應(yīng)力等因素導(dǎo)致巖體具有初始地應(yīng)力（或簡(jiǎn)稱地應(yīng)力）是最具有特色的性質(zhì)之一。就巖體工程而言，如不考慮巖體地應(yīng)力這一要素，就難以進(jìn)行合理的分析和得出符合實(shí)際的結(jié)論。
巖體應(yīng)力
天然應(yīng)力
是指未經(jīng)人為擾動(dòng)的，主要是在重力場(chǎng)和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的綜合作用下，有時(shí)也在巖體的物理、化學(xué)變化及巖漿侵入等的作用下所形成的應(yīng)力狀態(tài)，稱為巖體天然應(yīng)力或巖體初始應(yīng)力，有時(shí)也稱為地應(yīng)力。
天然應(yīng)力構(gòu)成：
巖體自重→自重應(yīng)力
構(gòu)造運(yùn)動(dòng)→構(gòu)造應(yīng)力
流體作用→靜水壓力梯度，滲流應(yīng)力
其他（低溫、地球化學(xué)作用）
地殼巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)與人類的工程活動(dòng)關(guān)系極大，它不僅是決定區(qū)域穩(wěn)定性的重要因素，而且往往對(duì)各類建筑物的設(shè)計(jì)和施工造成直接的影響。
比如，地下空間的開挖必然使圍巖應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)重新分布并引起圍巖損傷，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致失穩(wěn)、垮塌和破壞。這都是由于在具有初始地應(yīng)力場(chǎng)的巖體中進(jìn)行開挖所致，因?yàn)檫@種開挖“荷載”通常是地下工程問題中的重要荷載。由此可見，如何測(cè)定和評(píng)估巖體的地應(yīng)力，如何合理模擬工程區(qū)域的初始地應(yīng)力場(chǎng)以及正確和合理地計(jì)算工程問題中的開挖“荷載”，是巖石力學(xué)與工程問題中不可回避的重要問題。
已有的研究和工程實(shí)踐表明，淺部地殼應(yīng)力分布主要有如下的一些基本規(guī)律：
地應(yīng)力是一個(gè)具有相對(duì)穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)，它是時(shí)間和空間的函數(shù)。
實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量。
水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力。
平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值隨深度增加而減小，但在不同地區(qū)，變化的速度很不相同。
最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力也隨深度呈線性增長(zhǎng)關(guān)系。
最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向性。
地應(yīng)力的上述分布規(guī)律還會(huì)受到地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體力學(xué)性質(zhì)、溫度、地下水等因素的影響，特別是地形和斷層的擾動(dòng)影響最大。
高應(yīng)力區(qū)
實(shí)踐表明，在高應(yīng)力區(qū)，地表、地下工程施工期間所進(jìn)行的巖體開挖工作，往往能在巖體內(nèi)引起一系列與卸荷回彈和應(yīng)力釋放相聯(lián)系的變形和破壞現(xiàn)象，其結(jié)果是不僅會(huì)惡化地基或邊坡巖體的工程地質(zhì)條件，而且作用的本身有時(shí)也會(huì)對(duì)建筑物造成直接的危害。
高地應(yīng)力判別準(zhǔn)則
高地應(yīng)力是一個(gè)相對(duì)的概念。由于不同巖石具有不同的彈性模量，巖石的儲(chǔ)能性能也不同。一般來說，地區(qū)初始地應(yīng)力大小與該地區(qū)巖體的變形特性有關(guān)，巖質(zhì)堅(jiān)硬，則儲(chǔ)存彈性能多，地應(yīng)力也大。因此高地應(yīng)力是相對(duì)于圍巖強(qiáng)度而言的。也就是說，當(dāng)圍巖內(nèi)部的最大地應(yīng)力與圍巖強(qiáng)度（rb）的比值（rb/σmax）達(dá)到某一水平時(shí)，才能稱為高地應(yīng)力或極高地應(yīng)力。
