圍巖應力是指地下洞室周圍岩石中單位面積上的內力強度,是判定圍巖穩定和洞室安全的重要因素。它是原巖應力受開挖擾動後重新分佈的應力狀態,可透過理論分析、模型試驗和現場量測確定。
確定圍巖應力大小常用方法有:理論分析、模型試驗和現場量測。現場常採用表面應力解除法、鑽孔應力解除法與應力恢復法等量測;室內可透過光彈模型試驗和離心模型試驗確定圍巖應力場。
鑽孔應力解除法可測巖體三維地應力,精度高但受鑽孔質量限制。應力恢復法讀數直觀,操作簡便,但僅能測得圍巖表面一個方向的應力值,測量深度受限,且所獲為二次應力非原巖應力。
在應力恢復法中,僅能測得圍巖表面一個方向的應力值,因為扁千斤頂不能對槽壁施加張力和剪力。其測量深度受限,是因為該方法僅能測得圍巖表面的二次應力,且需要大量細緻的野外工作,難以深入進行。
應力恢復法的測量深度一般較淺,通常僅能測得圍巖受擾動範圍的二次應力,量測深度一般在30~50範圍內。由於巖壁上開槽的限制以及扁千斤頂加壓恢復的侷限性,導致該方法難以深入測量更深層次的原巖應力。
是的,應力恢復法的測量深度會受到其他因素的影響。例如,巖體需完整且不受岩石晶粒粗細及微裂隙的影響;應變計的貼上和防潮技術複雜程度,尤其孔中有水時會增大難度;還需使用間接測得的岩石彈性模量來計算應力,這也會影響精度。
微觀應力測量是材料科學、工程力學等領域中重要的實驗技術,用於評估材料在微觀尺度上的力學效能。關於微觀應力測量方法,以下是一些常用的方案:
一、x射線衍射法
基本原理:當x射線照射到晶體上時,會發生散射現象。由於晶體的微觀結構(原子、分子或離子的排列)具有周期性,這使得散射波中與入射波波長相同的相干散射波互相干涉,在某些特定方向上互相加強,形成衍射線。透過測量這些衍射線的位置和強度,可以推斷出晶體的結構和應力狀態。
殘餘應力測量:對於多晶體材料,宏觀應力實際上是相應區域裡晶格應變的統計結果。透過x射線衍射法測出晶格應變後,根據彈性理論,可以聯絡晶格應變數與殘餘應力值,從而求得平面狀態下樣品表面殘餘應力值和晶格應變數的關係式。
s2ψ法:這是計算殘餘應力的常用方法。在測試過程中,需要調整並選取多個ψ值進行測量,然後用軟體擬合,求得斜率與截距,進而計算殘餘應力值。
二、電阻應變計法
工作原理:電阻應變計是基於應變導致電阻變化的原理來工作的。將電阻應變計貼上在被測物體表面,當物體受到載荷時,應變計會發生形變,導致其電阻值的變化。透過測量電阻值的變化,可以確定應變大小,進而推算出應力。
型別與應用:常見的電阻應變計有金屬應變計和半導體應變計。金屬應變計主要適用於動態應變測量,而半導體應變計則適用於靜態及高溫應變測量。
三、光彈性法
基本原理:光彈性法是一種利用光的干涉原理來測量應力和應變的方法。它透過觀察並記錄干涉條紋的變化來推算出應力和應變的分佈情況。
裝置與優點:光彈性法常用的裝置包括維爾貝克(disc-ore)干涉條紋法和技巧幹涉條紋法等。這種方法的優點是非接觸性,適用於複雜形狀和高溫等特殊條件下的應變測量。
四、其他方法
除了上述方法外,還有一些其他微觀應力測量方法,如中子衍射法、穆斯堡爾譜法等。這些方法各有特點,適用於不同的材料和測量條件。例如,中子衍射法特別適合於測量大塊材料的內部應力分佈;而穆斯堡爾譜法則可以用於研究材料中原子核周圍的區域性環境和應力狀態。
綜上所述,微觀應力測量方法多種多樣,選擇哪種方法取決於具體的測量需求、材料型別和實驗條件。在實際應用中,需要根據具體情況綜合考慮各種因素來選擇最合適的測量方法。
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