地應(yīng)力解除法地應(yīng)力測量原理及技術(shù)之空心包體地應(yīng)力測量原理
圖1 一點的應(yīng)力狀態(tài)(六個應(yīng)力分量)
現(xiàn)場測量原始地應(yīng)力,就是通過現(xiàn)場測試確定巖體的三維應(yīng)力狀態(tài),。巖體中一點的應(yīng)力狀態(tài)可由選定坐標(biāo)系中的六個分量(s x ,s y ,s z ,t xy ,t yz ,t zx ) 來表示,一般情況下,,地應(yīng)力的六個應(yīng)力分量是非零的,,處于相對靜止的平衡狀態(tài),無法直接得知,。因此,,任何一種實測方法都是通過擾動(通常的方法是打鉆孔),打破原有狀態(tài),,在從一種平衡狀態(tài)到新的平衡狀態(tài)的過程中,,通過對應(yīng)力效應(yīng)的間接測量來實現(xiàn)。
力或應(yīng)力物理效應(yīng)是產(chǎn)生應(yīng)變和位移,??梢酝ㄟ^應(yīng)變和位移傳感器將巖體應(yīng)變和位移的變化記錄下來,取得測量數(shù)據(jù),。根據(jù)巖石的本構(gòu)關(guān)系即應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,,建立相應(yīng)的力學(xué)計算模型,由觀測到的應(yīng)變或位移,,就能計算出地應(yīng)力的六個分量或者三個主應(yīng)力的大小和方向,。
由此可見,現(xiàn)場地應(yīng)力測量過程,本質(zhì)上是應(yīng)變或位移的測量過程,。只要具備精巧,、完備測量儀器和測試技術(shù),就可保障應(yīng)變和位移獲得,,而地應(yīng)力結(jié)果的準(zhǔn)確獲得不僅要靠實測應(yīng)變數(shù)據(jù)的可靠,,還有賴于力學(xué)模型,以及由此推演的地應(yīng)力分量的解算公式是否正確,。因為地應(yīng)力值要根據(jù)實測應(yīng)變值,,通過巖石的本構(gòu)關(guān)系計算求得。
應(yīng)力解除技術(shù),,是改變巖體應(yīng)力狀態(tài),,使巖體產(chǎn)生應(yīng)變響應(yīng)的簡捷方法。所謂鉆孔應(yīng)力解除技術(shù),,就是將一段巖石通過取芯(套芯技術(shù))從周圍巖體施加給它的應(yīng)力場內(nèi)隔離開來的方法,。
設(shè)地下某一點的應(yīng)力為s x ,s y ,s z ,t xy ,t yz ,t zx ,主應(yīng)力大小為s 1,,s 2,,s 3 ,與大地坐標(biāo)系 XYZ 關(guān)系用 9 個方向余弦或 9 個夾角值可以*確定,。但在實測中,,鉆孔與巖層、與大地坐標(biāo)總會呈某一角度(仰角或俯角),。設(shè) xyz 為鉆孔坐標(biāo)系,,在該坐標(biāo)系下的地應(yīng)力是實測地應(yīng)力。由此,,只要有了兩套坐標(biāo)系的相對關(guān)系和實測地應(yīng)力的的全部分量,,通過坐標(biāo)變換就可得到 XYZ 坐標(biāo)下的應(yīng)力分量,并由此求得主應(yīng)力的大小和方向,。由空心包體應(yīng)變計所測量應(yīng)力解除過程中應(yīng)變數(shù)據(jù)計算地應(yīng)力的公式為:
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