表面应力恢复测量法，以测量已知方向的主应力量值为最有成效，测量设备简单，只需布置一组测量元件和开凿1条窄缝槽，再在槽中埋设1个压力枕。如果主应力方向为未知，则需要在测点附近不同方向布置3组测量元件和相应开凿3条窄缝槽，再在槽中分别埋设3个压力枕，才能测定岩体表面二维应力状态。这内容将在以后章节论述。
在平整了的岩面已知主应力方向上布置一组测量元件，在垂直主应力方向上凿一窄缝槽，边凿槽边测量，测得凿槽局部应力解除时的变形（位移或应变）值，再在槽中埋设压力枕加压，测量由压力枕施压引起的变形。当压力枕内的压力达到恢复凿槽时所记录的局部应力解除时的变形值，并超过它的残余变形时，这时施加在压力枕内的压力就是所测窄缝槽中垂线方向岩壁表层的一个主应力。表面应力恢复法测量布置如图2-4所示［14］。
图2-4 表面应力恢复测量法测量布置图
表面应力恢复测量法测试原理，可用穆斯海里什维里（Mycxeлищвили，H.N.）理论来证明。由于槽的长宽比很大，可把槽近似看做一条窄缝。把含有窄缝的实际平面通过映射函数映射到含有单位圆的映射平面上。设轴x为槽方向，轴y为槽中垂线方向。参阅参考文献［15］和本章第7节公式（2-65），并且注意到窄缝槽以大主应力方向布置，即α=90°，岩体凿槽局部应力解除后，在槽的中垂线（θ=90°）上围岩二次应力状态为
式中：ρ为映射平面上相对应于实际平面窄缝槽中垂线上测点的映射点的极径，它的表达式参阅本章第7节公式（2-42）。
凿槽局部应力解除的测量是在已含有围岩应力状态的岩壁表面上进行的，实测得到的应力状态是凿槽引起的扰动应力。设扰动应力分量为σ′x和σ′y，它们是凿槽引起的围岩二次应力状态与原先存在的岩壁表面应力状态相减，即σ′x=σx-σ2，σ′y=σy-σ1（参阅第5章第1节）。因此，在窄缝槽中垂线上实测到的由凿槽引起的扰动应力分量为
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当窄缝槽中埋设压力枕后，参阅参考文献［15］和本章第7节公式（2-75），由压力枕施压在槽中垂线（θ=90°）上所产生的应力分量为
由此可知，在窄缝槽的中垂线上由凿槽引起的局部应力解除应变值ε′y和压力枕加压引起的应变值ε″y分别为
表面应力恢复法测量时，布置在窄缝槽的中垂线方向的测表的读数，由压力枕加压引起的应变，需要恢复到凿槽局部应力解除引起的应变，也即ε′y-ε″y=0。分析式（2-9）和式（2-10）可知，只有在σ1=P时，这个条件才成立。也即压力枕的压力就是所测垂直窄缝槽的一个主应力，并且窄缝槽中垂线上各点都存在这个关系，所以在中垂线上任何一个点都可布置测点。从而证明了表面应力恢复法的基本测量原理。
由于实际岩体并不是理想弹性体，岩体变形时存在一定数量的残余变形，因此恢复凿槽时的局部解除应变来作为欲求的一个主应力有一定误差。如图2-5所示，曲线OA是岩体承受应力时的应力应变曲线，是地应力逐渐积累过程，是测量不到的；曲线AB是凿槽局部应力解除时所记录到的应力应变曲线，是可以测量到的。埋设在窄缝槽中压力枕施压的应力应变曲线沿BCD变化。如果压力枕施压后的应变恢复到凿槽时的应变，即回复到点C，由图2-5可见，所测应力小于实际应力（即小于点A的应力）。因此压力枕还需继续加压。由于曲线AB为弹性变形，对应的应变记为εe，曲线BCD为全变形，对应的应变记为εl，压力枕需要再继续加压到凿槽时引起残余变形相对应的压力值，也即加压到凿槽引起的全应变εl相对应的压力值，这时压力枕里所施加的压力才是真正的实际应力值。具体做法为继续施加压力到点E，曲线BCDE为全变形曲线，对应的全应变为εl′，然后卸压到零（指凿槽局部应力解除后相对应的零点），即点F，曲线EF为弹性变形曲线，对应的弹性应变为εe′。由此求得全应变与弹性应变的比值εl′／εe′，此比值乘上凿槽时所记录的弹性应变值εe就得到凿槽时的全应变值εl，εl对应的压力即点D就是所要求的应力。
图2-5 表面应力恢复测量法的应力应变关系曲线示意图
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