岩土中的应力测量
土体中的应力(工程岩土)
基底压力的 分布形式十 分复杂
基础尺寸较小 荷载不是很大
简化计算方法：
假定基底压力按直线分布的材料力学 方法
21
基底压力计算
（一）中心荷载下的基底压力
中心荷载下的基础，其所受荷裁的合力通过基底形心。基底压力假定 为均匀分布，此时基底平均压力设计值P(kPa)按下式计算：
F G P A
式中：F—作用任基础上的竖向力设计值(kN)； G—基础自重设计值及其上回填土重标准值的总重(kN)；
cx cy K 0 cz
xy yz zx 0
式中:K0―比例系数，称为土的侧压力系数或静止土压力 系数。
地基中自重应力的计算
1.计算公式
均质地基
竖直向： sz z
sz W A zA A z
K0 1
水平向： sx sy K 0 sz
p0 p c p 0 d
式中：p —基底平均压力设计值(kPa)； c—土中自重应力标准值，基底处: c 0 d (kPa) 0—基础底面标高以上天然土层的加权平度， 0 i hi / ， hi 其中地下水位下土层的重度取有效重度； d —基础埋深，必须从天然地面算起，对于新填土场地则应 从老天然地面起算，d=h1+h2+...+hn(m)。
•土质点或土单元不可能有侧向位移侧限应 变条件； •任何竖直面都是对称面 应变条件
z
sA sB
y x 0;
xy yz zx 0
6
土体中应力状态 发生变化
引起地基土的变形，导 致建筑物的沉降，倾斜 或水平位移。 当应力超过地基土的强 度时，地基就会因丧失 稳定性而破坏，造成建 筑物倒塌。
岩土工程力学性质实验参数测定法
岩土工程力学性质实验参数测定法岩土工程力学性质实验参数测定法是一种用于测定岩土工程中的力学性质参数的方法。
通过准确测量和分析岩土材料的力学性能，可以为工程设计、施工和安全评估提供可靠的依据。
本文将介绍几种常用的岩土工程力学性质实验参数测定法。
一、岩土材料的抗压强度测定法岩土材料的抗压强度是评估其承受力和稳定性的重要参数。
常用的抗压强度测定方法有单轴抗压试验、三轴抗压试验和剪切试验等。
单轴抗压试验是将岩土样品放置在闭合的压力室内，沿着样品的轴向施加均匀的垂直荷载，通过测量荷载和变形的关系，确定其抗压强度和变形模量。
三轴抗压试验是将岩土样品裁剪成规定形状的圆柱体，将其放置在三轴压力容器中，施加均匀的轴向荷载和周向侧压力，测定应力-应变关系，进而确定抗压强度和剪切强度。
剪切试验是为了确定岩土材料的抗剪强度和剪切变形特性。
常用的剪切试验有直剪试验、剪切筒试验和剪切盒试验等。
通过施加不同的剪切载荷和变形，测定岩土材料的剪切强度和剪切模量。
二、岩土材料的渗透性测定法渗透性是指水分在岩土材料中传递和渗透的能力。
渗透性是岩土材料的一个重要物理性质，对于岩土工程的建设和维护具有重要意义。
常用的岩土材料渗透性测定方法有恒压渗透试验、恒流渗透试验和三水头渗透试验等。
恒压渗透试验是将岩土样品放置在渗透仪器中，通过施加恒定的压力，测量流量和渗透压差，从而计算材料的渗透系数。
恒流渗透试验是将岩土样品放置在渗透仪器中，通过施加恒定的流量，测量渗透压差和时间，从而计算材料的渗透系数。
三水头渗透试验是通过施加不同水头高度，测量渗透压差和时间，从而计算材料的渗透系数。
三、岩土材料的抗剪强度测定法岩土材料的抗剪强度是分析和设计岩土工程的重要参数。
常用的抗剪强度测定方法有直剪试验、剪切试验和三轴剪切试验等。
