【正文】 巖體初始應力水壓致裂法及應力解除法的基本原理作一般了解； 三、 內(nèi)容講解 ： 一、巖體初始應力的基本概念 (一 )初始應力狀態(tài)的概念與意義 所謂巖體的初始應力，是指在天然狀態(tài)下存在于巖體內(nèi)部的應力。 巖體的初始應力主要是由巖體的自重和地質(zhì)構造運動所引起的。因此，巖體中每一單元的初始應力狀態(tài)都是隨該單元的位置不同而有所變化。因此，對于巖石工程來說，主要應考慮自重應力和地質(zhì)構造應力。 A. 巖體的初始應力是由巖體的自重和地質(zhì)構造運動引起的； B. 地形、地震力、水壓力、熱應力等因素不會產(chǎn)生地應力； C. 巖體中每一單元的初始應力狀態(tài)與該單元的位置無關； D. 對于巖石工程而言，主要應考慮自重和地質(zhì)構造應力； 答案 : D 【例題 2】巖體的的初始應力主要由下列哪些因素引起（ ）。巖體在開挖以后，改變了巖體 的初始應力狀態(tài)，使巖體應力重新分布，有可能使得巖體中某些部位形成應力集中，從而引起巖體的變形或破壞。洞室的開挖引起圍巖的應力變化，這將影響洞室本身的穩(wěn)定狀態(tài)。合理地設計支護結構，確定經(jīng)濟合理的襯砌尺寸，都與巖體的初始應力狀態(tài)緊密相關。 (二 )巖體初始應力場及其計算 1. 巖體自重應力場 巖體自重應力場的計算，大都是建立在假定巖體為均勻連續(xù)介質(zhì)基礎之上的。設巖體為半無限體，地面為水平面，距地表深度為 H 處，有一單元體，其上作用的應力 【例題 3】某場地土層自地表以下 20m 深度范圍內(nèi)均為粉質(zhì)粘土，地下水位在地表以下10m 處，水位以上土的天然重度 ＝ ，飽和重度為 KN/m3，試確定： 地表以下 10m 處土的自重應力值為（ ）。 A. 279kpa B. 302kpa C. 129kpa D. 237kpa 答案： D 【例題 4】在地下某深度處，巖體自重應力場中，垂直應力為 2021kpa，水平應力為 500kpa，則該深度處的側(cè)壓力系數(shù)為 ( )。每層巖層的厚度依次為 hl， h2， ? ，hi? ， hn，各層的重力密度依次 分別為 y1， y2， ? ， yi? ， yn，則巖體的自重初始應力為 : 國外有 資料說明，工程的現(xiàn)場量測結果中，側(cè)壓力系數(shù)并不符合海姆假說。 如果巖體由松散的碎石、砂及卵石組成，可以近似地認為巖體是理想松散介質(zhì)，可由松散介質(zhì)極限平衡條件來建立垂直應力與側(cè)向應力的關系： 【例題 6】對于理想的松散巖體，其側(cè)壓力系數(shù)的大小只與巖體的（ ）有關。 答案： C 實際破碎巖體一般不能視為理想松散介質(zhì)，而把它看作為具有一定粘聚力的松散介質(zhì)。在各個不同的地質(zhì)年代里，都有不同的地質(zhì)構造運動發(fā)生，地質(zhì)構造運動過程一般需要很長時間。各種復雜的地質(zhì)構造就是在長期的地質(zhì)構造運動作用下形成的。在地質(zhì)構造應力場作用下，使巖體產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，因而使巖體中儲存著彈性能，巖體的塑性變形使部分能量轉(zhuǎn)化為熱能與位能，或者由于巖體的流變特性，使得構造應力場中的地質(zhì)構造應力得以部分釋放。