钻孔孔底应力分析技巧与方法

钻孔孔底平面应力分量与岩体应力的关系，没有解析解，目前钻孔孔底应变测量法的应力计算是根据邦内切尔（Bonnechere，F.1968年）和范希尔敦（Van Heerden，E.W.1969年）等人由模型试验得出的经验公式作为基础的。如图3-3所示，可表示为：

图3-3　钻孔孔底的应力集中

式中：a，b，c，d为钻孔孔底平面中心点应力集中系数，由实验和有限元计算求得。例如范希尔敦（Van Heerden）通过实验得到［24］［25］a=d=1.25，b=0，c=-0.75×（0.65+μ）。

黎曼（Leeman，E.R.）对几种材料进行室内试验。在这些立方试块材料的垂直面中心沿水平向钻一钻孔，深度为棱边的一半，在钻孔底部粘贴电阻丝应变丛，在压力机上沿钻孔垂直方向施压。这时试件的应力状态（除钻孔附近以外）为σ1=P／S（σ1为垂直向应力，P为压力机的压力，S为试件加载面面积），σ2=0（σ2为水平向应力）。实测钻孔底面垂直向主应力σ′1为

花岗岩　　σ′1=1.53σ1(www.xing528.com)

钢　　　　σ′1=1.51σ1

环氧树脂　σ′1=1.55σ1

每种材料都发现在钻孔底面水平方向上有一小主应力σ′2存在，其量值小于8／100。这是由于试件与压力机的压板之间的磨擦效应造成。

高尔（Galle）用光弹性试验也得到非常类似的结果［26］。在单轴压应力作用下，钻孔底面垂直向和水平向直径上的应力σ′1和σ′2的分布如图3-4。由图3-4可知，在钻孔底面的中心σ′1=1.53σ1，σ′2=0；并且孔底平面的应力状态，在水平向直径上是均匀的，在垂直向直径上离中心0.6半径范围内也是均匀的。这就保证了钻孔孔底应变测量法的测量元件能够测到比较理想的孔底平面的应力状态。

图3-4　在单轴垂直向应力作用下，钻孔孔底平面上垂直向和水平向直径上的应力分布