什麽是圍岩應力?微觀應力測量方法
日常生活工作學習知識積累 作者:桔子一夢 投票推薦 加入書簽 留言反饋
圍岩應力是指地下洞室周圍岩石中單位麵積上的內力強度,是判定圍岩穩定和洞室安全的重要因素。它是原岩應力受開挖擾動後重新分布的應力狀態,可通過理論分析、模型試驗和現場量測確定。
確定圍岩應力大小常用方法有:理論分析、模型試驗和現場量測。現場常采用表麵應力解除法、鑽孔應力解除法與應力恢複法等量測;室內可通過光彈模型試驗和離心模型試驗確定圍岩應力場。
鑽孔應力解除法可測岩體三維地應力,精度高但受鑽孔質量限製。應力恢複法讀數直觀,操作簡便,但僅能測得圍岩表麵一個方向的應力值,測量深度受限,且所獲為二次應力非原岩應力。
在應力恢複法中,僅能測得圍岩表麵一個方向的應力值,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岩表麵的二次應力,且需要大量細致的野外工作,難以深入進行。
應力恢複法的測量深度一般較淺,通常僅能測得圍岩受擾動範圍的二次應力,量測深度一般在30m~50m範圍內。由於岩壁上開槽的限製以及扁千斤頂加壓恢複的局限性,導致該方法難以深入測量更深層次的原岩應力。
是的,應力恢複法的測量深度會受到其他因素的影響。例如,岩體需完整且不受岩石晶粒粗細及微裂隙的影響;應變計的粘貼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性能。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幹散射波互相幹涉,在某些特定方向上互相加強,形成衍射線。通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裏晶格應變的統計結果。通過x射線衍射法測出晶格應變後,根據彈性理論,可以聯係晶格應變量與殘餘應力值,從而求得平麵狀態下樣品表麵殘餘應力值和晶格應變量的關係式。
sin2ψ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,然後用軟件擬合,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。將電阻應變計粘貼在被測物體表麵,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。通過測量電阻值的變化,可以確定應變大小,進而推算出應力。
類型與應用: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幹涉原理來測量應力和應變的方法。它通過觀察並記錄幹涉條紋的變化來推算出應力和應變的分布情況。
設備與優點:光彈性法常用的設備包括維爾貝克(disc-more)幹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布;而穆斯堡爾譜法則可以用於研究材料中原子核周圍的局部環境和應力狀態。
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、材料類型和實驗條件。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。
確定圍岩應力大小常用方法有:理論分析、模型試驗和現場量測。現場常采用表麵應力解除法、鑽孔應力解除法與應力恢複法等量測;室內可通過光彈模型試驗和離心模型試驗確定圍岩應力場。
鑽孔應力解除法可測岩體三維地應力,精度高但受鑽孔質量限製。應力恢複法讀數直觀,操作簡便,但僅能測得圍岩表麵一個方向的應力值,測量深度受限,且所獲為二次應力非原岩應力。
在應力恢複法中,僅能測得圍岩表麵一個方向的應力值,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岩表麵的二次應力,且需要大量細致的野外工作,難以深入進行。
應力恢複法的測量深度一般較淺,通常僅能測得圍岩受擾動範圍的二次應力,量測深度一般在30m~50m範圍內。由於岩壁上開槽的限製以及扁千斤頂加壓恢複的局限性,導致該方法難以深入測量更深層次的原岩應力。
是的,應力恢複法的測量深度會受到其他因素的影響。例如,岩體需完整且不受岩石晶粒粗細及微裂隙的影響;應變計的粘貼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性能。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幹散射波互相幹涉,在某些特定方向上互相加強,形成衍射線。通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裏晶格應變的統計結果。通過x射線衍射法測出晶格應變後,根據彈性理論,可以聯係晶格應變量與殘餘應力值,從而求得平麵狀態下樣品表麵殘餘應力值和晶格應變量的關係式。
sin2ψ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,然後用軟件擬合,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。將電阻應變計粘貼在被測物體表麵,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。通過測量電阻值的變化,可以確定應變大小,進而推算出應力。
類型與應用: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幹涉原理來測量應力和應變的方法。它通過觀察並記錄幹涉條紋的變化來推算出應力和應變的分布情況。
設備與優點:光彈性法常用的設備包括維爾貝克(disc-more)幹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布;而穆斯堡爾譜法則可以用於研究材料中原子核周圍的局部環境和應力狀態。
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、材料類型和實驗條件。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。