軸向方位角及傾角等見表1。表l鉆孔相

7、關(guān)資料一覽表鉆孔編碼鉆孔位置(m)鉆孔走向(o)鉆孔傾角(o)cTYK41+567NE455c2ZK41+545NE455注：鉆孔方位角以N向?yàn)閛。，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正；試驗(yàn)段上覆蓋巖層厚度約600m。8現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及成果鉆孔Cl、C2測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。9平面應(yīng)力計(jì)算測(cè)試所用變形計(jì)上的鋼環(huán)各互成45。，在解除時(shí)測(cè)得、，如果變形計(jì)1234鋼環(huán)為0。、45。、90。三個(gè)方向測(cè)得的、5、9，則可以計(jì)算垂直于鉆孑L平面的主應(yīng)力的大小和方向，其平面應(yīng)力計(jì)算公式為：卄蠱禺+F士言/岳打門吟盂二氐孑km險(xiǎn)=遙二全二如10巖體常數(shù)選定及資料整理(1)巖石彈性常數(shù)的選定室內(nèi)彈模試件直徑為50mm，高lOOmm。根據(jù)重

8、慶大學(xué)的室內(nèi)彈模試驗(yàn)成果匯總和以往的試驗(yàn)資料，彈模常數(shù)暫定為E=20GPa。數(shù)據(jù)整理分析根據(jù)前述數(shù)據(jù)與選定常數(shù)用編制計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算,對(duì)共和隧道所在區(qū)段的地應(yīng)力有如下初步認(rèn)識(shí)：(1)鉆孔C一1的吼大小為21.80MPa,傾角為-54.70C(朝下)；晚大小為16.4MPa,傾角為+35.30C(朝上)；鉆孑LC一2的吼大小為15.68MPa,傾角為-58.30(3(朝下)；嘞大小為12.29MPa，傾角為+31.70C(朝上)；巖體應(yīng)力的大小會(huì)隨著彈性模量的最后確定而有一定的變化；隨著埋深的增加巖體應(yīng)力將會(huì)增加至【27MPa或更高。11小結(jié)從測(cè)量情況看，吼主要以巖體自重應(yīng)力為主，同時(shí)巖層傾斜對(duì)

9、應(yīng)力值和傾角有一定影響；鉆孔應(yīng)力解除法能夠客觀地反映巖體內(nèi)部地應(yīng)力。通過地應(yīng)力測(cè)量較為真實(shí)地反映了共和隧道地應(yīng)力的基本情況；為設(shè)計(jì)調(diào)整支護(hù)參數(shù)和指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工提供了有力的依據(jù)?？妆趹?yīng)變法1)、基本原理孔壁應(yīng)變法是借助粘貼在鉆孔孔壁上的電阻應(yīng)變片測(cè)量套孔應(yīng)力解除前后孔壁表面應(yīng)變變化，根據(jù)彈性理論計(jì)算巖體中一點(diǎn)的三向應(yīng)力。目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的有三叉式應(yīng)變計(jì)法和空心包體式應(yīng)變計(jì)法兩種?？妆趹?yīng)變法的傳感器的布置，如下圖：2）、儀器設(shè)備孔壁應(yīng)變測(cè)量法所采用的應(yīng)變計(jì)，目前常用的有兩種形式。一種是一般的鉆孔三向應(yīng)變計(jì)，它是把測(cè)量元件電阻絲應(yīng)變片直接粘貼在鉆孔的巖壁上。這種形式的應(yīng)變計(jì)包括適合在底下硐室測(cè)量的淺鉆

10、孔三向應(yīng)變計(jì)和適合在地面測(cè)量的深鉆孔水下三向應(yīng)變計(jì)，這兩種應(yīng)變計(jì)測(cè)量精度高，但操作復(fù)雜，對(duì)被測(cè)巖體完整性要求高，測(cè)量成功率較低。另一種是空心包體式鉆孔三向應(yīng)變計(jì)，它是把測(cè)量元件電阻絲應(yīng)變片粘貼在預(yù)制的環(huán)氧樹脂薄筒上后，再澆注一層薄的環(huán)氧樹脂層制成應(yīng)變計(jì)。3）測(cè)試步驟a試驗(yàn)孔鉆進(jìn)：用大孔徑合金鉆頭開孔。若空口表面不平，可用水泥漿填平或人工鑿平。鉆至預(yù)定深度，取出巖芯，進(jìn)行地質(zhì)描述。鉆孔一般要求上傾25，以便排水排渣。b孔底磨平：用針狀合金磨平鉆頭，對(duì)孔底進(jìn)行粗磨。用金剛石或砂輪磨平鉆頭，對(duì)孔底再進(jìn)行細(xì)磨。隨后用錐形鉆頭打喇叭口。c中心測(cè)孔鉆進(jìn)：測(cè)孔用小孔徑鉆頭鉆進(jìn)，要求測(cè)孔與解除孔同心，同心度（