目前在地下工程的設(shè)計(jì)施工中，都把圍巖強(qiáng)度比作為判斷圍巖穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，有的還作為圍巖分級(jí)的重要指標(biāo)。從這個(gè)角度講，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到埋深大不一定就存在高地應(yīng)力問題，而埋深小但圍巖強(qiáng)度很低的場(chǎng)合，如大變形的出現(xiàn)，也可能出現(xiàn)高地應(yīng)力的問題。因此，在研究是否出現(xiàn)高或極高地應(yīng)力問題時(shí)必須與圍巖強(qiáng)度聯(lián)系起來進(jìn)行判定。
以圍巖強(qiáng)度比為指標(biāo)的地應(yīng)力分級(jí)基準(zhǔn)
此外，修建高壩、大型水庫和深大的地下硐室等，常能在更大范圍內(nèi)影響天然應(yīng)力的平衡，引起一系列諸如斷層復(fù)活、水庫地震以及大型巖爆等嚴(yán)重危害建筑物和人民生命財(cái)產(chǎn)的工程地質(zhì)作用。
高初始地應(yīng)力巖體在開挖中出現(xiàn)的主要現(xiàn)象
不同圍巖強(qiáng)度比開挖中出現(xiàn)的現(xiàn)象
1應(yīng)力解除法測(cè)巖體應(yīng)力
應(yīng)力解除法是巖體應(yīng)力測(cè)量中應(yīng)用較廣的方法。
基本原理：當(dāng)需要測(cè)定巖體中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，人為地將該處的巖體單元與周圍巖體分離，此時(shí)，巖體單元上所受的應(yīng)力將被解除。同時(shí)，該單元體的幾何尺寸也將產(chǎn)生彈性恢復(fù)。應(yīng)用一定的儀器，測(cè)定這種彈性恢復(fù)的應(yīng)變值或變形值，并且認(rèn)為巖體是連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的彈性體，于是就可以借助彈性理論的解答來計(jì)算巖體單元所受的應(yīng)力狀態(tài)。
鉆孔應(yīng)力解除法測(cè)量步驟：
第一步 鉆測(cè)試巖芯大孔d
第二步 鉆傳感器安裝孔d
第三步 安裝探頭和讀取初始數(shù)據(jù)
第四步 鉆應(yīng)力解除套孔與讀取數(shù)據(jù)
第五步 取出巖芯、測(cè)量彈性模量與泊松比
上述方法可以采用空心包體應(yīng)力計(jì)測(cè)量巖體應(yīng)力?？梢詰?yīng)用于金屬礦山、煤礦、大壩、隧道、橋梁、地下洞室倉儲(chǔ)設(shè)施以及其它各種土木工程項(xiàng)目。
空心包體應(yīng)力計(jì)用來測(cè)定巖石或者混凝土中的三向應(yīng)力，通常用來監(jiān)測(cè)應(yīng)力隨時(shí)間的變化，或者測(cè)定鉆孔套芯應(yīng)力解除試驗(yàn)中的初始應(yīng)力方向和應(yīng)力值。
空心包體應(yīng)力計(jì)包含高精密度的應(yīng)變計(jì)和一個(gè)植入式的微處理器，它可以連續(xù)地進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量并且通過串口連接傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)。應(yīng)變讀數(shù)直接以數(shù)字格式顯示在測(cè)量?jī)x表上，基本上消除了由于過長(zhǎng)的電纜所帶來的噪聲和信號(hào)衰減等常見的問題。電源只需要在進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取時(shí)進(jìn)行供應(yīng)，消除了由于長(zhǎng)期供電所帶來的加熱效應(yīng)影響。
2 水壓致裂法
適用于完整性好的脆性巖體。
基本原理：對(duì)測(cè)試段鉆孔用特制封隔器密封起來，然后對(duì)密封段加高壓水直至孔壁巖石產(chǎn)生張裂隙。根據(jù)裂隙的方向及泵壓的大小分析確定原巖的應(yīng)力狀態(tài)。
水壓致裂法測(cè)量步驟：
第1步 打鉆孔并用封隔器密封待加壓段
鉆孔直徑與封隔器直徑一致，封隔器直徑有38mm，5lmm，76mm，9lmm，110mm，130mm等。封隔器是兩個(gè)膨脹橡膠塞，可用液體，也可用氣體進(jìn)行充壓。橡膠塞之間的封堵段長(zhǎng)度為0.5~1.0m。
第2步 獲得初始開裂壓力pi
向隔離段注射高壓水，不斷加大水壓，至孔壁出現(xiàn)開裂，獲得初始開裂壓力pi。
第3步 獲得關(guān)閉壓力
停止增壓，關(guān)閉高壓泵，壓力迅速下降，裂隙停止擴(kuò)展，并趨于閉合，當(dāng)壓力降到使裂隙處于臨界閉合狀態(tài)時(shí)的平衡壓力，此時(shí)應(yīng)力稱為關(guān)閉壓力，記為ps；最后卸壓，使裂隙完全閉合。
