地应力的工程地质研究精要.ppt

第三章 地应力的工程地质研究 主要内容： 第一节 地应力的种类 第二节 地应力场的分布和变化规律 第三节 地应力研究的工程意义 第四节 地应力工程地质研究的内容和方法 第一节 地应力的种类 1、基本概念 地应力：地壳岩体内在天然状态条件下所具有的内应力。 地壳岩体内的天然应力状态，是指未经人为扰动的，主要是在重力场和构造应力场的综合作用下，有时也在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力状态，常称为天然应力或初始应力。 人类从事工程活动，在岩体天然应力场内，因挖除部分岩体或增加结构面而引起的应力，称为感生应力或次生应力。 地应力场:地壳内各点的应力状态在空间分布的总合﹐称为地应力场。 2、地应力分类 ①自重应力： 在重力场作用下生成的应力为自重应力。在地表近水平的情况下，重力场在岩体内的某一任意类形成相当于上覆岩层重量的垂直正应力σv。 由于泊松效应（即侧向膨胀）造成水平正应力σh，相当于三向应力中的最小应力： ②构造应力 地壳运动在岩体内形成的应力称为构造应力。构造应力又可称为活动构造应力和剩余构造应力。 活动构造应力，即狭义的地应力，是地壳内现在正在积累的能够导致岩石变形和破裂的应力。 剩余的构造应力是古构造运动残留下来的应力。 ③剩余应力 剩余应力：承载岩体遭受卸荷或部分卸荷时，岩体中某些组分的膨胀回弹趋势部分地受到其他组分的约束，于是就在岩体结构内形成残余的拉、压应力自相平衡的应力系统，此即剩余应力。 ④变异应力 变异应力：岩体的物理、化学变化及岩浆的侵入等引起的应力。具体来说是岩体的物理状态、化学性质或赋存条件的变化引起的，通常只具有局部意义，可统称为变异应力。 第二节 地应力场的分布和变化规律 1、垂直应力的分布 世界各地实测应力资料的统计表明，不同地区地壳表层岩体垂直应力随深度的分布，通常有如下关系： σ v =A+ γh （ γ大体相当于岩体的平均容重，A为常数） 我国地壳表层岩体内垂直应力随深度的分布也大体上与国外统计结果相一致。 地表表层岩体内的垂直应力成分主要由上覆岩层自重所引起，即随深度而线性增大，且其增长率相当于岩体的平均容重； 大多数地区，在遭受区域性剥蚀的过程中，由于垂向卸荷不彻底而保存一部分剩余自重应力，公式中常数项的存在就表明了这一点。 2、水平应力的分布 平均水平应力随深度而增大，并可区分三种情况： a. σh σv 沉积物沉积后未受构造扰动或仅受轻微构造作用或明显遭受侧向卸荷影响的岩体具有这种应力状态（ 地壳浅部）； b. σh =σv 近期未受构造挤压的深部塑性变形区或某些具有高塑性的沉积岩层，N=1，静水应力分布； c. σh σv 分布较为普遍， σ1 、σ3 水平或垂直，N1或1 （地壳深部）； 3、最大主压应力方向 各地最大主应力的发育呈明显的规律性。 各地的σ1方向均与由各该点向我国的察隅和巴基斯坦的伊斯兰堡联线所构成的夹角等分线方向相吻合或相近似，仅在两侧边缘地带略有偏转，即东侧向顺时针偏转，西侧向逆时针偏转。 第三节 地应力研究的工程意义 地壳岩体的天然应力状态与人类的工程活动关系极大，它不仅是决定区域稳定性的重要因素，而且往往对各类建筑物的设计和施工造成直接的影响。实践表明，在高应力区，地表、地下工程施工期间所进行的岩体开挖工作，往往能在岩体内引起一系列与卸荷回弹和应力释放相联系的变形和破坏现象，其结果是不仅会恶化地基或边坡岩体的工程地质条件，而且作用的本身有时也会对建筑物造成直接的危害。 地壳开挖导致的岩体变形和破坏主要有以下几种类型： ①基坑底部的隆起、破坏。 ②基坑边坡的剪切滑移。 ③边坡的倾倒变形。 ④引起岩爆。 ⑤对坝型选着的影响。 ⑥对地下工程的影响。 第四节 地应力工程地质研究的内容和方法 1、地应力测量的方法 2、测量方法概述 ①水力压裂法（水压致裂法） ? ??通过钻孔向地下某深度处的测点段压液，用高压将孔壁压裂，然后根据破坏压力、关闭压力和破裂面的方位，计算和确定岩体内各主应力的大小和方向。 ②凯塞尔效应测试法?? ?1950年，德国学者J.Kaiser发现受单向拉伸力作用的金属材料，只有当应力达到并超过材料所受过的最大先期应力时才会开始有明显的声发射现象出现