原岩应力（地应力）.ppt

岩 石 力 学 第五讲ROCK MECHANICS主讲教师：汪家林 （3学时） 内容：原岩应力（地应力）与测量 第一节 概述-- 基本概念 1、未受工程影响而处入自然平衡状态的岩体称为原岩。地壳中的岩体在漫长的地质年代里始终处在不断的运动和变化中，由于重力和地壳中构造运动等因素的影响，原岩在空间上存在着按一定规律分布的初始应力场，称为原岩应力场(天然应力场）或地应力场。 2、人类的工程活动将会扰动原岩内地应力场的自然平衡状态，使一定范围内的原岩应力状态发生改变，形成新的应力分布状态，这种变化称为应力重分布，变化后的应力称为次生应力(二次应力场）。 3、地应力是岩体变形破坏的根本作用力，次生应力是在地应力的基础上形成的，次生应力的大小与分布状态将影响人类工程的稳定性。 第二节 自重应力与构造应力 1、原岩应力的地位与重要性： 力学研究的基本问题 岩体的荷载与材料力学的荷载 研究原岩应力的意义。 2、自重应力： 上覆岩体的重力引起的应力。 研究时将岩体视为半无限体的均匀、连续、各向同性的弹性体。 第二节 自重应力与构造应力2 3、构造应力： 内在力应力的测试结果表明地应力并不完全符合重力应力场的规律。地壳中各种构造运动的力量在岩体内的积存就是构造应力，或称为一定区域内具有成生联系的各种构造形迹在不同部位的应力状态的总体。构造应力分为三类： ①与构造形迹相联系的原始构造应力： 每一次构造运动都会在地壳中留下构造行迹，岩体在构造行迹附近的地应力可能表现得更强烈，其方向可用地质力学的方法判断 ②残余构造应力： 构造运动发生后应力会释放，同时经过漫长的地质年代，应力松弛，使原始构造应力显著下降，但仍残余部分构造应力。 ③现代构造应力： 有些地区构造应力与构造行迹没有直接关系，但与现代构造运动密切相关。现代地壳仍处在不断的运动和变化中（5~50mm/年），这些都是构造应力作用的结果。现代构造强烈的地区，水平地应力可达98±49MPa。 第三节 地应力的一般规律 一、重力应力场与构造应力场的分布特点： 1、重力应力场： 　☆以垂直应力为主，垂直应力大于水平应力； ☆应力为压应力 ☆应力随深度增加而增加 在构造不发育地区、第四纪冲积层、裂隙发育地区、岩性较软的塑性岩体地区，其应力场基本符合重力应力场的分布规律。 2、构造应力场： ☆应力有压应力，也可有拉应力 ☆以水平应力为主，水平应力大于垂直应力 ☆分布很不均匀，通常以地壳浅部为主。 原岩应力基本由重力应力场和构造应力场叠加。 构造应力是复杂多变的，难以有定量的规律。 第三节 地应力的一般规律2 二、地壳浅部3km原岩应力的规律 1、原岩应力是非稳定的应力场，其大小和方向随空间和时间而变化。 2、实测垂直应力基本上等于上覆岩体的重力 3、水平应力普遍大于垂直应力 第三节 地应力的一般规律3 4、平均水平应力与垂直应力的比值与深度的关系 λ值随深度的增加而减小，100/H+0.3≤λ≤1500/H+0.5 如H=500m时, λ=0.5~3.5; 当H=2000m时, λ=0.35~1.25 5、两个水平应力之间的关系：随区域不同而变化。 6、应力轴与水平面的相对关系： 剪应力的存在、主应力轴的方向，原岩应力的三个主应力轴一般与水平面有一定夹角，据此分类 第四节 影响地应力分布的因素 一、构造应力对地应力的影响：分布与传递。 1、断裂构造对地应力大小与方向的影响是局部的。 2、同一构造单元的各构造块体内的应力大小均较一致，局部有变化。 3、在活动断层和地震区地应力的变化 4、最大主应力常垂直构造线。 二、地形地貌和剥蚀作用对地应力的影响 1、地形地貌的影响：地形如孤立的山，地貌如河谷。 2、剥蚀的影响：原有应力可能封闭，来不及松弛。 第四节 影响地应力分布的因素2 三、岩石力学性质对地应力的影响： 岩体地应力是能量积累与释放的结果，应力上限会受到强度的限制，岩体的弹性模量和强度与地应力有关。 Jaeger认为：地应力与岩石强度成正比 岩石的弹性模量相差50倍，地应力可能相差10倍 塑性岩体易变形，不利于地应力的积累。 四、温度对地应力的影响 1、地温剃度的影响：温度升高引起体积膨胀，但变形受到约束，会引起温度应力，地温剃度3度/100米，温度应力会随深度增加而加大，约占垂直应力的1/9左右，但为静水压力场。 2、 岩体受局部温度变化的影响；