直剪试验是将岩土样品放置在闭合的剪切仪器中，施加相等而相反方向的剪切荷载，通过测量剪切应力和剪切应变的关系，确定其抗剪强度和变形特性。
岩土工程中的地基承载力检测方法
岩土工程中的地基承载力检测方法岩土工程是土木工程中的一个重要分支，涉及土壤和岩石的力学性质以及与建筑物或其他结构相互作用的问题。
地基承载力是岩土工程设计中关键的参数之一，是指地基土壤或岩石所能承受的最大荷载。
地基承载力的准确测量对于工程的安全和稳定性至关重要。
本文将探讨几种常用的地基承载力检测方法。
一、静力触探法静力触探法是一种广泛应用的地基承载力检测方法。
该方法通过使用触探钻杆和锤击设备，将钻杆逐渐推入土壤或岩石中，并记录推入阻力。
通过分析推入钻杆时的阻力-深度曲线，可以确定土壤或岩石的物理性质以及地基承载力。
静力触探法具有简单、经济、快捷的特点，尤其适用于一般土壤条件下的测量。
然而，该方法对于软土和淤泥等不稳定的地质状况并不适用。
二、动力触探法动力触探法是另一种常用的地基承载力检测方法，通常用于软土或淤泥等不稳定地质状况。
该方法利用液压击锤对地基进行连续冲击，通过测量击锤下落过程中的振动波速和阻尼，以及推土杆的惯性和阻尼，来确定地基的承载能力。
动力触探法相对于静力触探法而言，可以提供更准确的地基承载力数据。
然而，该方法的设备和操作维护成本较高，并且需要专业的技术人员进行操作。
三、标贯试验标贯试验是一种常用的地基承载力检测方法，通过在钻井孔中安装标贯钢管，然后用标贯重锤对其进行冲击，通过记录冲击时的钢管下沉深度和每一冲击下沉的速度，来评估地基的承载能力。
标贯试验是一种较为简单且经济的地基承载力检测方法，适用于不同类型的土壤和岩石。
然而，由于标贯试验受到钢管摩擦、杆与杆之间的摩擦和其他因素的影响，其测试结果可能存在一定程度的误差。
四、动载试验动载试验是一种直接测定地基承载力的方法。
该方法通过在地基上施加一定的动态荷载，并测量荷载产生的变形和应力反应，来评估地基的承载能力。
动载试验是一种较为准确的地基承载力检测方法，可以考虑到荷载的时间变化和频率等因素对地基的影响。
但是，动载试验需要精确的实验设备和复杂的数据分析，运行成本较高。
第10章岩体原位应力测试
钻孔设备
◦ 钻机及相应配套的岩芯管、钻杆等;φ36mm钻头， φ110mm或φ130mm钻头;孔底磨平钻头和锥形钻头
（3）用f36mm钻头钻 一深约300-400mm的 同心孔，并将钻孔冲洗 干净；
(4)测试要点 1)清除试面上松动岩块并把它整平，其范围不小于解除 岩芯直径的2倍。岩面起伏差不超过0.5cm，要做好试面 的现场描述; 2)在已处理的试验面上，埋设应变计丛(或贴应变片丛)。 每组应变丛不得少于三只应变计(片)。应变计(片)埋好后， 应加保护罩，以防损坏; 3)把应变计(片)与应变仪接通，读出并记录各应变计(片) 的初始值; 4)用钻机分级掏槽，并记录其应变读数。每级掏深一般 为2cm，掏槽的最终深度一般要求达到应变读数稳定时为 止，并不得小于解除岩芯直径的0.5倍。
(1)测试原理 应力解除法是在岩体表面和地下洞室壁上预先埋设应变计 (或贴电阻片)，然后在其周围掏环形槽(图)，并同时测量岩体 应力解除后的应变值。根据岩体应力解除前后的应变变化和 岩体的弹性模量，计算岩体的表面应力。
