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摘 要：通过广泛的查阅收集，总结出初始应力状态的影响因素和发展规律。再系统归纳测定方法和原理，进行比较总结。
关键词：初始应力状态；应力解除；水压致裂
一.初始力应场
初始应力场也叫做原岩应力场，是指当岩体在非人为因素干扰的天然状态下的应力分布。与之对应的称为围岩应力场，是指洞室在被人为地开挖之后，其旁边的石块不再受到四周给予的支撑，在力的作用下向着同一个方向移动，导致了其应力及其状态的改变，从而产生了二次应力场。原岩应力场主要包括自重应力和构造应力[1]。
（一）自重应力
自重应力，顾名思义，是指自重引起的应力。岩土体中任一点垂直方向的自重应力，等于这一点以上单位面积岩土柱的重量，此外，还需要考虑地下水位的影响。自重应力在土力学中有着更深的研究和分析，尤其在土层的不同分隔下，自重应力的计算都有相应的公式。自重应力的计算是分析土体的稳定状态和运动基本任务，是研究土压力变化的基础变量。
（二）构造应力
由构造运动引起的应力场称为构造应力场，是构造运动中积累或剩余的一种应力场，相对于人类活动时期而言，除构造活动区外，其它是剩余应力场[1]。对于一个构造应力场，它的发展是一个长期的漫长的过程，褶皱、断层、节理等因素共同形成了一个区域内的完整的应力分布。基础必须建造在坚实的大地上，比如两到三毫米，如果太厚那就十分不经济，但是又不能太薄，太薄容易刺穿地基。地基是建筑的底部，底部强大的支持，非常强大。建筑才能不下去，万一下去了，那建筑就不再是建筑。比如我们常见的地下停车场，就是地下大型建筑沉降，一旦沉降就必须采取积极的防御措施，常见的措施有大量人员疏散和紧急救治。此外，面对大体积建筑物极速下降，我们提供了相当的宏观统治手段，比如大量排放红色预警烟雾弹，大量的绿色烟雾弹和橙色烟雾弹，将是全局的主心骨，大量的烟雾，才能笼罩全部的地区。还有，我们经常的二阶导数性新建早期的建筑手法，比如深入地打入桩基。我们知道，地球的表层分布着大量的地基和基础，这不仅仅是在中国和外国。地基，就是承载建筑传来的力的土，大量的土，它们如同黄河般凝聚起来。地基，有人工的地基，也同样有天然的地基，各种各样的地基。还有那地基上的基础，基础，就是地基上面的上部结构下面的部分。基础，又分为浅基础和深基础。深基础还有桩基础，沉井基础和地下连续墙。然而我们常见的都是浅基础，因为便宜，它得到了大量的推广和应用。浅基础，就是明挖的那种，一般不需要复杂的支护和勘探，简单施工，结实可靠。在铁路建设上，我们也经常会遇到类似的问题。明挖法和暗挖法各有利弊，在个别地区我们也会采用盾构法，来避免难堪的地下状况。地下的情况是可以预先探测的，比如说，我们的岩土勘察方法大全，包括土工測试和具体勘探。勘探方法有物探，坑探和钻探，当然还有触探。土工测试又分为现场实验和实验室实验。现场实验多种多样，比较实际，让人放心。但实验室的实验又是那么可行多样，让人能多方面了解土质。
（三）初始应力场的分布状态
（1）初始岩石的应力状态是一个非稳定的场，但从宏观历史上看又是在发展中保持着一定的规律。非稳定在于其内部是不断变化的，尤其是构造运动的影响，也因此产生了地震等现象。其相对稳定性则体现在整个系统的守恒，地球内岩石大环境通过自我调节性来释放多余内力，以保持与周围的平衡，保证整体的和谐统一。
（2）原始岩石在水平方向的应力一般大于在竖直方向的应力，在此处，存在一个侧向压力系数来衡量这一比例关系，通常，侧向压力系数大于一。原岩初始应力中一般主要考虑水平方向和竖直方向上的分力，由于地球的对称性和相对均匀性，它们不仅具有最大值而且便于后期在各种常用的坐标系中的运用和推理。
（3）初始应力状态存在三个主应力，即水平方向的两个极值和竖直方向，它们均随深度的增大而增大。其中，水平方向的应力与竖直方向的应力的比值在深度增长的方向上不断变小。水平方向的两个极值应力的比值在0.2到0.8之间，它们都随深度的增长而线性变大。水平方向的两个应力极值在二维分析中十分重要，决定了岩石应力在水平面上的延伸和发展。额外地，水平应力大于竖向应力的规律仅在岩石深度3000米以内时存在。在实际观测中，岩石初始应力状态中的竖向分力大体上与上面覆盖的岩石的重量，且其大小随深度的增加呈线性增长，其平均重度在27左右[1]。
