【正文】 實測結(jié)果表明，巖石應(yīng)變恢復(fù)的性狀 (圖 2—52) 有如下主要特征：n (1)巖石的總應(yīng)變恢復(fù)量 (ε) 是由彈性應(yīng)變恢復(fù)(ε ′ )和非彈性應(yīng)變恢復(fù) (ε ″) 兩部分所組成，且整個應(yīng)變恢復(fù)的時間足夠長，約達(dá) 30余小時。n (2)在未發(fā)生非線性蠕變的條件下主應(yīng)變恢復(fù) (無論是彈性的或是非彈性的 )的軸向與主應(yīng)力方向一致，即： ε ε′ ε ″ 1 、 與 σ l的方向一致，而 ε ε′ ε ″ 3與 σ 3的方向一致，且n ε 1= ε′ 1+ ε ″1 n ε 3= ε′ 3+ ε ″3 n (3)如果發(fā)生非線性蠕變，則最大彈性應(yīng)變恢復(fù)軸與最大非彈性應(yīng)變恢復(fù)軸的方向?qū)⑹遣煌?。此時，彈性應(yīng)變恢復(fù)的軸向所反映的是較新的應(yīng)力環(huán)境，而非彈性應(yīng)變恢復(fù)的軸向所代表的則是較老的應(yīng)力環(huán)境。但實測資料表明，出現(xiàn)非線性蠕變的情況是很少的。n (4)在整個應(yīng)變恢復(fù)過程中，主應(yīng)變比 (無論是彈性或是非彈性的 )與主應(yīng)力比始終保持相等。 2． 測量的方法及步驟n (1)從鉆孔中取定向巖心。n (2)在巖心內(nèi)選三個不同方向的面，且在每個面上的三個不同方向上進(jìn)行應(yīng)變恢復(fù)測量 (所得結(jié)果顯然是非彈性的 )，然后根據(jù)測量資料計算三個主應(yīng)變的方向及比值。n 如果有一個主應(yīng)力是垂直的，且其大小等于上覆層的重量，則只在水平面內(nèi)的三個不同方向上進(jìn)行應(yīng)變恢復(fù)測量，求得兩個水平主應(yīng)變的方向及比值即可 。n (3)測量時應(yīng)注意使巖心密封，以避免溫度及濕度變化對測量結(jié)果的影響 。n 凱塞爾（ Kaiser ）效應(yīng)測量法 n n 1950年，德國學(xué)者 金屬材料，只有當(dāng)應(yīng)力達(dá)到并超過材料所受過的最大先期應(yīng)力時才會開始有明顯的聲發(fā)射現(xiàn)象出現(xiàn)，這就是著名的凱塞爾效應(yīng)。 1963年， Goodman通過實驗證實巖石也具有凱塞爾效應(yīng)，從而為應(yīng)用這一技術(shù)測定巖體應(yīng)力奠定了基礎(chǔ)。 70年代末期以來，日，美、中學(xué)者對這一問題開展了廣泛的理論及實驗研究，先后解決了凱塞爾效應(yīng)方向獨立性、三維地應(yīng)力測量及試驗過程中噪聲的排除等問題，使凱塞爾效應(yīng)在地應(yīng)力測量領(lǐng)域已基本具有實用性。n n 為了深入理解凱塞爾效應(yīng)及其在地應(yīng)力測量方面的應(yīng)用，首先需對下述基本問題作簡要的討論。n (1)巖石凱塞爾效應(yīng)的微觀機(jī)理n 研究表明，巖石的聲發(fā)射現(xiàn)象實際上是來源于其內(nèi)部顯微缺陷的受力擴(kuò)展，而巖石的每一次受力，都會使其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與荷載大小及方向相適應(yīng)的顯微破裂系統(tǒng)，再次加載時，如果荷載小于先期荷載，則先期形成的缺陷不會發(fā)生進(jìn)一步破裂，因此也就幾乎沒有聲發(fā)射出現(xiàn)，— 旦荷載達(dá)到并超過先期荷載，已有的裂紋即將進(jìn)一步擴(kuò)展，聲發(fā)射隨之開始大量持續(xù)出現(xiàn)，這就是凱塞爾效應(yīng)的基本機(jī)理 。n n (2)巖石凱塞爾效應(yīng)對地應(yīng)力的記憶功能n 已有的研究認(rèn)為，通過凱塞爾效應(yīng)所測得的是巖體在地質(zhì)歷史時期內(nèi)所遭受過的最大應(yīng)力。如果確是這樣，實際上就無法利用凱塞爾效應(yīng)來解決現(xiàn)今地應(yīng)力的測量問題，因為在遭受過構(gòu)造變動，且有斷裂發(fā)育的地區(qū)，任何一部分巖體當(dāng)時都遭受過很大的，甚至是接近其破裂強(qiáng)度的應(yīng)力。但是，一系列實測資料表明，利用凱塞爾效應(yīng)測得的巖體應(yīng)力遠(yuǎn)小于該巖體的破裂強(qiáng)度，而與用套鉆法測得的現(xiàn)今巖體應(yīng)力十分接近 (表 2—10) o對于為什么出現(xiàn)這種矛盾現(xiàn)象，以往的研究也未能加以闡明。通過對已有實測資料的深入分析，我們發(fā)現(xiàn)凱塞爾效應(yīng)實際上只能記憶挽近時期的應(yīng)力；而不能記憶古構(gòu)造力。之所以如此，看來這里有一個顯微破裂的愈合問題。n 隨著環(huán)境的改變，巖石會發(fā)生重結(jié)晶或新晶體生長的作用，使那些古老的顯微破裂焊接愈合，從而也就使其喪失對古構(gòu)造應(yīng)力的記憶能力。