(2)应用范围 应力解除法常用于岩体表面和地下洞室围岩表面的应 力测量。每次试验只能确定平面上两个方向的最大、最 小主应力。如果要确定该处的三向应力，至少要在三个 不同方向的面上进行三次测量。 (3)主要仪器设备 1)钢弦应变计和钢弦应变仪或电阻应变片和电阻应变 仪。 2)应变计保护罩。 3)钻机及相应配套的器材，用于掏槽。
(4)测试要点 1)把试验面上的松动岩石清除，并使之基本平整，并做好现 场描述; 2)在已处理好的岩面上安装应变计，应变计的方向应与解除 槽长轴垂直，应变计的中心点与解除槽长轴中心的距离应 为槽长的1 /3。应变计安装好后应加盖保护罩，然后进行 多次读数，以确定应变计的初值。也可在解除槽两侧预埋 测点，用可拆卸的位移计量测; 3)用钻机或切割机进行分级掏槽，每级掏槽深度为2cm，同 时记录相应的应变计读数。槽的深度一般要求大于扁千斤 顶的尺寸，并使加载的扁千斤顶外缘埋入岩面25mm，以 防止加载过程中岩石局部破坏; 4)用清水将槽内的岩粉等冲洗干净，并把调制好的水泥砂浆 灌入槽内，再把扁千斤顶推入并捣实砂浆。必须严防浆体 中夹入气泡，否则将损坏扁千斤顶或使试验结果不可靠; 5)待砂浆凝固后，接通扁千斤顶和油泵，即可加压进行应力 恢复试验，一般采用分级加压并同时记录应变计读数。最 大一级压力应大于解除结束时应变计测读的相应压力。
岩土力学课件第三章土体中的应力计算
一、集中荷载作用下的附加应力计算
（一）、竖直集中力作用——布辛内斯克解
布辛内斯克根据弹性理论计算出地基下某一点M的6个应力
分量和三个位移分量。由于对地基沉降意义最大的是竖向法向
应力2020z/4/，1 只研究z
岩土力学
2020/4/1
z
3P
2
z3 R5
k
地基土和基础的刚度大小 荷载大小 基础埋深 地基土的性质
2020/4/1
岩土力学
一、基底压力的分布规律
（一）基础的刚基度的底影响压力的分布规律
1. 弹性地基上的完全柔性基 础(EI=0) 土坝(堤)、路基、油罐等 薄板基础、机场跑道。 可认为土坝底部的接触压 力 分布与土坝的外形轮廓 相同, 其大小等于各点以 上的土柱重量。(图3-35)
条基：在长度方向取1米
p F G P BB
P —2为020/沿4/1 长度方向1米内的相应岩荷土力载学 值kN/m
2020/4/1
（二）、偏心荷载作用 1、单向偏心 基底压力计算公式
pm a x,m inFra bibliotekF G BL
(1
6ex B
)
（c）e>B/6, 应力重新分布 1/2×L ×pmax × 3K=P pmax=2P/( 3KL)
0 =（ 1 h1+ 2 h2 +…… ）/(h1+ h2 +…… ), 其中地下 水位以下的容重取浮容重，kN/m3 ;
d — 基础埋深，必须从天然地面算起，对于新填土 场地则应从老天然地面起算，d= h1+ h2 +…… , m
说明：当基坑的平面尺寸和深度较大时，坑底回弹是明显的，在 沉降计算中，为适当考虑这种坑底的回弹和再压缩而增加的沉 降，，改取
现场直剪剪切试验与岩体原位应力测试(ppt 40页)
3．施加剪切荷载
（1）剪切荷载按预估的最大值分8～12级施加，如发生后一 级荷载的水平变形为前一级的1.5倍以上时，应减荷按4％ ～5％施加。
（2）试验过程中法向应力应始终保持为常数。采用斜推法时 ，应同步降低因施加剪切荷载而产生的法向分量的增量， 保持法向荷载不变。
（a）：1—砂浆顶板；2—垫板；3—传力柱；4—压力表；5—混凝土试体；6—混 凝土后座；7—液压千斤顶；8—传力块；9—滚轴徘；10—接液压泵；11—垂直位
