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流变应力恢复法地应力测试技术研究与应用
引言
地应力是指地质体深度内的三个方向的应力状态，通常分为竖向应力、水平应力和剪应力。在地下工程中，地应力的大小和分布是影响地下工程施工和安全的重要因素。因此，准确地测定地应力是地下工程设计、施工和运行管理的重要基础。传统的地应力测量方法是通过钻探与分析地质应力来计算得到，但是这种方法耗时费力且测量范围有限，同时受到孔隙水压力等多种因素的影响，精度也较低。因此，需要一种更加精确、快速且实用的地应力测试方法。
流变应力恢复法是一种通过分析岩石样品的变形特性来测定地应力的方法，它是一种相对较新的地应力测量方法，在国际上已经得到广泛应用。本文将介绍流变应力恢复法的原理、测试技术和应用，并探讨其在地下工程中的重要性和发展前景。
原理
流变应力恢复法是一种基于岩石变形特性测定地应力的方法。当施加外力正交于地应力方向时，岩石样品会发生弹性和塑性变形。当外力被移除时，岩石样品会发生弹性和塑性回复。岩石样品的弹性回复与塑性回复是受地应力大小及其分布控制的。因此，测量弹性和塑性回复的大小和比例就能得到地应力大小和方向。
测试方法
流变应力恢复法主要有三个步骤：样品制备、试验参数的确定和测试数据的分析。
1.样品制备
样品制备是流变应力恢复法中至关重要的一步。在制备样品过程中，需要考虑到样品对外部应力的响应，以及测量精度和测试的可重复性。
样品制备时，应保证样品的尺寸、几何形状和表面光洁度。典型的岩石样品的尺寸应为直径为38mm，高度为76mm。样品的表面应该光洁、平坦，且无划痕或其他表面缺陷。
2.试验参数的确定
试验参数的确定包括外加应力、加载速率和卸载时间等方面。这些参数的确定是根据样品的材料性质、尺寸和测试目的来确定。
外加应力的大小应该在样品的标称抗压强度的50％～70％之间。通常，外加应力通过直接施加静载或使用油压装置施加，以保证施加的应力大小精确稳定。
加载速率是指施加外力的速度，其大小取决于测试目的和样品的变形速率。通常，加载速率应该在10－5％/min～10-3％/min范围之间。卸载时间应该长足以确保样品可以完成完全弹性回复。
3.测试数据的分析
测试数据的分析是流变应力恢复法中的最后一步。通常会对样品应力的恢复曲线进行分析。根据弹性恢复和塑性恢复的比例以及施加应力的大小和方向，可以计算出样品的地应力。在分析过程中，还需要考虑各种因素的误差对测量结果的影响。
应用
流变应力恢复法作为一种新兴的地应力测试方法，其在工业界和科研领域得到了广泛的应用。
1.工业领域
流变应力恢复法已经成为煤矿巷道支护设计、地下工程施工和隧道工程设计等地下工程领域中重要的地应力测试方法。它不仅能够测定地质体中竖向应力、水平应力和剪应力，还可以测定地应力的分布和变化规律。流变应力恢复法能够为地下工程的设计、选址和施工提供更可靠的地应力数据，从而提高地下工程的施工效率和安全性。
2.科研领域
流变应力恢复法在地质学研究、材料科学、工程力学和岩石力学等多个领域也得到了广泛应用。它能够测量岩石和土壤等多种材料的力学性质，并帮助研究人员理解地质体力学性质和岩石变形特性。流变应力恢复法对于石油、天然气及地下水资源勘探与开发、地震学和地球物理学等领域也有重要的作用。
结论
流变应力恢复法是一种基于岩石变形特性来测定地应力的方法，它已经成为地下工程设计和施工领域、自然资源勘探和科研领域等重要的测试手段。该方法通过分析样品弹性回复和塑性回复的大小比例来测定地应力。与传统的地应力测量方法相比，流变应力恢复法具有更高的测量精度和可靠性。同时，随着科学技术的不断发展和应用场景的不断扩大，相信流变应力恢复法在未来的地应力测量中将会发挥越来越重要的作用。