5地应力及其测量.ppt

§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、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。 （2）成因： 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；地温梯度引起的温度应力 约为： (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 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) * * 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 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） 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。 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 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）。 目前，原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/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。 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