當 巖體中的應力達到強度極限，巖體產(chǎn)生破壞。若巖體中的應力尚未達到強度極限，但由于巖體的流變特性，也會使構造應力部分消失。 【例題 9】在地質(zhì)構造運動過程中，巖體當中的儲存的能量是通過哪種方式形成的（ ）。 A. 自重應力 B. 構造應力 C. 地震力 D. 熱應力 答案： B 因此，巖體構造應力可以分為現(xiàn)代構造應力及地質(zhì)構造殘余應力。 目前，巖體的構造應力尚無法用數(shù)學力學的方法進行分析計算，而只能采用現(xiàn)場應力量測的方法來求得。因為各種形態(tài)不同的地質(zhì)構造是各 地質(zhì)歷史時期的構造運動的產(chǎn)物。根據(jù)各種地質(zhì)構造的分布和組成規(guī)律，分析歷次構造運動，特別是近期構造運動，確定最新構造體系，進行地質(zhì)力學分析，就可以根據(jù)構造線確定構造應力場的主軸方向。但這種地形的影響只是在地表下一定深度范圍內(nèi)較明顯。山谷的谷底的應力由于凹口的應力集中而很大。 圖 1537 顯示了地形對巖體初始應力影響的另一特征。而斜坡的垂直方向上應力則幾乎等于零。在山谷的尖槽底下，則現(xiàn)場應力會很大，接近或達到巖石強度。 A. 谷底 B. 斜坡 C. 山頂 D. 斜坡上凸處 答案： A 2)地質(zhì)條件對自重應力的影響 地質(zhì)構造對自重應力也有影響。也可以推測，在向斜的兩翼會出現(xiàn)應力降低、而在向斜核部顯示出應力增大的現(xiàn)象。 A. 翼的端部 B. 翼的中部 C. 褶曲中部 D. 褶曲部位 答案： B 【例題 14】在向斜褶曲中，初始應力最大的部位是（ ）。由于斷層兩側(cè)的巖塊形成了應力傳遞，使上大下小的楔體 A 產(chǎn)生了卸荷作用，致使地應力降低；而下大上小 的楔體 B 產(chǎn)生了加荷作用，致使應力升高。 3)水壓力和熱應力 存在于巖體裂隙或孔隙中的水，靜止時呈現(xiàn)靜水壓力，流動時產(chǎn)生動水壓力。巖體中地下 水位的升降，可引起巖體重量的減少或增加，因此，靜水壓力要視具體情況具體分析其產(chǎn)生的作用。這種力對巖體工程的影響較小，一般可不予考慮。 A. 靜水壓力 B. 動水壓力 C. 靜水壓力和動水壓力 答案： A 巖體受局部加溫或冷卻會產(chǎn)生膨脹或收縮，這樣，會在巖體內(nèi)部產(chǎn)生熱應力。此外，隨著巖體的埋深增加，地溫也會逐漸上升，地溫升高也會使巖體內(nèi)部地應力增加，一般地溫梯度 =3℃ ／ l00m，巖體的體膨脹系數(shù) 約為 105，一般彈性模量 E=104MPa，所以，地溫梯度引起的溫度應力約為 式中， H 為研究點深度 (m)。在深度相同的情況下，約為垂直重力應力的 1／ 9 左右，并且呈靜水壓力狀態(tài) 【例題 16】巖體的地溫應力是壓縮應力，隨深度的變化 規(guī)律為（ ）。巖體應力量測還可以是預報巖體失穩(wěn)破壞以及預報巖爆的有力工具。前者是為了測定巖體初始地應力場，后者則為測定巖體開挖后引起的應力重分布狀況。 巖體應力量測可以在鉆孔中、露頭上和地下洞室的巖壁上進行，也可以在地下工程中根據(jù)兩點間的位移來進行反算而求得。每種方法都有不同的優(yōu)點和缺點，可以相互取長補短。所以，每一種應力量測技術都要擾動巖石，以便產(chǎn)生能夠進行現(xiàn)場量測的 “ 量 ”( 大部分是測量位移值或應變值 )，然 后根據(jù)一定的理論模式進行分析計算。