移测表；12—测量标点；13—水平位移测表；14—试体受力简图 （b）：1、2、3、4、14同（a）；5—液压千斤顶；6—混凝土试体；7—传力块； 8—滚轴排；9—垂直位移测表；10—测量标点；11—水平位移测表；12—混凝土后
（2）每个试体分4～5级施加其垂直荷载。每隔5min加一 次，0min、5min分别读一次数。在最后一级法向荷载作用下 ，法向位移应相对稳定后（各测表的连续两次垂直变形读数差 不超过0.0l mm），再施加剪切荷载。
对于软弱夹层，在加到预定的垂直荷载后，低塑性软弱 夹层每隔10min，高塑性软弱夹层每隔15min，读一次垂直变 形。当两次变形读数差小于0.05mm时，即视为已稳定，施加 荷载的容许误差为±2％。
（3）试体的推力部位应留有安装千斤顶的足够空间，平推 法应开挖千斤顶槽。剪切面周围的岩体应大致凿平，浮渣应清 除干净。
（4）平推法的推力方向宜与工程岩体的受力方向一致。斜 推法的推力中心线与剪切面夹角α宜为12°～17°。
（5）对加压过程可能出现破裂或松动的试体，应浇筑钢筋 混凝土保护套或采取其它保护措施，保护套应有足够的强度和 刚度，顶面应平行预定剪切面，底部应在预定剪切面的上部边 缘；水泥砂浆和混凝土应进行养护。
土木工程中的岩土力学特性与参数测试分析
土木工程中的岩土力学特性与参数测试分析土木工程中的岩土力学特性与参数测试分析岩土力学是土木工程中非常重要的一个分支学科，研究的是土体和岩石在外力作用下的力学性质和变形特性。
在土木工程中，岩土力学的研究对于设计、施工和维护工作都起着至关重要的作用。
为了准确地了解土体和岩石的力学特性，需要通过测试和分析来获取相关的参数。
在岩土力学中，常用的测试方法主要有现场测试和室内试验两种。
现场测试是通过直接观测和测量来获取土体和岩石的力学参数，主要包括静力触探、钻探、试块取样等方法。
室内试验则是通过在实验室中对取样进行一系列的试验来获取力学参数，主要包括三轴压缩试验、剪切试验、渗透试验等。
在岩土力学中，常用的参数包括土体的抗剪强度、压缩模量、剪切模量、孔隙比等。
这些参数对于土体的稳定性、承载力和变形特性都有着重要的影响。
通过测试和分析这些参数，可以为土木工程的设计和施工提供重要的依据。
抗剪强度是岩土力学中最常用的参数之一，它表示土体或岩石抵抗剪切破坏的能力。
通过直剪试验可以测定土体的抗剪强度，并进一步用于计算土体的稳定性和承载力。
压缩模量是土体在受到垂直应力作用下的变形性质，它表示土体的压缩变形程度。
通过三轴压缩试验可以测定土体的压缩模量，并进一步用于计算土体的沉降和变形。
剪切模量是土体在剪切应力作用下的变形性质，它表示土体的剪切刚度。
通过剪切试验可以测定土体的剪切模量，并进一步用于计算土体的变形和承载力。
孔隙比是土体中孔隙体积与总体积之比，它表示土体的孔隙程度。
通过渗透试验可以测定土体的渗透系数和渗透速率，并进一步用于计算土体的渗透性和排水能力。
在进行岩土力学参数测试时，需要选择合适的试验方法和设备，并严格按照标准操作。
同时，还需要进行数据处理和分析，以得到准确可靠的参数结果。
在分析参数时，需要考虑土体和岩石的物理性质、结构性质和应力状态等因素，并合理地进行模型假设和计算。
总之，岩土力学特性与参数测试分析在土木工程中具有重要的意义。
岩土工程原位测量技术(每日一练)
岩土工程原位测量技术（每日一练）岩土工程原位测量技术是岩土工程领域中非常重要且广泛应用的一项技术。
