5地应力及其测量.ppt

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1、第五章地应力及其测量本章内容：§5-1概述§5-2地应力成因§5-4岩体初始应力分布状态§5-5岩体初始应力场测定§5-1概述原岩：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。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。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。自重应力场：自

2、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。原岩应力≈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。5.2地应力的成因1）地幔热对流地幔热对流－－（碰撞、俯冲、海岸）2）板块边界受压中国地震带

3、分布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5)地质构造应力5)地质构造应力Hebeihandan，某旋转地应力场受旋钮构造影响。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。§5-3地应力（原岩应力）分布的一些基本规律目前，原岩应力的实测深

4、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：一、原岩应力场是相对稳定的非稳定场；二、水平应力σH普遍大于垂直应力σv,即侧压力系数λ＝σH/σv>1;三、原岩应力三个主应力σHmax，σHmin，σv均随深度增加而增大；1、平均水平应力σH与垂直应力σv的比值随深度增加而减小。2、两个水平应力的关系一般有3、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)4、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

5、于按平均重度γ=27kN/m3计算出来的重力γH,即σv＝27H。四、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。5.4岩体初始应力状态的现场量测方法一、岩体应力现场量测方法概述1.目的：（1）了解岩体中存在的应力大小和方向（2）为分析岩体的工程受力状态以及为支护及岩体加

6、固提供依据（3）预报岩体失稳破坏以及预报岩爆的有力工具2.方法分类(表6-1)二、水压致裂法（一）方法原理及技术要点：通过液压泵向钻孔内拟定量测深度加液压将孔壁压裂，测定压裂过程中的各特征点压力及开裂方位，然后根据测得的压裂过程中泵压表的读数，计算测点附近岩体中地应力大小和方向。压裂点上下用止水封隔器密封，其结构如图6-10所示。水压致裂过程中泵压变化及其特征压力示于图6-11。P0PbPsPs0P0Pb0Ps图6-11压裂过程泵压变化及特征压力图6-10止水、压裂工作原理PbPsPsPs0Pb0P0各特征压力的物理意义①P0-岩体内孔隙水压力或地下

7、水压力②Pb-注入钻孔内液压将孔壁压裂的初始压裂压力③Ps-液体进入岩体内连续的将岩体劈裂的液压，称为稳定开裂压力④Ps0-关泵后压力表上保持的压力，称为关闭压力。如围岩渗透性大，该压力将逐渐衰减⑤Pb0-停泵后重新开泵将裂缝压开的压力，称为开启压力（二）基本理论和计算公式当孔壁出现垂直裂缝时，设孔周边两个水平地应力分别为和，孔壁还受有水压Pb.如图6-12。图6-12孔壁开裂力学模型a钻孔周围岩体内应力(Kirsch.G-基尔斯解)在孔壁上r=a，有：当时有最大拉应力：按最大拉应力理论，有(6-15)(6-16)将(6-15)代入(6-16)得孔壁

8、开裂应力条件(6-18)即孔壁开裂在与垂直,的面上式中：T0-岩体的抗强度若岩体中有孔隙水压力Pw，（6-1