二.初始应力场测定
（一）应力解除法
地应力解除法由刘祖德教授提出，其手段主要有孔底应力解除法、孔径变形法、孔壁应变法。通过有限元的方法可以对建筑物纠偏进行定量和定性的分析，完成数值模拟[2]。其中应用较为广泛的，是在1949年由奥尔森第一次应用的套孔应力解除法。后又改进成空心包体应变计，提出了计算简便的12支应变片测量的方法[3]。
（二）孔底应力解除法
孔底应力解除法，通过测量岩心在释放应力时的变形量实现应力的测量。钻孔破坏岩石，并在接近待测点时，扩大钻孔，将孔底磨平。在孔底粘贴电阻应变花探头。粘贴完成后，解除应力，测量其应变。取出岩心，测量其弹性参数，最后计算岩体应力。孔底应力解除法又被称为套孔应力解除法，在测定绝对应力方面有着较高的地理适用性，因此在校核和比较时体现出了较高的可靠度。
（三）孔径变形法
孔径变形法，测量钻孔孔径变形来求解掩体盈利。同样地，扩深30cm左右至测点并磨平，先钻出一个小孔，安装孔径变形计探头。然后通过再钻一个同心的大孔，来解除应力，测量孔径变形。最后也是去岩心，计算岩体应力。有时还应采用岩石损伤力学等理论进行进一步的分析和计算。当岩石处在的应力状态较大时，还需要考虑到高围压下岩石的应力特性。为了较高的准确度，应对实际情况的非理想性，卸荷的作用也应该给予分析。因此对岩石应力规律实验曲线的获得的要求较高，为了后期岩石应力分析的修正和改善。 （四）孔壁应变法
孔壁应变法，测定钻孔孔壁的应变求解6个应力分量。此法应力解除的方法与孔径应变法相同，不同的是经由安装应变花探头来测量岩体应力的参数。在广义平面应变和广义平面应力的分析中，CSIR的应用起到了较大的作用，在最小二乘法的辅助下得到了较为理想的结果[4]。
（五）水压致裂法
水压致裂法可以在不计算岩体参量的前提下，获得地层中各种地应力状态参数[5]。
此法在一定的假设前提下，对封闭的测试段加高压水，根据裂隙的延伸和水压的大小来测定岩石的初始应力状态。由弹性力学可知，一个位于无限体中的钻孔受无穷远处二维应力作用下，在钻孔一定距离处处于平面应变状态，钻孔周边应力为 。当临界破裂时，水压与 的差值便是岩石的抗裂强度。继续加压，当裂隙深度達到3倍孔径，岩石的应力状态接近原始状态，此时的水压即为 。水压致裂法需要一套完整的器械装备来支持，通常包括鼓轮，水压致裂装置，集流腔，储气罐，加压泵，加水口，印模，压力转换器，钻孔电视，封隔器，快接头，照相机等设备。
三.原岩应力测定方法的比较
应力解除法和水压致裂法在理想情况下就体现出了一定差异。相对于应力解除法，水压致裂法在计算上存在较大的优势，在操作上提现出了较强的规律性和系统性，客观上讲更具有优势。但是对于应力的测定的准确性而言，更希望通过不同的方法进行测定，方便比较和比对，从而发现隐形的错误或者规律。所以，应力解除法的多样性是符合科学计算的要求的，但其应得到进一步的简化，以便于实际操作。再考虑到真实环境中可能出现的岩石不均匀、应力发展反常等现象，水压致裂法出现较大误差的可能性更大。因为它要求的实验范围更大，对岩石应力分布的均匀性和对称性的要求更高。综上可知，在实际工程中，土质或岩石的分布若不存在相对的理想性，并不建议采取水压致裂法。相反，可以在小范围内进行局部的应力解除，不仅仅是为了直接进行应力测定，也能够对岩石的各向异性进行初步的判定。
参考文献
[1] 张永兴，贺永年.《岩石力学》[M].中国建筑工业出版社，2008（03）.
[2] 陈锋，刘祖德.建筑物纠偏地基应力解除法的有限元分析[J].土工基础，2000（09），Vol.14 ，No.3.
[3] 欧阳振华，蔡美峰，王双红，苗圣君.套孔应力解除法及其应用[C].北京，北京科技大学土木与环境工程学院，936-939.
[4] 吴振业.孔壁应变测量的精确结果[J].中国岩石力学与工程学会大会.1994.
