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1、了(19 8 8),4,357一388Ch ineseJo urnalRo ekMe ehaniesandEng ineeringVo1.7No.419 8 8国际岩石力学学会试验方法委员会确定岩石应力的建议方法目录技木介绍:方法l:采用 扁 千 斤顶确定岩石应力的建议 方法.方法2:采 用 水压致裂技术确定岩石应力的建 议方法.方法3:采用U SBM型钻 孔变形 计确定 岩石应力的建议 方 法.方 法4:采 用CSI R或C S IRO型 具有9个或1 2个应变 计确定 岩石应力的 建议 方法.联合协调人从姆(K.Ki:,;关国)和弗兰克林(J.刀一尸1 aok li“;加拿大)对这 些建
2、议 方法的起草和审稿 做 出贡献的有以下人员:保霖(月.J.B。: 。ling;澳大利亚)勒孔蒂不1帕尔梅(P.LoCo。,。a,2 1J.H.L.Pal,; er;加拿大)柯乃特(F.Co1 ne t;法国)吕巴奚(R.Ribaechi;意大利)十五铃木 (K.Su z诚i;日木)查卢阿格拉卡 (J.C/ l山,:粕弃r aou;葡萄牙)冯海 登(砰.L.不尸a nHoe rdo n:南 非)布加纳逊,B卫杨和D斯旦芳桑 (B.B a:n aS O。,B.L e i o。aodD一夕teP一人a:o 。;瑞典)一9a8年4月2日收到译稿358岩石力学与工程学报Vol.了伊格,H格罗巴和K柯瓦
3、里(尸.刀g口。,H.Gr ob。:dK.Ko二ar l ;(瑞士)威厄哈姆(B.子厂a:eha,7 :;英 国)阿格逊(J.A.Ag gs on );本格斯(D.C.Ba,:k:);克 莱默(M.L.Cr an :。,);多埃(T.不 卜一D。的;格莱 乔 埃(E.C.Gr eg。:y);海 姆 逊(B.G.Hain,:o。);米 $ ) J(砰.几 丁111。r);以及 尼高松(G.Nichol:o,;)(美国)等1 1个国家的 2 5人*前蔺实 验室和现 场试验标准化委员会,后来改名 为试 验方 法委员会系初建于19 6 7年.在国际岩石力学 学 会(ISRM)全体成 员 中征 求意见的
4、结 果表明、大 家普遍希望 试验 方法要标准 化.试验 的描 述与其标准 化的重要点相一 致.而研究性的试验 包括许 多岩石物理 性试 验,则不列入标准 化范围 之内.本 文件是试验 方法委员会一个工作组的成果.该组由一大批人员组 成,其 中包括现场试 验的委员会的一 些成 员,具体名单见首 页.大部份的工作是用 通讯的方 式,由加拿大的 弗兰克林博 士(19 83年以前)和美国的基姆 博士(19 83年以后)进行协调 完成的.提 出这 些建 议方 法的目的是 想对确定岩石应力的试验方法做些规 定,并在一 定 程度上实现标准 化.但这 并不阻止对 技术的发展和改进.对 本建议有兴 趣 或有改进
5、意见者,请来 信.来 信可 寄:国际岩石力 学学 会秘 书处,Laborator/0Naeional d召E月geha了iaCi口11,201月:,e nid:deBra sil,P一l了9 9Li:bo aCodc%,Po,t:gal.确定岩石应力的建议方法技术介绍地一 岩体 都遭 受压应力,一 般 随埋深而增加,但其增一长率 却随各种因素而变.世 界各地的实 地应 力 资料表明,铅 垂 向的应力 变化 较之水平 向的 应力具 有更 大的可预测性,因为铅垂向的 应力主要是受 覆盖层重 量 的影响.当在 岩体 内开 挖 时,岩休的天然 应力状 态局部将 受到 扰动,而达到新的平衡状态.由各 种
