第六章-地应力.ppt

岩石力学 第四章：岩体地应力及其测量方法 Rock mass stress and its measurement 4.1 概 述 岩体介质有别于其他任何介质的主要特征在于，岩体内部应力和自重及地质构造运动有着密不可分的联系。受其影响导致岩体内部初始应力场分布相当复杂。 在工程荷载作用下，岩体内部应力重新分布导致工程产生变形和破坏，所以了解初始应力场在岩体内分布情况就显得非常重 要。 4.1 概 述 4.1.1 地应力基本概念 地应力（天然应力、初始应力等， virginal stress ） 人类工程活动之前存在于岩体中的应力。 重分布应力（二次应力、诱导应力等，induced stress ） 由于工程活动改变了的岩体中的应力。 4.1 概 述 4.1.2 地应力的成因、组成影响因素 ①地应力成因 地应力产生的原因十分复杂，至今尚不十分清楚 大陆板块边界受压引起的应力场； 地幔热对流引起的应力场； 由地心引力引起的应力场； 岩浆侵入引起的应力场； 地温梯度引起的应力场； 地表剥蚀产生的应力场。 4.1 概 述 4.1.2 地应力的成因、组成影响因素 4.1 概 述 4.1.2 地应力的成因、组成影响因素 板块运动的驱动力 地幔对流 4.1 概 述 4.1.2 地应力的成因、组成影响因素 4.1 概 述 4.1 概 述 4.1.2 地应力的成因、组成影响因素 地应力分布理论 海姆（A.Heim)静水应力假设（1878，瑞士）：地壳中任意一点的应力在各个方向上均相等，且等于单位面积上覆岩层的重量，即 4.1 概 述 4.1.2 地应力的成因、组成影响因素 地应力是静水压力？ 地应力以垂直应力为主？ 重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因，其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大。 当前的应力状态主要由最近一次的构造运动所控制，但也与历史上的构造运动有关。 4.1 概 述 4.1.2 地应力的成因、组成影响因素 ②自重应力和构造应力 (1)岩体的自重应力 gravitational stress 自重应力：地壳上部各种岩体由于受地心引力的作用而引起的应力，是由岩体的自重引起的。 岩体自重作用不仅产生垂直应力，而且由于岩体的泊松效应和流变效应也会产生水平应力。 研究岩体的自重应力时，一般把岩体视为均匀、连续且各向同性的弹性体，因而，可以引用连续介质力学原理来探讨岩体的自重应力问题。 4.1 概 述 4.1.2 地应力的成因、组成影响因素 ②自重应力和构造应力 (1)岩体的自重应力 gravitational stress 地下某深度处的岩体重力为： 若将此处岩体视作均匀弹性体，考虑广义胡克定律： 4.1 概 述 4.1.2 地应力的成因、组成影响因素 当岩体由多层不同密度的岩层组成时，其中的自重应力可用如下公式计算： 4.1 概 述 4.1.2 地应力的成因、组成影响因素 ②自重应力和构造应力 (2)构造应力 techtonic stress 岩石圈运动在岩体内形成的应力称为构造应力。构造应力在空间有规律的分布状态称为构造应力场。 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（ active tectonic stress ），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（ residual tectonic stress ）是古构造运动残留下来 的应力。 近代地质力学的观点认为，在全球范围内构造应力的总规律是以水平应力为主。我国地质学家李四光认为，因地球自转角度的变化而产生地壳水平方向的运动是造成构造应力是水平应力为主的重要原因。 4.2 地应力场的分布规律 1、地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是 时间和空间的函数。 2. 实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量。 3. 水平应力普遍大于垂直应力。 4. 平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小。 5. 最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系。 6. 最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大，显示出很强的方向性。 7. 地应力的上述分布规律还会受到地形、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。 4.2 地应力场的分布规律 中国大陆板块受到外部印度板块每年以5厘米速度和太平洋板块每年以数厘米速度的推挤，同时受到西伯利亚板块和菲律滨板块的约束。板块变形，形成主应