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地应力预算依据地下空间的办法

发布日期:2019-06-14  来历:地质论评  作者:王成虎  阅读次数:732
 

地应力预算依据地下空间的办法

5.1 扁千斤顶法

扁千斤顶法是丈量岩壁外表应力的一种办法, 也称岩体外表应力康复法, 该办法首要在二十世纪五十年代在法国运用, 由Mayer等 (1951) 、Tincelin (1951) 首要提出, 后来Panek (1961) 、Panek和Stock (1964) 、Hoskins (1966) 、Merrill等 (1964) 以及Rocha等 (1966, 1971) 对这种办法又进行了很多的改善。到了20世纪60年代今后, 文献中有很多关于运用扁千斤顶法丈量原地应力场的报导 (Amadei and Stephasson, 1997) 。该办法也是是世界岩石力学学会试验办法委员会岩石应力丈量的引荐办法之一 (Commission on testing methods of IRSM, 1988) 。首要在丈量点依照特定规矩埋设丈量元件, 一般埋设在预订丈量槽的两边, 埋设结束后, 在预订方位开挖丈量槽, 一起监测丈量元件所反响的开挖进程中岩体的变形行为 (位移或应变量) , 再在槽中埋设压力钢枕, 丈量压力钢枕施压引起的变形, 直至能抵消由凿槽引起的变形和该压力下的剩余变形时, 相对应的压力钢枕压力值便是窄缝槽中垂线方向的围岩法向应力值 (Commission on testing methods of IRSM, 1988) 。当拓宽到三维地应力丈量时, 一般需求在洞室断面岩壁上不同部位安置6个测点, 测验设备及测点安置如图12所示。该办法在20世纪60年代时十分盛行, 到现在依然有人在运用该办法。依据Amadei和Stephasson (1997) 的介绍, 从该种办法提出到20世纪60年代展开成熟后, 除了在部分技能细节方面的部分改造, 该办法后来的30多年里根本没有什么大的展开改变。与此一起, 对该办法进行恰当批改, 还能够用于测验岩体的弹性模量。

扁千斤顶法丈量地应力有以下缺乏: (1) 该办法只能丈量地下洞室围岩外表的地应力, 而围岩外表的应力简略遭到洞室开挖工艺、围岩二次应力场等要素的影响; (2) 围岩外表的结构面和岩体的各向异性对测验成果影响较大, 并且不简略消除; (3) 因为加载工艺的问题, 千斤顶施加的应力不是抱负均匀状况, 一起应力加载进程与免除进程或许并不共同; (4) 在一些软岩中展开试验时, 切槽进程中的蠕变现象对测验成果影响显着。这种测验办法的长处也很显着: (1) 能够直接测验地应力, 并且无需知道岩石的弹性模量; (2) 测验设备简略、经用、安稳; (3) 所测得的应力是依据一个平面的均匀应力, 包含的体积达0.2~2m3, 一起对岩体的扰动相对较小。

5.2 外表应力免除法

平面应力丈量法是最早的应力丈量办法, 早在20世纪初就有工程师运用这种办法丈量土木结构组件内部的应力。外表应力免除法是在测验点设备变形丈量设备, 一般选用几组固定的丈量元件, 成对依照特定形状规矩固定, 然后在丈量元件周边展开岩体切开或许小型开挖作业, 在这一进程中, 监测丈量元件之间间隔的相对改变, 从而得到开挖进程中丈量点岩体的变形量, 一起求得该区域岩体的弹性模量, 就能够预算丈量点原地应力状况。这种办法在应力丈量展开的前期起到了很大的作用, 近年来该办法的运用率现已很低了。Mathar (1934) 、Amadei和Stephasson (1997) 对外表应力丈量进行过体系地总结, 可参阅。应力丈量展开史上最为闻名的外表应力丈量作业是Lieurance (1933、1939) 在美国内华达胡佛大坝坝基中所展开的应力丈量实践。外表应力免除能够分为小型岩体切开法 (Merrill, 1964) 、平行钻孔法 (Habib, 1971) 和中心钻孔法 (Duvall and Tsur-Lavie, 1974) 三种,

外表应力免除法在应力丈量展开前期起到了很大的作用, 可是这种办法也有很大的局限性, 包含 (1) 丈量环境对应变计或许丈量柱影响较大, 例如湿度、尘埃和地下温度等; (2) 与扁千斤顶法相似, 平面应力免除仅能丈量地下洞室围岩外表的地应力, 而围岩外表的应力简略遭到洞室开挖工艺、围岩二次应力场、洞室外表应力集中等要素的影响, 一起围岩外表的结构面和岩体的各向异性对测验成果影响较大, 并且不简略消除; (3) 这种办法测出的仅仅岩石外表的两个主应力, 归于平面应力丈量。

5.3 反剖析法

 

地下空间开挖后, 周边围岩必然会变形, 并且这种变形十分显着, 只需细心观测地下空间围岩的变形进程, 并求得地下空间围岩的岩体弹性模量或许变形模量, 就能够预算工程区的原地应力场状况, 一般人们称这种办法为反剖析法。Zajic和Bohac (1986) 、Sakurai和Shimizu (1986) 首要提出了这种地下空间反剖析办法。首要在地下空间一个或许多个断面上监测位移, 并运用数值剖析办法 (有限元或许鸿沟元) 将其与区域应力场联络起来, 这一进程需求假定岩体特点参数以及这些参数随深度的改变规则。Zou和Kaiser (1990) 还提出了针对二维问题的反剖析办法, 后来Wiles和Kaiser (1994) 将这一办法拓宽到了三维, 这种办法中是首要在岩体中预埋设应变仪、弹性仪、闭合仪、倾斜仪等位移或许应变观测设备, 然后观测后续开挖进行时这些仪器的记载呼应, 从而运用数值剖析法 (三维有限元或许三维鸿沟元) 来剖析区域应力场。Martin (2003) 以为, 在深部高地应力区开挖进程中, 依据地下空间变形的反剖析法得到的原地应力状况更为精确, 可是一般科技人员轻视该办法的价值。

 
 
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