[5] 张辉.水压致裂法应力测量及在工程中的应用[J].云南水利发电，2005，Vol.21，No.6，25-28.
关键词：初始应力状态；应力解除；水压致裂
一.初始力应场
初始应力场也叫做原岩应力场，是指当岩体在非人为因素干扰的天然状态下的应力分布。与之对应的称为围岩应力场，是指洞室在被人为地开挖之后，其旁边的石块不再受到四周给予的支撑，在力的作用下向着同一个方向移动，导致了其应力及其状态的改变，从而产生了二次应力场。原岩应力场主要包括自重应力和构造应力[1]。
（一）自重应力
自重应力，顾名思义，是指自重引起的应力。岩土体中任一点垂直方向的自重应力，等于这一点以上单位面积岩土柱的重量，此外，还需要考虑地下水位的影响。自重应力在土力学中有着更深的研究和分析，尤其在土层的不同分隔下，自重应力的计算都有相应的公式。自重应力的计算是分析土体的稳定状态和运动基本任务，是研究土压力变化的基础变量。
（二）构造应力
由构造运动引起的应力场称为构造应力场，是构造运动中积累或剩余的一种应力场，相对于人类活动时期而言，除构造活动区外，其它是剩余应力场[1]。对于一个构造应力场，它的发展是一个长期的漫长的过程，褶皱、断层、节理等因素共同形成了一个区域内的完整的应力分布。基础必须建造在坚实的大地上，比如两到三毫米，如果太厚那就十分不经济，但是又不能太薄，太薄容易刺穿地基。地基是建筑的底部，底部强大的支持，非常强大。建筑才能不下去，万一下去了，那建筑就不再是建筑。比如我们常见的地下停车场，就是地下大型建筑沉降，一旦沉降就必须采取积极的防御措施，常见的措施有大量人员疏散和紧急救治。此外，面对大体积建筑物极速下降，我们提供了相当的宏观统治手段，比如大量排放红色预警烟雾弹，大量的绿色烟雾弹和橙色烟雾弹，将是全局的主心骨，大量的烟雾，才能笼罩全部的地区。还有，我们经常的二阶导数性新建早期的建筑手法，比如深入地打入桩基。我们知道，地球的表层分布着大量的地基和基础，这不仅仅是在中国和外国。地基，就是承载建筑传来的力的土，大量的土，它们如同黄河般凝聚起来。地基，有人工的地基，也同样有天然的地基，各种各样的地基。还有那地基上的基础，基础，就是地基上面的上部结构下面的部分。基础，又分为浅基础和深基础。深基础还有桩基础，沉井基础和地下连续墙。然而我们常见的都是浅基础，因为便宜，它得到了大量的推广和应用。浅基础，就是明挖的那种，一般不需要复杂的支护和勘探，简单施工，结实可靠。在铁路建设上，我们也经常会遇到类似的问题。明挖法和暗挖法各有利弊，在个别地区我们也会采用盾构法，来避免难堪的地下状况。地下的情况是可以预先探测的，比如说，我们的岩土勘察方法大全，包括土工測试和具体勘探。勘探方法有物探，坑探和钻探，当然还有触探。土工测试又分为现场实验和实验室实验。现场实验多种多样，比较实际，让人放心。但实验室的实验又是那么可行多样，让人能多方面了解土质。
（三）初始应力场的分布状态
（1）初始岩石的应力状态是一个非稳定的场，但从宏观历史上看又是在发展中保持着一定的规律。非稳定在于其内部是不断变化的，尤其是构造运动的影响，也因此产生了地震等现象。其相对稳定性则体现在整个系统的守恒，地球内岩石大环境通过自我调节性来释放多余内力，以保持与周围的平衡，保证整体的和谐统一。
（2）原始岩石在水平方向的应力一般大于在竖直方向的应力，在此处，存在一个侧向压力系数来衡量这一比例关系，通常，侧向压力系数大于一。原岩初始应力中一般主要考虑水平方向和竖直方向上的分力，由于地球的对称性和相对均匀性，它们不仅具有最大值而且便于后期在各种常用的坐标系中的运用和推理。
（3）初始应力状态存在三个主应力，即水平方向的两个极值和竖直方向，它们均随深度的增大而增大。其中，水平方向的应力与竖直方向的应力的比值在深度增长的方向上不断变小。水平方向的两个极值应力的比值在0.2到0.8之间，它们都随深度的增长而线性变大。水平方向的两个应力极值在二维分析中十分重要，决定了岩石应力在水平面上的延伸和发展。额外地，水平应力大于竖向应力的规律仅在岩石深度3000米以内时存在。在实际观测中，岩石初始应力状态中的竖向分力大体上与上面覆盖的岩石的重量，且其大小随深度的增加呈线性增长，其平均重度在27左右[1]。
