1912年瑞士地质学家A.海姆（Arnold Heim，1882～1965）在大型越岭隧道的施工中，通过观察和分析，首次提出了地应力概念，并假定地应力为静水应力状态，1926年苏联学者A.H.金尼克考虑到地层岩体泊松效应，修正了静水应力状态假设，同期其他研究者也都认为地应力只与重力有关，不同点在于寻求不同侧压系数的数学公式。1932年美国R.S.劳伦斯在胡佛水坝下面的一个隧道中首次成功进行了原岩应力测量。20世纪50年代，N.哈斯特将钻孔应力计和套孔应力解除法结合起来，在斯堪的纳维亚半岛等地进行了地应力测量。60年代中期以前，地应力测量基本处于平面应力测量的水平。这一时期，最具代表性的孔径变形计是哈斯特研制的压磁应力计和美国矿务局研制的USBM钻孔变形计等，孔底应变计是南非黎曼研制的CSIR孔底应变计。60年代末，南非科学和工业研究委员会研发出三轴孔壁应变计，同期，美国C.费尔赫斯特和B.C.海姆森提出水压致裂法测量地应力。70年代中期澳大利亚联邦科学和工业研究组织岩石力学部研发出CSIRO型三轴空心包体应变计用于测量地应力，M.罗恰领导的葡萄牙国家土木工程实验室研制出与CSIRO型类似结构形式的空心包体应变计。此外，澳大利亚学者R.L.布莱克伍德研制出实心包体应变计，H.波克发明了切槽局部应力解除测量法。针对应力解除法长期采用的岩石各向同性的假设导致地应力分析方程不合理问题。1982年美国学者B.阿马代提出了岩石各向异性情况下应力测量的计算方法。80～90年代，瑞典研制出水下三维孔壁应变解除应力测量仪、无电缆遥控自动记录深孔钻孔应变计。

中国地应力测量始于20世纪50年代末期，以李四光指导的中国地质科学院地质力学研究所和陈宗基指导的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的研究工作为先驱，1964年由陈宗基带领的课题组首次在中国湖北大冶铁矿进行了地应力测量。70年代中期之前，中国普遍采用压磁式应力计，之后，普遍使用三轴孔壁应变计、空心包体应变计和水压致裂法。80年代，中国地质科学院地质力学研究所研制了KX-81型空心包体式钻孔三轴应力计，长江科学院刘允芳研制了CJS-1型钻孔三向应变计，单点可获三维应力。90年代之后蔡美峰研发了一种完全温度补偿的地应力测量方法和装置，中国科学院武汉岩土力学和上海交通大学原创性地提出了钻孔局部壁面应力解除法，2010年研制了基于该法的地应力测量设备，并在中国锦屏II级水电站的科研试验洞首次成功地进行了现场原位地应力测试试验。

地应力测量方法有数十种，测量仪器有数百种。对测量方法的分类没有统一标准，按照测量手段的不同可分为五大类：构造法、变形法、电磁法、地震法和放射性法。按照测量原理的不同可分为八大类：应力恢复法、应力解除法、应变恢复法、应变解除法、水压致裂法、声发射法、X射线法和重力法。蔡美峰教授依据测量基本原理的不同，将测量方法分为直接法和间接法两大类。

直接测量法是由测量仪器直接测量和记录各种应力量，如补偿应力、恢复应力、平衡应力，并由这些应力量和原岩应力的相互关系，通过计算获得原岩应力值。在计算过程中并不涉及不同物理量的相互换算，不需要知道岩石的物理力学性质和应力应变关系。主要包括：①扁千斤顶法，该方法只能在开挖体临空面附近进行，测量得到的属于次生应力，要求被测岩体必须非常完整，只能测量垂直钻孔平面的二维应力状态，严重限制了该方法在实际测量中的应用。②刚性包体应力计法，是继扁千斤顶法之后应用较广的岩体应力测量方法，根据刚性包体中压力测量原理的不同，可分为如下几种：液压式应力计、压磁式应力计、光弹应力计、钢弦应力计。刚性包体应力计法测量的是次生应力，主要用于现场岩体开挖扰动的应力变化监测，不能用于测量原岩应力。其中光弹应力计属于光测法，其传感器为玻璃圆柱体，适宜于井下恶劣条件下矿柱、矿壁长期应力变化的监测。③水压致裂法，该方法突出优点是能测量深部应力，这是其他方法不能实现的，不足之处在于需要假定主应力方向，导致测量可靠性较低，因此这种方法可用于测量深部地壳的应力。同时，对于露天边坡等岩体工程，由于没有现成的地下空间用来接近应力测量点，或者在地下工程的前期阶段，需要估计该工程区域的地应力场，也只有使用水压致裂法才是最经济实用的。因此，对于一些重要的地下工程，在工程前期阶段使用水压致裂法估测应力场，在工程施工过程中或工程完成后，再使用其他比较精确的测量方法，就能为工程设计、施工和维护提供比较准确可靠的地应力场数据。④声发射法，该方法根据岩石对先前的应力记忆效应测量原岩应力，通常在测点处沿六个不同方向获得岩芯，将岩芯加工成岩石试件进行室内声发射试验。有人提出声发射测量得到的是先前最大应力，不是现今地应力，还有人提出通过声发射可获得先前最大应力和现今应力，该方法测量精度和可靠性尚未得到普遍公认，一般用于地应力估测。

