岩石力学课件6.岩体初始应力

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1、第六章岩体初始应力§6-1基本概念原岩：未经工程开挖而又不受开挖影响仍处于自然平衡状态的岩体，称为原岩。原岩应力：原岩中天然赋存的应力称为原岩应力，又称为初始应力或地应力。围岩：受工程开挖影响应力发生重新分布的岩体，称为围岩。围岩应力：洞室开挖后，周围岩体失去原来的支撑，开始向洞内位移，引起洞周一定范围内岩体应力改变，重新调整形成新的应力，称为围岩应力，也称次生应力或二次应力：岩体开挖扰动了原岩的自然平衡状态，使一定范围内的原岩应力发生变化，变化后的应力称为次生应力或二次应力。§6-1基本概念自重应力：地壳上部各种岩体由于受到地心引力的作用而产生的应力。它是由岩体自重引起的。构造应力

2、：由地质构造作用产生的应力称为构造应力。或地壳中长期存在着一种促使构造运动发生和发展的内在力量，这就是构造应力。原岩应力场：原岩应力在岩体空间有规律的分布状态称为原岩应力场，又称为初始应力场。即未经采动的岩体在天然状态下所具有的应力状态。构造应力场：构造应力在空间有规律的分布状态称为构造应力场.原岩应力≈自重应力＋构造应力§6-2岩体的自重应力一、均匀岩体中的基本公式在均匀岩体中，岩体的自重初始应力状态为：其中λ为侧压力系数。对于成层岩体：§6-2岩体的自重应力§6-2岩体的自重应力在地壳浅部，可认为岩体处于弹性状态，μ=0.20~0.30，在深部，岩体转入塑性状态，μ=0.50，λ

3、＝1，则有：σx=σy=σz各向等压的应力状态，又称为静水压力状态。§6-2岩体的自重应力二、各向异性岩体中的基本公式对于各向异性岩体，例如薄层状沉积岩：当岩层水平时则有：§6-2岩体的自重应力对于各向异性体，例如薄层状沉积岩：当岩层垂直时联立求解上式得：§6-2岩体的自重应力三、岩体自重应力的特点（1）水平应力σx、σy小于垂直应力σz；（2）σx、σy、σz均为压应力；（3）σz只与岩体密度和深度有关，而σx、σy还同时与岩体弹性常数E、μ有关；（4）结构面影响岩体自重应力分布。§6-3岩体构造应力一、构造应力场的概念构造应力：由地质构造作用产生的应力称为构造应力。或地壳内长期存

4、在着一种促使构造运动发生和发展的内在力量，这就是构造应力。岩体构造应力是构造运动中积累或剩余的一种分布力。构造应力场：是构造运动中积累或剩余的一种应力场，相对于人类活动时期而言，除构造活动区外，它是剩余应力场。§6-3岩体构造应力二、构造运动的起因地质学家分析地球表层（包括地壳和地幔）结构及其运动规律和发展，提出了各种大地构造学说，最具代表的是地质力学学说和板块构造学说。1、地质力学学说该学说认为地球自转速度的变化产生两种推动地壳运动的力：一种是经向水平离心力；一种是纬向水平惯性力。这两种力是引起地壳岩体中出现构造应力的根本原因。大量的实测资料说明岩体中水平应力大于垂直应力，说明构造

5、应力以水平应力为主。2、板块构造学说该学说认为板块运动的核心是海底扩张。海底扩张是由于地幔对流引起的。源于1915年德国魏根纳提出大陆漂移学说，认为1.5亿年前，地球表面有一个统一的大陆－联合古大陆，其周围全是海洋。从侏罗纪开始，联合古大陆分裂成6大板块，它们覆在软流圈上各自漂移，最终形成现今大陆和海洋的分布。非洲§6-3岩体构造应力三、构造应力场分析根据岩体变形破坏机理，对构造运动留下的遗迹（构造形迹）进行分析，以判断构造应力的主应力方向。（一）构造形迹的形成机理1、褶皱形成机理§6-3岩体构造应力三、构造应力场分析（一）构造形迹的形成机理2、断层和节理的形成机理断层、节理形成机理

6、有三种：张性的、扭性的、压性的。（1）张性断层是由于岩体中的张应变超过极限而产生的。这种断层层面不规则，断层走向与最大主应力方向平行。小的张性断裂两盘岩石不一定发生错动，称之为张性节理。（2）压性断层和扭性断层都可用莫尔－库伦理论来解释。§6-3岩体构造应力三、构造应力场分析（一）构造形迹的形成机理2、断层和节理的形成机理由地质特征推断构造应力方向详图见下页§6-3岩体构造应力（二）构造体系及区域构造应力场对一个区域而言，在一次构造运动中，既有褶皱又有断层和节理等。这些构造形迹尽管形态各异、性质不同、大小悬殊，但大都不是孤立出现，而是相伴而生，共同形成一个构造体系。例如：米字型构造体

7、系。S1,S2’扭性断层－张性断层（详图见下页）§6-4岩体初始应力场测定一、应力解除法（一）基本原理地下某点的岩体处于三向压缩状态，如用人为的方法解除其应力，必然发生弹性恢复，测定其恢复的应变，利用弹性力学公式则可算出岩体初始应力。§6-4岩体初始应力场测定一、应力解除法（二）应力解除方法1、孔底应力解除法孔底应力解除法测定岩体应力的步骤：（1）打大孔至测点，磨平孔底。（2）在孔底粘贴电阻应变花探头。（3）解除应力，测量其应变。（4）取出岩心，测其弹性参