第4步 獲得裂隙重開時(shí)的壓力pr和隨后的恒定關(guān)閉壓力ps
重新向密封段注射高壓水，使裂隙重新打開并記下裂隙重開時(shí)的壓力pr和隨后的恒定關(guān)閉壓力ps。這種卸壓-重新加壓的過程重復(fù)2-3次，以提高測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。上述步驟(2)、(3)記錄了壓力—時(shí)間關(guān)系和流量—時(shí)間關(guān)系。
第5步 將封隔器完全卸壓，連同加壓管等全部設(shè)備從鉆孔中取出。
第6步 測(cè)量水壓致裂裂隙和鉆孔試驗(yàn)段天然節(jié)理、裂隙的位置、方向和大小
測(cè)量水壓致裂裂隙和鉆孔試驗(yàn)段天然節(jié)理、裂隙的位置、方向和大小，測(cè)量可以采用井下攝影機(jī)、井下電視、井下光學(xué)望遠(yuǎn)鏡或印模器。前三種方法代價(jià)昂貴，操作復(fù)雜，而印模器則比較簡(jiǎn)便、實(shí)用。其結(jié)構(gòu)及形狀與封隔器相似，其外面包裹一層可塑性橡皮或類似材料，將其連同加壓管路一起送入水壓致裂部位，然后將印模加壓膨脹，使鉆孔上的所有節(jié)理裂隙均印在印模器上。印模器裝有定向系統(tǒng)，以確定裂隙的方位，一般情況下，水壓致裂裂隙為一組徑向相對(duì)的縱向裂隙，很容易辨認(rèn)出來。
水壓致裂法測(cè)定系統(tǒng)：
試驗(yàn)結(jié)果：
巖石抗拉強(qiáng)度：σt=pi-pr
最大水平應(yīng)力：σ1=σhmax=3ps-pi-p0+σt
最小水平應(yīng)力：σ2=σhmin=ps
水壓致裂測(cè)量技術(shù)提供了一種雙軸應(yīng)力測(cè)量方法?？捎糜诓傻V業(yè)和工民建筑的應(yīng)力確定，隧道和地下開挖工程、煤礦開采和石油工業(yè)等。
水壓致裂法的特點(diǎn)：
設(shè)備簡(jiǎn)單。只需用普通鉆探方法打鉆孔，用雙止水裝置密封，用液壓泵通過壓裂裝置壓裂巖體，不需要復(fù)雜的電磁測(cè)量設(shè)備。
操作方便。只通過液壓泵向鉆孔內(nèi)注液壓裂巖體，觀測(cè)壓裂過程中泵壓、液量即可。
測(cè)值直觀。它可根據(jù)壓裂時(shí)泵壓（初始開裂泵壓、穩(wěn)定開裂泵壓、關(guān)閉壓力、開啟壓力）計(jì)算出地應(yīng)力值，不需要復(fù)雜的換算及輔助測(cè)試，同時(shí)還可求得巖體抗拉強(qiáng)度。
測(cè)值代表性大。所測(cè)得的地應(yīng)力值及巖體抗拉強(qiáng)度是代表較大范圍內(nèi)的平均值，有較好的代表性。
適應(yīng)性強(qiáng)。這一方法不需要電磁測(cè)量元件，不怕潮濕，可在干孔及孔中有水條件下作試驗(yàn)，不怕電磁干擾，不怕震動(dòng)。
3應(yīng)力恢復(fù)法
應(yīng)力恢復(fù)法是用來直接測(cè)定巖體應(yīng)力大小的一種測(cè)試方法，目前此法僅用于巖體表層，當(dāng)已知某巖體中的主應(yīng)力方向時(shí)，采用本方法較為方便。
當(dāng)洞室某側(cè)墻上的表層圍巖應(yīng)力的主應(yīng)力，方向各為垂直與水平方向時(shí)，就可用應(yīng)力恢復(fù)法測(cè)得的大小。
試驗(yàn)過程簡(jiǎn)述如下：
第1步
在選定的試驗(yàn)點(diǎn)上，沿解除槽的中垂線上安裝好測(cè)量元件。測(cè)量元件可以是千分表、鋼弦應(yīng)變計(jì)或電阻應(yīng)變片等，若開槽長(zhǎng)度為b，則應(yīng)變計(jì)中心一般距槽b／3，槽的方向與預(yù)定所需測(cè)定的應(yīng)力方向垂直。槽的尺寸根據(jù)所使用的壓力枕大小而定。槽的深度要求大于b／2。
1—壓力枕；2—應(yīng)變計(jì)
第2步
記錄量測(cè)元件——應(yīng)變計(jì)的初始讀數(shù)。
第3步
開鑿解除槽。巖體產(chǎn)生變形并記錄應(yīng)變計(jì)上的讀數(shù)。
第4步
在開挖好的解除槽中埋設(shè)壓力枕，并用水泥砂漿充填空隙。
第5步
待充填水泥漿達(dá)到一定強(qiáng)度以后，即將壓力枕聯(lián)結(jié)油泵，通過壓力枕對(duì)巖體施壓。隨著壓力枕所施加的力p的增加，巖體變形逐步恢復(fù)。逐點(diǎn)記錄壓力p與恢復(fù)變形（應(yīng)變）的關(guān)系。
第6步
當(dāng)假設(shè)巖體為理想彈性體時(shí)，則當(dāng)應(yīng)變計(jì)回復(fù)到初始讀數(shù)時(shí)，此時(shí)壓力枕對(duì)巖體所施加的壓力p即為所求巖體的主應(yīng)力。
巖體應(yīng)力情況的測(cè)量，無論是對(duì)于工程實(shí)踐還是科學(xué)研究都具有非常重要的指導(dǎo)意義，為合理設(shè)計(jì)、安全施工提供重要依據(jù)。