6、人为因素造成开挖周围的岩石应 力称“次生应力”( , ,山二汀:幻。:).与之相对 应实际只列出2 3个姓名译注国际岩石力学学会试验方法委员会确定岩石应力的建议方法3 59的则是“初 始 应力”(。irgfnst:e s:)或绝对应力”(absol,testress),它描绘了岩体原始 的、未 经 扰动 的应 力状态.这 种天然的应 力状态 常简称为“原 地 应力”( i。:i t。:t二:、).木 文介绍的这些建议力 法主要 是处 理这种 天然应力状 态.地下 的原 地 应力有时是很 大 的(相对于岩体的强度而言),由此而 引 起 岩 爆、裂开、弯曲、隆起 或 其它地层控制 问题.在 这 样
7、的情况下,了解原 地 应力状态,对 在岩 休内工程结构的设计和施工 尤为重要.即使在有些 应力影 响并不很大的场合,原 地应力对地下结 构 最优 化的形状、方 位和布置以及 支护 系统 的效果和 造价都会有很大的影响.影 响原地 应力 大小和方 向的 因素包 括有:上 覆材料的重 量、地质构 造(局部的和区域的)、地 壳的构造 力、残 余应力和热应力.由于这 些因素与原地应力之间 关 系的复杂性,通 常很 难可靠地 估计岩石应力.此外,由于应力不 能直 接量测 出来,所以确定 岩石应 力的技术 员依 靠测量岩休扰动 引起的某些反应(例如 位 移、应 变、变 形).在 应力扰动区(如 隧洞的洞壁
8、)测到岩石的反 应,是 从开 挖洞室 围 岩向 外移动 推算而得的,这种 推算是通过 数字 模型 或分析技 术而得;或者通过量测深入到岩体非扰 动区的钻孔来进行.当采用钻孔时,确定应力的方法中必须考虑到由于钻孔造成的扰动.许多人为了寻 求一 种 测量原 地应 力可靠的测试方 法已尽了努力.廷塞林(T,:c elf,)4、奥勃特(O bert)等3、海姆逊(Ha了m:o。)和弗厄赫 斯特(Fai:hu:st)以及里曼(Le e脚an )“已为应力量测 方法的发展 做 出了有意义 的、开拓性的努力.在建议 的方 法中,有三种方法已被普遍 接受,它们是:扁千斤 顶 法、套孔法和水压致裂法.木“建议方
9、 法”中提 出的 技术,是以在 岩土 力学 界接受和应用的程度为基 础来选定的.因此也反 映了对已有各种 技术的 理论基础相 对接 受的程度;还反映了对从实验室 研究、野外 研 究和工 程 实践 中总结 出来 的这 些方法可信 的程度.应 该强调的是,这些确定 岩石应力 的方 法都是互相补充 的.如 果不 考虑特 殊的应用,则每一 种方 法都有不 同的 优点和缺点.而且希望继 续发 展量测技术和资料整 理方 法,以保 证岩石应力确定方 法提高精度和可信度,并因此 而解 决现有的困难和 测不准性.本文于1 986年1月1 3日收到.参考文献1.Haims o nB.C.andFairhurstC
10、.Initiat主o nandexten sionofhydra uliefra etu r e sinr oek.So e.Petrol.Engr sJ.7,310一3 15(1 067).2.Le emanE.R.TheCSIRdo orsto ope ra ndtriaxialro ekstr essmeasu ringin struments.Pr oe.ISRMSymp.o ntheDeterm in atio nofStr e sse sinRoekMa s s e ,pp.5 78一61 6,L.N.E.C.Li,bo n(1969).3.obe rtL.MerrillR.H.a
11、ndMo rganT.A.Boreholedefo r皿ationfordete rminin艺 thestre ssinminero ek.U S BMRl5 975(1962).4TineelinM.E.Me s ure sdepres sionsdete rrainsda nslesmin esdefo rdele st.An nlsInst.to eh.Batim.58,9 72一900(1952).036岩石力学与工程学报Vol.7方法1:采用扁千斤顶技术确定岩石应力的建议方法“范围1.(a)这个方 法是要确定 平行和靠 近开挖 出露的 岩石表面 的岩 石应力.由于 每 次量测只能确
