5地应力及其测量

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1、第5章地应力及其测量§5.1概述§5.2地应力分布的一些规律§5.3高地应力区的特征§5.4地应力的测量原岩：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。围岩：受工程开挖影响应力发生重新分布的岩体，称为围岩。原岩应力：原岩中天然赋存的应力称为原岩应力，又称为初始地应力或地应力、天然应力。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，又称为初始地应力场。即未经采动的岩体在天然状态下所具有的应力状态。§5.1概述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

2、体自重引起的。自重应力场：自重应力在空间有规律的分布状态称为自重应力场。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。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。次生应力（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。→←次生应力↓↑∧++++++++++++++++++天然应力(1)组成：岩体自重→自重应力构造运动→构造应力流体作用→渗流应力其它（地温、地球化学作用等

3、）2、天然应力的组成及成因天然应力≈自重应力＋构造应力迄今为止，对原岩应力还无法进行较完善的理论计算，而只能依靠实际测量来建立岩体中初始应力状态。（2）成因：1）地幔热对流地幔热对流－－（碰撞、俯冲、海岸）2）板块边界受压3）岩浆侵入垂直应力：—平均密度，KN/m3侧压力：H—总深度（m）—侧压力系数图岩体自重垂直应力4）岩体自重应力场5)地质构造应力6）地形、地表剥蚀对地应力影响7）水压力、热应力a.孔隙水压力、流动水压力(影响小)、静水压力（悬浮作用）b.一般地温梯度：岩体的体膨胀系数：，岩体弹模E=104MPa；地温

4、梯度引起的温度应力约为：z--深度/m。温度应力是同深度的垂直应力的1/9，并呈静水压力状态。3、天然应力的研究历史与研究意义(1)研究历史①世界上:1878年海姆提出天然应力1932年，在美国胡佛水坝下的隧道中，首次成功地测定了岩体中的天然应力到目前天然应力测点遍布全球，有几十万个测点。大部分是浅部，最深5108米（美国密执安水压致裂法）。②中国：50年代末开始天然应力量测，有几万个测点，最深的有3958米（天津大港）。(2)研究意义①区域稳定②地下洞室稳定③边坡稳定④地基岩体稳定§5-2地应力分布的一些基本规律目前，原

5、岩应力的实测深度达3000m。在这一深度内，原岩应力变化规律大致可归纳为以下几点：1、原岩应力场是相对稳定的非稳定场地应力在绝大部分地区是以水平应力为主的三向不等压应力场。三个主应力的大小和方向是随着空间和时间而变化的，因而它是个非均匀的应力场。地应力在空间上的变化，从小范围来看，其变化是很明显的；但就某个地区整体而言，地应力的变化是不大的。如我国的华北地区，地应力场的主导方向为北西到近于东西的主压应力2、实测垂直应力σv基本上等于上覆岩层的重力在25～2700m深度内，σv随深度线性增加，大致相当于按平均重度γ=27kN

6、/m3计算出来的重力γH,即σv＝27H。3、水平应力σH普遍大于垂直应力σv,即侧压力系数λ＝σH/σv>1;4、平均水平应力σH与垂直应力σv的比值随深度增加而减小。5、最大、最小水平主应力随深度线性增加：σHmax＝6.7＋0.0444H(Mpa)σHmin＝0.8＋0.0329H(Mpa)6、两个水平应力的关系一般有7、原岩应力的分布规律还受地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。地形：谷底是应力集中部位，最大主应力在谷底或河床中心近于水平，在岸坡

7、则向谷底或河床倾斜，大致与坡面平行；断层和结构面附近是应力降低区，断层端部、拐角处应力集中区，主应力方向大多平行或垂直于断层走向。研究高地应力问题的必要性：研究高地应力本身就是岩石力学的基本任务。岩体的本构关系、破坏准则以及岩体中应力传播规律都要受到地应力大小的变化而变化。随着采矿深度的增加，我国中西部的开发，尤其是水电工程建设，在高地应力地区出现特殊的地压现象，给岩体工程稳定问题提出了新课题。1.高地应力判别准则（1）目前国际国内无统一的标准。（2）国内一般岩体工程以初始地应力在20-30MPa为高地应力(大于800米深

8、)。（3）不同岩石弹性模量不同，岩石的储能性能不同，地应力也不同，高地应力是相对于围岩强度而言的。极高地应力高地应力一般地应力我国工程岩体分级基准（GB50218-94）<44～7>7法国隧道协会<22～4>4日本新奥法指南（1996年）>24～6>6日本仲野分级<22～4>4岩爆：围岩处于高应力场条件