间接测量法借助某些传感元件或某些媒介，测量和记录岩体中某些与应力有关的间接物理量的变化，如岩体中的变形或应变，岩体的密度、渗透性、吸水性、电磁、电阻、电容的变化，弹性波转播速度的变化等，然后由测得的间接物理量的变化，通过已知的公式计算出岩体中的应力值。因此，在间接测量法中，为了计算应力值，首先必须确定岩体的某些物理力学性质以及所测物理量和应力的相互关系等。主要包括：①套孔应力解除法，按照计算原理的不同，可分为孔径变形法、孔底应变法、孔壁应变法、空心包体应变法和实心包体应变法。套孔应力解除法是发展时间最长，技术上比较成熟的一种地应力测量方法，在测量原岩应力的适用性和可靠性方面普遍认为是最好的方法，该方法形成了一套标准化的测量程序，如图1。首先从岩体表面打大孔，大孔直径为下一步即将打的用于安装探头的小孔直径的3倍以上，小孔直径一般为36～38毫米，因此大孔直径一般为130～150毫米。大孔深度为巷道、隧道或已开挖硐室跨度的2.5倍以上，从而保证测点是未受岩体开挖扰动的原岩应力区。为了节省人力、物力并保证试验的成功，测量应尽量选择在跨度较小的开挖空间中进行，避免将测点安排在叉道口或其他开挖扰动大的地点。为了便于安装测量探头，大孔要保持一定的同心度，在钻进过程中需要有导向装置，达到预定深度后，需要将大孔孔底磨平，并打出锥形孔，以利于下一步钻同心小孔、清洗小孔和探头顺利安装到小孔。小孔从大孔孔底锥形孔处打，小孔深度一般为孔径的10倍左右，从而保证小孔中央部位处于平面应变状态。小孔打完并用水冲洗干净后，用一套专用装置将测量探头，如孔径变形计、孔壁应变计等安装到小孔中央部位，图2为CSIRO应力计改进的KX-81型空心包体式三轴地应力计（探头）。安装好探头后，继续延深大孔实施套孔应力解除。将带有应力计的岩芯由钻孔取出后，放入围压率定仪器中，得到套孔岩芯的弹性模量和泊松比力学参数，由于应力解除引起的小孔变形由包括测试探头在内的测量系统测定并通过记录仪器记录下来。根据测得的小孔应变值和相关力学参数，通过有关公式计算即可求出测点的原岩应力状态。如果将探头安装在小孔内不进行套孔，则探头与应变仪连接后，则可用于次生应力的变化监测。

图1 套孔应力解除法测量步骤示意图

图2 KX-81型空心包体式三轴地应力计

②局部应力解除法，该方法与套孔应力解除法不同，只能实现测点的部分应力解除，用于粗略估计应力状态或应力变化情况，包括切槽解除法、钻孔全息干涉测量法、平行钻孔法、中心钻孔法、钻孔延深法。③松弛应变测量法，该方法用于粗略估计应力状态或应力变化情况，其中微分应变曲线分析法和非弹性应变恢复法，需要通过现场钻取岩芯，然后进行室内试验；孔壁崩落测量法则需要在现场进行试验。④地球物理探测法，主要包括声波探测法、超声波谱法、原子磁性共振法和放射性同位素法。由于对测定的数据和地应力之间的关系缺乏定量化的了解，同时由于岩体结构的复杂性，各点的岩石条件和性质各不相同，因此，该方法难以为实际工程提供可靠的地应力数据，一般用于探测大范围的地壳应力状态。

地壳上层岩体的应力状态是地壳最重要的性质之一，充分认识和理解地壳岩体应力状态，不仅是地质力学与地球物理学、更是岩体力学与工程中十分重要的问题之一。因此，从1912年首次提出地应力概念以来，岩体内地应力测量在岩石力学研究领域一直占有十分重要的地位。同时，地应力测量在科学钻探的测井工作及地球科学基础研究中也占有十分重要的地位。

随着浅部资源的逐渐减少和枯竭，地下开采的深度越来越大，中国已有大批矿井进入千米以下开采深度，高地应力引起的深部开采问题日益突出。地应力场资料不仅是深部开采工程设计和施工的重要依据，同时也是进行深部开采安全监测预测的重要依据。由于地应力的大小和方向不可能通过数学计算或模型分析的方法获得，要获得一个地区的地应力状态，唯一的方法就是进行地应力测量。因此，地应力测量不仅具有重大理论意义，也具有重要的现实应用价值。

矿山地应力测量的发展方向为：①研发将浅部地应力测量用于深部地应力测量新技术；②建立地球物理探测法，用于深部大范围地应力场测量的新技术；③建立非线性、非均质不连续岩石介质环境下地应力测量的新理论和技术；④地应力测量仪器的自动化和无线传输技术；⑤地应力场模拟反演理论和计算。