11、大小孔圓心的差距）宜小于2mm，深度50cm左右。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)均勻施力，全孔要求一個(gè)鉆頭連續(xù)鉆進(jìn)至終孔。如孔壁達(dá)不到要求時(shí)，需采用金剛石擴(kuò)孔器擴(kuò)孔。當(dāng)巖芯破碎時(shí)，應(yīng)重復(fù)操作，直至找到完整巖心。d清洗測(cè)孔：用清水沖洗測(cè)孔孔壁和大孔孔底巖面，隨后吹干，反復(fù)多次至孔內(nèi)干凈為止。e安裝孔壁應(yīng)變計(jì)：在測(cè)孔孔壁表面和應(yīng)變計(jì)表面均勻涂一層粘結(jié)劑，厚度適宜。將應(yīng)變計(jì)裝配在安裝器上，準(zhǔn)確送進(jìn)測(cè)孔內(nèi)。就位定向。f初始讀數(shù)：儀器進(jìn)洞后應(yīng)用箱子或塑料布密封，防止泥水侵入。分點(diǎn)接通電阻儀，調(diào)平儀器，格擋調(diào)零。向孔內(nèi)沖水，每隔10min讀數(shù)一次，連續(xù)三次讀數(shù)不超過5u時(shí)，即認(rèn)為穩(wěn)定，并記錄讀數(shù)作為初始值。g鉆孔解除及應(yīng)變測(cè)量

12、：用大孔徑鉆頭進(jìn)行解除時(shí)，開鉆后使鉆頭離開孔底12cm,使鉆機(jī)低速緩慢推進(jìn)；然后再換高速檔，以免鉆頭受損，也利于保持巖芯的完整性。在解除過程中，按預(yù)定的分級(jí)深度停鉆讀數(shù)，每級(jí)連續(xù)讀數(shù)兩次。解除深度達(dá)到35cm時(shí)（即從粘貼應(yīng)變叢部位到解除深度的距離為套鉆鉆孔直徑的0.8倍）后，一般讀數(shù)趨于穩(wěn)定，此后連續(xù)兩級(jí)讀數(shù)不超過5u時(shí)，可以認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到解除深度的要求。但最小解除深度不小于38cm，最大解除深度達(dá)45cm即可。隨后繼續(xù)往解除孔沖水。最后一級(jí)每隔510min讀數(shù)一次，連續(xù)三次讀數(shù)不超過5u，可以認(rèn)為穩(wěn)定，測(cè)試結(jié)束。采用社爭(zhēng)應(yīng)變漕試蛙id証巖I*庖力圍巖應(yīng)力測(cè)量一、測(cè)試原理如圖1所示，在隧道硐室某

13、側(cè)墻表層圍巖應(yīng)力的主應(yīng)力。1、。2的方向分別為垂直方向與水平方向時(shí)，就可以用應(yīng)力恢復(fù)法測(cè)得。1的大小。在側(cè)墻上沿測(cè)點(diǎn)0在水平方向（垂直所測(cè)的應(yīng)力方向）開一個(gè)解除槽，則在槽上下附近的圍巖應(yīng)力得到部分解除，應(yīng)力狀態(tài)重圖1-1硐室圍巖應(yīng)力分布圖新分布。槽的中垂線0A上的應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)N.H.穆斯海里什維理論，可以把槽看成一條縫，得到：p44p212九=譏一+式中：。1,。20A線上某點(diǎn)B的應(yīng)力分量；PB點(diǎn)離槽中心0的距離的倒數(shù)。當(dāng)在槽中埋入液壓枕，并由壓力枕對(duì)槽施加壓力，若壓力為P,則在0A線上B點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力分量為：當(dāng)壓力枕施加的力為P=o1時(shí)，B點(diǎn)的總應(yīng)力分量為:可見，當(dāng)壓力枕施加的P等于。2時(shí)，

14、巖體中的應(yīng)力狀態(tài)已經(jīng)完全恢復(fù)，所求的應(yīng)力。1可由P值求得。即通過壓力枕使槽中的巖體的應(yīng)變恢復(fù)至應(yīng)力解除前的狀態(tài)；此時(shí)，液壓枕施加的壓力即為應(yīng)力解除前巖體受到的應(yīng)力，這一應(yīng)力值實(shí)際上是平硐開挖后壁面處的環(huán)向應(yīng)力。通過量測(cè)應(yīng)力恢復(fù)后的應(yīng)力和應(yīng)變值，可求解出測(cè)點(diǎn)巖體中的應(yīng)力狀態(tài)。2、儀器設(shè)備壓力量測(cè)通常采用應(yīng)力計(jì)或壓力盒。各種類型的壓力盒中在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)使用較多的是鋼弦式壓力盒。1、測(cè)量元件(1)電阻應(yīng)變片(2)鋼弦式應(yīng)變計(jì)(3)千分表（4）、壓力枕（扁液壓千斤頂）液壓枕主要由枕殼、注油三通、紫銅管和壓力表組成，為了安設(shè)時(shí)排凈系統(tǒng)內(nèi)空氣，沒有球式排氣閥。液壓枕需在室內(nèi)組裝，經(jīng)高壓密封性試驗(yàn)合格后才能埋設(shè)使用。量測(cè)手段和儀表的選擇主要取決于圍巖工程地質(zhì)條件和力學(xué)性質(zhì)，以及測(cè)量的環(huán)境條件。通常，對(duì)于軟弱圍巖中的地下工程，由于圍巖變形量值較大，因而可以采用精度稍低的儀器和裝置；而在硬巖中，則必須采用高精度量測(cè)工具。使用各種類型的引伸計(jì)時(shí)，對(duì)深埋的地下工程，必須在隧洞內(nèi)鉆孔安裝；對(duì)淺埋的地下工程，則可以從地表鉆孔安裝，以量測(cè)地下工程開挖過程中圍巖變形后的全過程。3、測(cè)試方法1）在選