12、定一个方向的应力,因此要确定应力张量,至少需要在各个独立方向进行六次测月毛。(b)这个方 法包含观测 位于槽 的两 侧许多对测针的 移动,当开槽时,及其后来向槽内加压 时测针位置 的 移动.(C)即使在破 碎的 岩石中,也 可以进行量测.只要有可能切割 出槽,并 且在安装扁千斤顶 的整个过程 中槽 能保持张开 就行.(d)这个方 法也可用于非可逆的弹性材料或非各向同性材料.但为使成 果有效,须 进行校正.*仪器2.(a)扁千斤 顶是由两块薄钢 板或其它适 当材料绕其周边焊 接而成,形如一个扁平的、面积至少0.1米2的 气囊、_目有与油管和泄 油阀相联的一个进油咀结 合在一 起.扁千斤顶形 状
13、的选择取决于选 用切割槽的 方 法“.在焊接 扁千斤顶的 周边和进油 咀时 应特 别小心,以使千 斤顶在安装和满 注试 验压力 时,既有一 定扩 张的 柔性又不 致泄漏.(b)附有稳 压器的液压 泵.它可以是 手动 操作或电动 操作.估 计应 力的 测压 计精度至少 应达到5肠.由高压管 路联 接的 系统,应在所 要求的 量程 范围内能保持压 力至少达5分钟.(。)用灌 浆 固定两对 或两对以上 的 测针于扁千斤顶槽两侧的岩石钻 孔中.典型的测针直径为12mm,长15 0m m,实际尺寸可按 岩石性质而 定.每 一 测针的 露 出端和两测针之间的距 离(d )(图O应与测量仪器相 适应(见Zd
14、节).除测针一表面测量外,还可设置钻 孔量测设 备(应 力计).如 遇靠 近 表面部份的 岩石因开挖工艺而 遭破坏 时,最好是避开 这些破坏了的 岩石,而量测一 定深部的 位移.(d)一个可拆卸的机械式或电动 式位 移计,其平均 长度在150和2 2omm之间;或者是,对较大的 扁千 斤顶而 言,是千斤 顶尺寸一的1/ 3到1/2.量程至少为smm.每 次 读数变化应当是0.0胆m m或更好些.角标号码是指各方法正文后的注解号 二“F lat jackTec hn iq。e”扁千斤顶技术,“扁千斤顶”在我国俗称“压力枕”,此法又称表面应力恢 复法一校注国际岩石力学学会试验方法委员会确定岩石应力
15、的建议方法(一二%欲之冬公蕊液压了日1一一一一一一一一一一一一一一一一一一一丫. - - - ! ! ! _ _习习 ! ! ! ! ! ! ! _习习!曰姚优水左夏、开挖时问-一扁千斤顶且少;一止图1.扁千斤顶试验 2.(a )扁千斤顶;(b )试验布置;(c)测针分离距与掏槽及扁千斤顶压力关系曲线(注意查核补偿 压力Pc的位置).Fig.lTheflatjaekte st3.(a)F latjaek.(b)Te ,t。onfigur ati。 n.(c)PinseParationvsslote xeav atio nandflatja ekPr e s su r e.(notieeiden
16、tifieatio nofe a n e ellaionPressu r e.pe).(。)切割扁 千斤顶槽 的工 具是 适用于岩石的钻 孔或 岩锯“.掏 槽 的方 法可采用 搭接式的钻 孔(象缝纫的针眼那样),也可用园盘锯或 线锯.若采 用搭 接式钻孔时,钻孔直 径不应超 过4 0m m,而 且孔与 孔的搭接应当是直 径 的1/3至1/2.(f)安装 支架、模板、夹具,还有其它用于保证 测针的 钻孔和安 装测 针以及切割埋 没千斤 顶槽的准确的 设备.(g)若用灌浆、浆材以及灌浆设备安装测针和扁千 斤顶 时“.灰 浆的抗 压强度 应与所 试验 岩石的 强度相接近,通 常采用波特兰水泥或环 氧树 脂.由于后 者能较 快地达到最高强度,一 般用 于 锚固测针.步骤地点选 举3.(a)为试 验选 择岩石的区