它通过对地下和地面实际工程情况进行测量和监测，可以帮助工程师评估和掌握土壤和岩石的物理性质、工程质量及变形等相关参数，从而为岩土工程的设计、施工和运营提供准确的数据和信息。
岩土工程原位测量技术对于工程项目的成功实施至关重要。
通过对地下情况进行准确测量，可以帮助工程师更好地了解和预测土壤和岩石的性质和行为。
准确的原位测量数据可以有效指导岩土工程的设计和施工，降低工程风险，并确保工程的安全性、可靠性和经济性。
岩土工程原位测量技术广泛应用于各个岩土工程领域，包括但不限于：土地开发和建设项目：原位测量技术可以提供关于土壤特性和可行性的数据，帮助工程师评估土地可用性和合理规划建设项目。
基础设施建设：通过实施原位测量，可以准确评估地下土壤和岩石的工程性质，并为建设道路、桥梁、地铁以及其他基础设施提供支持。
岩土工程施工：原位测量技术可以实时监测土壤和岩石在施工过程中的变形以及施工质量，从而确保工程施工的安全和高效。
地质灾害预测和防治：通过岩土工程原位测量，可以及时掌握地质灾害发生的趋势和特征，预测和评估灾害风险，并采取相应的防治措施。
岩土工程原位测量技术的应用领域非常广泛，对于提高工程质量和安全性，降低工程风险，发展可持续岩土工程具有重要意义。
岩土工程原位测量技术是一种通过现场测量来获取土壤和岩石体性质参数的技术。
它通过在土体或岩体内部进行测量，从而获得与工程设计和施工相关的重要数据。
基本原理和方法岩土工程原位测量技术基于测量仪器的应用，通过测量土地或岩石体的物理性质、场地地下水位以及地下有关参数等，来了解工程地质条件。
这些测量数据可以帮助工程师进行土体和岩石的工程特性评估，以及工程设计和建设过程中的风险评估。
各种测量技术的概述和适用条件地质勘探技术地质勘探技术通过钻孔、取土样和岩心等方式，以及地下探测仪器的应用，来获取土壤和岩石的物理特性和工程性质参数。
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• 到新构造期，主应力方向发生了重大变化，除青藏高原西部和 新疆大部仍主要为北北东-南南西走向外，中国北方大部已经变 为北东东-南西西走向至东西走向，而中国南方大部则变为北西南东走向，三者合起来呈现出放射状散布的特点，这种构造应 力场是以前的地史上不曾有过的，它说明印度板块向北碰撞造 成的影响已经较喜马拉雅期为弱，而西太平洋俯冲带的影响又 开始显现出来，二者势均力敌的结果便是这种放射状应力场的 形成。
4.岩土表面应力恢复测量
应力恢复法有时也被称为应力补偿方法, 应用 最广泛的是扁千斤顶法. 扁千斤顶法最初主要是在 土木工程中作为监测应力变化的一种手段, 它的主 要缺点是: 在测量时, 由于一个扁槽的测量只能确
定 测点处垂直于扁千斤顶方向的应力分量, 要确定测 点的 6个应力分量就必须沿测点不同方向切割 6个 扁槽, 这样可能会使扁槽之间相互干扰而使得测量 的结果失去意义; 该法仅局限于地下巷道、洞室表
5.1常规水压致裂法 (HF法 ）
HF法是从射井方法移植而来, 假定钻孔轴向为 1个主 应力方向, 岩石均质、各向同性、连续、线弹性, 采 用抗拉破坏准则, 在垂直于最小主应力方向出现对称 裂缝, 其仅能测得垂直于钻孔横截面上的二维应力. 构造作用弱和地形平坦区, 垂直孔所测结果可代表 2 个水平主应力, 垂直应力约等于上覆岩体自重, 裂缝 方位为最大水平主应力方位.