因此，對某個測點進行位移量測，并根據(jù)某種理論模式進行計算以后，還必須根據(jù)開挖或鉆進的方法和尺度，進行修正。 【例題 17】通常應用較多的巖體初始應力量測方法當中不包括（ ）。 A. 在鉆孔中進行 B. 在露頭上進行 C. 模擬真實環(huán)境進行 D. 在地下洞室的巖壁上進行 答案： C 【例題 20】在對巖體初始應力進行量測時，所測量的成果為（ ）。 (二 )水壓致裂法 1．方法原理及技術 水壓致裂法的基本點是通過液壓泵向鉆孔內(nèi)擬定測量深度處加液壓。壓裂點上、下用止水封隔器密封，其結構如圖15310 所示。 各特征壓力的物理意義注釋如下： P0— 巖體內(nèi)孔隙水壓或地下水壓力； Pb— 注入鉆孔內(nèi)液體壓力將孔壁壓裂的初始壓裂壓力； PS— 液體進入巖體內(nèi)連續(xù)地將巖體 劈裂的液體壓力，稱為穩(wěn) 定開裂壓力； Ps0— 關泵后壓力表上保持的壓力，稱為關閉壓力。 Pb0— 停泵后重新開泵將裂縫重新張開的壓力，稱為開啟壓力。在式 (15323)的基礎上，可以通過分析的方法來初步解決。只需用普通鉆探打孔，用雙止水裝置密封，用液壓泵通過壓裂裝置壓裂巖體，不需要復雜的電磁測量設備。只通過液壓泵向鉆孔內(nèi)注液壓裂巖體，觀測壓裂過程中泵壓、液量即可。它可根據(jù)壓裂時泵壓 (初始開裂泵壓、穩(wěn)定開裂泵壓、關閉壓力、開啟壓力 )計算出地應力值，不需要復雜的換算及輔助測試，同時還可求得巖體抗拉強度。所測得的地應力值及巖體抗拉強度是代表較大范圍內(nèi)的平均值，有較好的代表性。這一方法不需要電磁測量元件，不怕潮濕，可在干孔及孔中有 水條件下作試驗，不怕電磁干擾，不怕震動。但它存在一個較大的缺陷，即主應力方向定不準。 A. 主應力方向定不準 B. 設備簡單便操作性較差 C. 試驗時怕電磁干擾，怕震動 D. 測量時較復雜 答案： A (三 )應力解除法 應力解除法是巖體應力量測中應用較廣的方法。同時，該單元 體的幾何尺寸也將產(chǎn)生彈性恢復。 應力解除法的具體方法很多，按測試深度可以分為表面應力解除、淺孔應力解除及深孔應力解除。有關這三種測試方法請參見 “ 工程巖體試驗方法標準 ” 中巖體應力測試章節(jié)在此不作介紹。 A. 應力解除法 B. 應力恢復法 C. 水壓致裂法 答案： A 三、巖體初始應力狀態(tài)的主要分布規(guī)律 (一 )垂直應力隨深度的變化 巖體天然應力的垂直分量，一般認為等于該點的上覆巖層的質(zhì)量 。 【例題 23】垂直應力隨深度的變化規(guī)律為（ ）。 【例題 24】水平應力隨深度的變化規(guī)律為（ ）。在接近地表及淺層 地層中，所測的地應力資料統(tǒng)計表明，大多數(shù)的實測結果表明了比值 K1，即水平應力 垂直地應力。測量地區(qū)不同，臨界深度也不同。在南非和日本曾測得臨界深度為 500m 左右；在美國的水壓致裂法測定資料表明，臨界深度為 1000m 左右。 A. K1 B. K＜ 1 C. K＝ 1 答案： A (四 )兩個水平應力之間的關系 當然，有時出現(xiàn)兩個水平應力相等的情況，這主要在構造簡單，地層平緩的地區(qū)。 A. σ Hy／ σ Hx ＞ 1 B. σ Hy／ σ Hx ＜ 1 C. σ Hy／ σ Hx ＝ 1 答案： B 【例題 27】在構造簡單，地層平緩的地區(qū)，兩個水平應力之間的關系為（