地应力测量精度及其全要素量化表征研究

韩晓玉,邬爱清,徐春敏

(长江科学院 水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉 430010)

1 研究背景

地应力是地层中未受扰动的天然应力，是地壳应力的统称，是地震预报、采矿、水利水电、土木建筑和交通等地下工程建设的基础资料。天然岩体在特定时空条件下的地应力状态是客观存在的，其数值无法推测，只能通过原地测量确定。美国学者Lieurace于1932年首次进行了原岩应力测量，之后地应力测量方法不断出现，至20世纪90年代，主要测量方法超过10种，测量技术数百种以上[1-2]，之后新方法和技术革新仍不时出现[3-7]。

蔡美峰等[1]将地应力测量方法分为直接法和间接法2类，直接法直接测量各种应力分量并以此计算原岩应力张量，有扁千斤顶法、水压致裂法和声发射法等；间接法测量岩体变形、应变和密度等物理量，依据物理量与应力的关系计算原岩应力，代表性方法为套孔应力解除法。国际岩石力学学会(International Society for Rock Mechanics，ISRM)、美国材料实验协会(American Society for Testing Materials，ASTM)和国内规程均将套孔应力解除法和水压致裂法作为推荐方法[8-12]。前者有孔径变形法和孔壁应变法，代表性元件为美国USBM孔径变形计、南非CSIR三轴应变计和澳大利亚CSIRO空心包体应变计，后者起源于20世纪60年代，是世界范围内应用最广泛的测量方法。

目前，川藏铁路等埋深大、地质条件复杂的工程建设对地应力测量工作提出了高要求，但表征地应力测量准确度的测量精度存在以下问题：

(1)测量技术的测量精度无权威答案，存在孔壁应变测量结果被质疑、水压致裂测量结果计算有争议[13]和新方法、新技术准确度无法衡量的情况。……