n n 相反，挽近時期巖體的受力過程是在該巖體己處于地表附近的常溫，低圍壓條件下發(fā)生的，此時所產(chǎn)生的顯微破裂系統(tǒng)，由于形成后所經(jīng)歷的時間很短，且始終處于常溫和低圍壓條件下，所以不會發(fā)生愈合。因此，當(dāng)采樣并對巖石試件加載、且應(yīng)力達(dá)到和超過挽近時期巖體所遭受的應(yīng)力量級時，這類顯微破裂即將進(jìn)一步擴(kuò)展，從而引起聲發(fā)射的急劇增加，這也就是巖石凱塞爾效應(yīng)只能記憶挽近時期巖體所遭受過的應(yīng)力的道理所在。n 此外，值得指出的是，近些年來的研究發(fā)現(xiàn)，挽近時期遭受過方向和量值不同的多期應(yīng)力作用的巖石，在其再次受力過程中可能出現(xiàn)多個聲發(fā)射頻數(shù)急驟增高點 (圖 2—53)，分別對應(yīng)不同的先期應(yīng)力，這種現(xiàn)象可稱為多期凱塞爾效應(yīng)。n 巖石多期凱塞爾效應(yīng)的產(chǎn)生，是因為對于不同的主應(yīng)力組合，巖石內(nèi)部最易發(fā)生進(jìn)一步破裂的缺陷方位不同，因而遭受過不同方向主應(yīng)力組合作用的巖石，在其內(nèi)部將產(chǎn)生多個與各次受力相對應(yīng)的顯微破裂系統(tǒng)。當(dāng)對這類巖石試件進(jìn)行加壓試驗并記錄其聲發(fā)射現(xiàn)象時，隨著壓力的逐漸增大，每當(dāng)外荷載引起的應(yīng)力達(dá)到與某一期應(yīng)力相等的量級時，與之相對應(yīng)的顯微破裂就開始擴(kuò)展，聲發(fā)射的累計頻數(shù)也就隨之出現(xiàn)一次突增，這就是多期凱塞爾效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)制。 n (3)測量結(jié)果的應(yīng)用n 通過上述討論不難看出，與其它的應(yīng)力測量方法不同，凱塞爾效應(yīng)測量結(jié)果所揭示的，并不是現(xiàn)存應(yīng)力，而是巖體于挽近期所遭受過的最大應(yīng)力。如果在此期間巖體曾遭受過不同應(yīng)力場的作用，則通過多期凱塞爾效應(yīng)，還可揭示出巖體挽近期的受力歷史及每一期主應(yīng)力的方向及其最大值。由凱塞爾效應(yīng)所揭示的最新應(yīng)力場，在方向上必定與現(xiàn)存應(yīng)力場相一致，而在量值方面則可能出現(xiàn)等于或大于現(xiàn)存應(yīng)力的兩種情況。導(dǎo)致出現(xiàn)后一種情況 n 253 區(qū)域地應(yīng)力場的物理及數(shù)值模擬研究 。n 近些年來，由于物理模擬，電算以及有限元方法的迅速發(fā)展，已有可能對通過現(xiàn)場調(diào)研所建立起的區(qū)域應(yīng)力 —形變場發(fā)育的基本模式，進(jìn)行進(jìn)一步物理和數(shù)值模擬研究。n 通過這種研究，不僅可以根據(jù)區(qū)內(nèi)一些點的應(yīng)力實測資料反演現(xiàn)今區(qū)域地應(yīng)力場，建立其現(xiàn)狀的定量化模型，取得不同地段在應(yīng)力 — 形變強(qiáng)度和發(fā)震能力方面的定量關(guān)系，而且可以通過改變外力或邊界條件的系統(tǒng)分析，深入研究區(qū)域地應(yīng)力場的形成演化機(jī)制和規(guī)律，為定量評價巖體穩(wěn)定性及區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性提供科學(xué)依據(jù)。n 模型的建立 n 通過對區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場演變史及現(xiàn)今地應(yīng)力場基本特征的地質(zhì)、地貌研究和部分地點巖體應(yīng)力的實測，應(yīng)對區(qū)域構(gòu)造格架及區(qū)域應(yīng)力 — 形變場發(fā)育的基本特征有了一個總體認(rèn)識。以此為基礎(chǔ)，通過適當(dāng)?shù)暮喕ǜ呕?，建立一個符合實際的地質(zhì) — 力學(xué)模型，是保證模擬研究成功的關(guān)鍵。n 具體說來，模型的建立就是要正確確定模型的下述特征，n (1)模型的范圍、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各部分的力學(xué)參數(shù)，n (2)模型的邊界條件及可能的外力作用方式，n (3)地區(qū)的總體應(yīng)力 — 形變圖象和部分地點的主應(yīng)力方向及大小。n 機(jī)制模擬研究 n 為考察模型建立的正確性和進(jìn) — 步研究作用的基本機(jī)制，比較有效的方法是進(jìn)行相似材料模擬研究。方法的要點是，按抽象出的模式用相似材料制成模型，并于其表面畫上方格網(wǎng)，然后放入專門設(shè)計的裝置中施加外力進(jìn)行變形實驗，在外力不斷增大，變形累進(jìn)發(fā)展過程中仔細(xì)觀察模型中所出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，并以間斷拍照的方式記錄變形發(fā)展的全過程。