我国地应力测量：辉煌的研究成果

我国地应力测量是自20世纪50年代后期由李四光和陈宗基两位院士分别指导的中国地质科学院地质力学研究所和长江科学院三峡岩基专题研究组及中国科学院武汉岩土力学研究所开始研究的。尽管国外岩体表面应力解除测量法早在20世纪30年代就已经开展，但当时我国还处于封闭状态，不可能得到关注。50年代后期，三峡岩基专题研究组的岩体表面应力测量仅凭一本外文书上介绍法国1950年谭斯林（Tancelin）提出的Freysinet Jack（即国内俗称的扁千斤顶或压力枕）的照片进行摸索和研制，以及摸索用电阻丝应变片直接粘贴在岩面的粘贴技术和防潮、隔温技术和解除岩心的掏槽切割技术等等，无不经过两年多的艰苦努力，完全是在一穷二白的基础上逐渐摸索出经验，直到1962-1964年在三峡工程平善坝坝址才获得岩体表面应力测量的成果。20世纪60年代初，著名地质学家李四光院士也指导地质力学研究所，首先研制出压磁式应力计（Hast应力计），并于1966年3月首先在河北隆尧建立了第一个地应力观测台站。接着又在全国21个省市自治区建立了几十个地应力观测台站，形成监测地应力场相对变化的观测台网，积累了大量资料。1964年中国科学院武汉岩土力学研究所在陈宗基院士指导下，在湖北大冶铁矿进行国内首次浅层钻孔应力测量，测量深度为80m，获得可贵成果。

20世纪70年代以后，我国钻孔应力测量犹如雨后春笋，许多部门和单位纷纷创建地应力测量的专业组织，测量元件和测量方法也呈五彩缤纷的景象。例如，水电系统的长江科学院、昆明水电勘测设计院科研所、成都水电勘测设计院科研所、东北水电勘测设计院科研所、中国科学院武汉岩土力学研究所、中国科学院地质研究所、中国地质科学院地质力学研究所、国家地震局地壳应力研究所、冶金部长沙矿冶研究院等单位都有专门组织进行地应力测量和研究工作。

在这期间，中国科学院武汉岩土力学研究所研制了36-2型钻孔变形计，在二滩水电站、小湾水电站等水电工程地应力测试中得到了成功应用；国家地震局地震大队与地矿部地质力学研究所联合研制了YG-73型压磁应力计，后来又研制了其改进型YG-81型压磁应力计，也在工程中得到应用；1972年长沙矿冶研究院最先对黎曼的门塞器和三轴应变计进行了探索和尝试，取得了成功经验，研制的应变计在江西大吉山铅锌矿等矿山得到成功应用；1975年长江科学院在长沙矿冶研究院研制的钻孔三向应变计基础上研制了CJS-1型钻孔三向应变计，首次在长江三峡工程太平溪坝址地下厂房勘探平洞中得到应用，解决了测读解除全过程曲线难题，后来又在四川彭水水利枢纽、贵州构皮滩水利枢纽、三峡工程地下厂房勘探平洞、山东青泉寺水库等水利工程得到成功应用。在20世纪80年代初，昆明水电勘测设计院科研所曾根据该所实践的经验，对三类浅钻孔地应力测量方法系统地进行了总结。与此同时，地质力学研究所研制成功KX-81型空心包体式钻孔三轴应变计，并作为商品向兄弟单位销售。到了90年代，中国科学院武汉岩土力学研究所、长江科学院也相继研制了空心包体式钻孔三向应变计，其中长江科学院研制的应变计命名为CKX-97型空心包体式钻孔三向应变计。这类空心包体式钻孔三向应变计，现在已作为主要地应力测量设备，在很多工程中得到广泛应用。

20世纪70年代以后，国家地震局地壳应力研究所率先在国内开展了水压致裂法地应力测量研究工作，并于1980年10月在河北易县首次成功地进行了水压致裂法地应力测量，迈出了我国深钻孔地应力测量的第一步。随后研制成功轻便型水压致裂法测量设备，在许多工程中得到应用。80年代中期，长江科学院也开始了水压致裂法地应力测量及其研究工作。(www.xing528.com)

传统的水压致裂法地应力测量只能测得钻孔横截面上的二维地应力状态，应用范围受到了限制。长江科学院在20世纪90年代初，在国内率先提出了在3个不同方向钻孔中进行水压致裂法三维地应力测量的原理和方法，又在90年代末在国内率先提出了在单钻孔中进行水压致裂法三维地应力测量的原理和方法。这两种水压致裂法三维地应力测量，已经在许多工程中得到广泛推广和应用。

1984年长江科学院引进了瑞典的深钻孔水下三向应变计，开展了深钻孔套心应力解除法测量地应力的研究，并在实践中不断改进完善该项设备，先后在长江三峡工程、广州抽水蓄能电站、河北张家湾抽水蓄能电站等十余项大型水电工程现场进行了实测。在长江三峡工程和广州抽水蓄能电站，最大测量深度两次突破300m大关（前者为304m，后者为307m），另外，在惠州抽水蓄能电站采用瑞典深钻孔水下三向应变计和CKX-97型空心包体式钻孔三向应变计相结合的测量方法，最大测量深度达365m。创造了国内套钻孔应力解除法地应力测量的最深纪录。

总之，50多年来，我国地应力测量，从无到有，从点到面，尤其在20世纪70年代以后发展很快。不仅建立了许多专业组织，而且从表面到浅层、到深层，在许多工程中都积累了丰富的经验和实测成果，直接满足了工程设计的需要。就测试技术与设备而言，几乎各种测量方法和设备国内都已具备；不仅如此，在引进设备中还根据我国实际情况和设备本身存在的缺点加以改善提高，获得了很好的效果。现在我国深层岩体的套钻孔应力解除法测量地应力的深度，在孔中有水的情况下已超过300m；深层岩体的水压致裂法测量地应力的深度已突破2 000m大关；各种地应力测量方法的技术和设备也日趋提高和完善。更可喜的是2011年中国科学院武汉岩土力学研究所和上海交通大学葛修润院士提出了钻孔局部壁面应力解除法（BWSRM），并研制了地应力测井机器人，在四川锦屏水电站埋深达2 430m的科研试验洞内进行了成功测量，获得了可喜成果［10］。这些都标志着我国地应力测量和研究水平已为国际所瞩目。