characteristics 振弦式传感器正行程各校准点上一组测量值的算术平均
值点的连接曲线。 （4）反行程实际平均特性 down-travel actual average
characteristics 振弦式传感器反行程各校准点上一组测量值的算术平均
值点的连接曲线。
（5）正、反行程实际平均特性 up-travel and downtravel actual average characteristics
振弦式传感器各校准点的正行程与反行程算术平均值的 平均值点的连接曲线，又称实际特性(曲GB/T 13606—20072线)。
（6）分类
振弦式传感器（以下简称传感器）按被测物理量可分为 力传感器、压力、位移传感器，具体为：
a) 力传感器
—— 应变计；
—— 钢筋测力计；
—— 锚杆应力计； —— 锚索测力计； —— 反力计等。 b) 压力传感器 —— 孔隙水压力计； —— 土压力计等。 c) 位移传感器 —— 位移计； —— 测缝计； —— 测斜仪； —— 沉降仪； —— 量水堰计等。
3.3地应力测量简况
• 李四光教授是中国地应力测量的创始人。早在20世纪40年代就提出地 壳中水平运动为主，水平应力起主导作用。他提出，地壳内的应力活 动是以往和现今使地壳克服阻力，不断运动发展的原因；地壳各部分 所发生的一切变形，包括破裂，都是地应力作用的反映；剧烈的地应 力活动会引起地震。因此，“地应力的探测是地质力学具有重大实际 意义的一个新方面，是值得予以重视的”。
其他的规范请参照右面 钢弦式压力传感器 .pdf
3.地应力测量原理及类型
地应力的 测量原理 及类型
地应力的 概念
地应力的 主要特征
地应力的 测量简况
3.1地应力的概念
定义：在漫长的地质年代里，由于地质构造运动等原因使地壳物质 产生了内应力效应，这种应力称为地应力，它是地壳应力的统称。
地应力是存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始 应力、绝对应力或原岩应力，广义上也指地球体内的应力。它包括 由地热﹑重力﹑地球自转速度变化及其他因素产生的应力。
面 的应力测量, 受开挖扰动影响大; 测试结果的可靠
性 受测量时的环境条件影响较大, 因而在一定程度上 限制了它在实际工程中的应用. 目前该法已很少被
用于地应力测量, 但在矿山中仍被作为监测矿柱 和 围岩应力变化的一种方法.
5.水压致裂法
水压致裂法
常规水压致裂法 (HF法 )
原生裂隙水压致 裂法 (HTPF法 )
通常﹐地壳内各点的应力状态不尽相同﹐并且应力随(地表以下) 深度的增加而线性地增加。由于所处的构造部位和地理位置不同 ﹐各处的应力增加的梯度也不相同。地壳内各点的应力状态在空 间分布的总合，称为地应力场。与地质构造运动有关的地应力场， 称为构造应力场，通常指导致构造运动的地应力场。
3.2地应力的主要特征
2.土压力盒测试原理及技术
1-金属薄膜 2-外壳 3钢弦 4-支架 5-底座 6铁芯 7-线圈 8-接线栓 9-屏蔽线 10-环氧树脂 封口
图1 一种钢弦式土压力盒示意图
（1）振弦式传感器 vibrating wire sensor 利用振弦的固有频率变化来感测相关参数的传感器。 （2）参比特性 reference characteristics 振弦式传感器用作参考和比对的直线或曲线。 （3）正行程实际平均特性 up-travel actual average
• 新丰江水库地震和邢台地震后，更加重视地应力测量工作。提出，地 应力测量是实现地震预报的重要途径。他将近八十高龄还亲自参加野 外地应力解除试验工作，亲自分析研究由邢台地应力观测站发回的地 应力变化曲线。
• 在他的领导下，中国的地应力研究与测量工作得到迅速发展。已具备 了完善的理论，多种测试仪器、手段，广泛应用于地质、油田、矿山、 水工、电站、地震等各个领域。他特别注重从活动地带里寻找稳定地 区，提出了“安全岛”理论，为建厂选址提供了依据，为国民经济建 设做出了重大贡献。
制作者：宋鑫华
岩土中的应力测量
1.土中的应力测量
土中应力测 试类型
在界面处的应力称 为接触应力，如基 础底面、挡土墙背 处、地下洞室衬砌
外侧等
在土体内部，如地 基内部、边坡体内 部、厚衬砌内部、 地下连续墙内部等
土中应力测试的基本要求： 介质是连续介质，也就是说仪器埋设处是 连续介质，而且仪器埋设要有代表性。