二.初始应力场测定
（一）应力解除法
地应力解除法由刘祖德教授提出，其手段主要有孔底应力解除法、孔径变形法、孔壁应变法。通过有限元的方法可以对建筑物纠偏进行定量和定性的分析，完成数值模拟[2]。其中应用较为广泛的，是在1949年由奥尔森第一次应用的套孔应力解除法。后又改进成空心包体应变计，提出了计算简便的12支应变片测量的方法[3]。
（二）孔底应力解除法
孔底应力解除法，通过测量岩心在释放应力时的变形量实现应力的测量。钻孔破坏岩石，并在接近待测点时，扩大钻孔，将孔底磨平。在孔底粘贴电阻应变花探头。粘贴完成后，解除应力，测量其应变。取出岩心，测量其弹性参数，最后计算岩体应力。孔底应力解除法又被称为套孔应力解除法，在测定绝对应力方面有着较高的地理适用性，因此在校核和比较时体现出了较高的可靠度。
（三）孔径变形法
孔径变形法，测量钻孔孔径变形来求解掩体盈利。同样地，扩深30cm左右至测点并磨平，先钻出一个小孔，安装孔径变形计探头。然后通过再钻一个同心的大孔，来解除应力，测量孔径变形。最后也是去岩心，计算岩体应力。有时还应采用岩石损伤力学等理论进行进一步的分析和计算。当岩石处在的应力状态较大时，还需要考虑到高围压下岩石的应力特性。为了较高的准确度，应对实际情况的非理想性，卸荷的作用也应该给予分析。因此对岩石应力规律实验曲线的获得的要求较高，为了后期岩石应力分析的修正和改善。 （四）孔壁应变法
孔壁应变法，测定钻孔孔壁的应变求解6个应力分量。此法应力解除的方法与孔径应变法相同，不同的是经由安装应变花探头来测量岩体应力的参数。在广义平面应变和广义平面应力的分析中，CSIR的应用起到了较大的作用，在最小二乘法的辅助下得到了较为理想的结果[4]。
（五）水压致裂法
水压致裂法可以在不计算岩体参量的前提下，获得地层中各种地应力状态参数[5]。
此法在一定的假设前提下，对封闭的测试段加高压水，根据裂隙的延伸和水压的大小来测定岩石的初始应力状态。由弹性力学可知，一个位于无限体中的钻孔受无穷远处二维应力作用下，在钻孔一定距离处处于平面应变状态，钻孔周边应力为 。当临界破裂时，水压与 的差值便是岩石的抗裂强度。继续加压，当裂隙深度達到3倍孔径，岩石的应力状态接近原始状态，此时的水压即为 。水压致裂法需要一套完整的器械装备来支持，通常包括鼓轮，水压致裂装置，集流腔，储气罐，加压泵，加水口，印模，压力转换器，钻孔电视，封隔器，快接头，照相机等设备。
三.原岩应力测定方法的比较
应力解除法和水压致裂法在理想情况下就体现出了一定差异。相对于应力解除法，水压致裂法在计算上存在较大的优势，在操作上提现出了较强的规律性和系统性，客观上讲更具有优势。但是对于应力的测定的准确性而言，更希望通过不同的方法进行测定，方便比较和比对，从而发现隐形的错误或者规律。所以，应力解除法的多样性是符合科学计算的要求的，但其应得到进一步的简化，以便于实际操作。再考虑到真实环境中可能出现的岩石不均匀、应力发展反常等现象，水压致裂法出现较大误差的可能性更大。因为它要求的实验范围更大，对岩石应力分布的均匀性和对称性的要求更高。综上可知，在实际工程中，土质或岩石的分布若不存在相对的理想性，并不建议采取水压致裂法。相反，可以在小范围内进行局部的应力解除，不仅仅是为了直接进行应力测定，也能够对岩石的各向异性进行初步的判定。
参考文献
[1] 张永兴，贺永年.《岩石力学》[M].中国建筑工业出版社，2008（03）.
[2] 陈锋，刘祖德.建筑物纠偏地基应力解除法的有限元分析[J].土工基础，2000（09），Vol.14 ，No.3.
[3] 欧阳振华，蔡美峰，王双红，苗圣君.套孔应力解除法及其应用[C].北京，北京科技大学土木与环境工程学院，936-939.
[4] 吴振业.孔壁应变测量的精确结果[J].中国岩石力学与工程学会大会.1994.
[5] 张辉.水压致裂法应力测量及在工程中的应用[J].云南水利发电，2005，Vol.21，No.6，25-28.