什么是围岩应力？微观应力测量方法(1/1)

首发：~什么是围岩应力？微观应力测量方法

围岩应力是指地下洞室周围岩石中单位面积上的内力强度，是判定围岩稳定和洞室安全的重要因素。它是原岩应力受开挖扰动后重新分布的应力状态，可通过理论分析、模型试验和现场量测确定。

确定围岩应力大小常用方法有：理论分析、模型试验和现场量测。现场常采用表面应力解除法、钻孔应力解除法与应力恢复法等量测；室内可通过光弹模型试验和离心模型试验确定围岩应力场。

钻孔应力解除法可测岩体三维地应力，精度高但受钻孔质量限制。应力恢复法读数直观，操作简便，但仅能测得围岩表面一个方向的应力值，测量深度受限，且所获为二次应力非原岩应力。

在应力恢复法中，仅能测得围岩表面一个方向的应力值，因为扁千斤顶不能对槽壁施加张力和剪力。其测量深度受限，是因为该方法仅能测得围岩表面的二次应力，且需要大量细致的野外工作，难以深入进行。

应力恢复法的测量深度一般较浅，通常仅能测得围岩受扰动范围的二次应力，量测深度一般在30m~50m范围内。由于岩壁上开槽的限制以及扁千斤顶加压恢复的局限性，导致该方法难以深入测量更深层次的原岩应力。

是的，应力恢复法的测量深度会受到其他因素的影响。例如，岩体需完整且不受岩石晶粒粗细及微裂隙的影响；应变计的粘贴和防潮技术复杂程度，尤其孔中有水时会增大难度；还需使用间接测得的岩石弹性模量来计算应力，这也会影响精度。

微观应力测量是材料科学、工程力学等领域中重要的实验技术，用于评估材料在微观尺度上的力学性能。关于微观应力测量方法，以下是一些常用的方案：

一、x射线衍射法

基本原理：当x射线照射到晶体上时，会发生散射现象。由于晶体的微观结构（原子、分子或离子的排列）具有周期性，这使得散射波中与入射波波长相同的相干散射波互相干涉，在某些特定方向上互相加强，形成衍射线。通过测量这些衍射线的位置和强度，可以推断出晶体的结构和应力状态。

残余应力测量：对于多晶体材料，宏观应力实际上是相应区域里晶格应变的统计结果。通过x射线衍射法测出晶格应变后，根据弹性理论，可以联系晶格应变量与残余应力值，从而求得平面状态下样品表面残余应力值和晶格应变量的关系式。

sin2ψ法：这是计算残余应力的常用方法。在测试过程中，需要调整并选取多个ψ值进行测量，然后用软件拟合，求得斜率与截距，进而计算残余应力值。

二、电阻应变计法

工作原理：电阻应变计是基于应变导致电阻变化的原理来工作的。将电阻应变计粘贴在被测物体表面，当物体受到载荷时，应变计会发生形变，导致其电阻值的变化。通过测量电阻值的变化，可以确定应变大小，进而推算出应力。

类型与应用：常见的电阻应变计有金属应变计和半导体应变计。金属应变计主要适用于动态应变测量，而半导体应变计则适用于静态及高温应变测量。

三、光弹性法

基本原理：光弹性法是一种利用光的干涉原理来测量应力和应变的方法。它通过观察并记录干涉条纹的变化来推算出应力和应变的分布情况。

设备与优点：光弹性法常用的设备包括维尔贝克（disc-more）干涉条纹法和技巧干涉条纹法等。这种方法的优点是非接触性，适用于复杂形状和高温等特殊条件下的应变测量。

四、其他方法

除了上述方法外，还有一些其他微观应力测量方法，如中子衍射法、穆斯堡尔谱法等。这些方法各有特点，适用于不同的材料和测量条件。例如，中子衍射法特别适合于测量大块材料的内部应力分布；而穆斯堡尔谱法则可以用于研究材料中原子核周围的局部环境和应力状态。

综上所述，微观应力测量方法多种多样，选择哪种方法取决于具体的测量需求、材料类型和实验条件。在实际应用中，需要根据具体情况综合考虑各种因素来选择最合适的测量方法。