岩体的自重应力状态为.PPT

矿井围岩控制 灾害防治 主讲人：张国华 教授 电 话：0451E-mail：zgh710828131@163.com 一、岩体中的原岩应力 一、岩体中的原岩应力 一、岩体中的原岩应力 一、岩体中的原岩应力 一、岩体中的原岩应力 一、岩体中的原岩应力 一、岩体中的原岩应力 一、岩体中的原岩应力 一、岩体中的原岩应力 一、岩体中的原岩应力 二、岩体的弹性变形能与弹性变形恢复 二、岩体的弹性变形能与弹性变形恢复 三、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 三、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 三、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 三、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 三、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 三、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 三、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 三、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 三、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 三、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 三、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 三、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 三、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 三、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 三、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布 * * 第05讲 岩体中的原岩应力及其重新分布 与 安全工程 定 义 存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称为岩体初始应力、绝对应力或地应力。 地壳中没有受到人类工程活动（巷道的开挖等）影响的岩体称为原岩体，简称原岩。 由地心引力引起的应力场称为自重应力场，地壳中任一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量。 定义方法 ①假定岩体为均匀连续介质，应用连续介质力学原理计算岩体自重应力。设岩体为半无限体，地面为水平面，在距离地表深度为H处（如图），任意取一单元立方体，显然在上覆岩层重量作用下，这个单元体上所受到的垂直应力为： 式中，γ-上覆岩层的平均容重； H-单元体所处的位置距离地表的深度。 1、自重应力 岩体所在位置及其应力状态 ②在均匀岩体内，岩体的自重应力状态为： 式中，λ-侧向应力系数。 ③假设岩体为各向同性的弹性体，由于单元体在水平方向受到相邻岩体的位移约束，不可能产生横向变形。根据广义胡克定律，单元体各方向的应变为： ④如果岩体由多层不同容重的岩层组成，各岩层的厚度和容重分别一次为h1、h2、…、hi、…、hn；γ1、 γ2 、…、 γi 、…、 γn 。则岩体的自重初始应力为： 由上式可知，岩体的自重应力随着深度呈线性增长。在一定的深度范围内，岩体基本上处于弹性状态。当埋藏深度超过一定深度时，自重应力大于岩体的弹性强度，岩体将转化为处于潜塑性状态或塑性状态。如果应用最大剪应力理论，塑性条件为： 或 破碎岩体实际上是具有一定粘聚力的松散介质。具有一定粘聚力的松散岩体，铅直应力与侧向应力关系为： 式中，C-松散岩体的粘聚力。 ⑤假定岩体是理想松散介质，由松散介质极限平衡条件建立铅直应力与侧向应力关系： 式中，ψ为松散岩体的内摩擦角，一般为30°左右。在松散岩体中，侧向应力系数约等于0.33。 定义 构造应力是由于地壳构造运动在岩体中引起的应力，岩体构造应力可分为现代构造应力和地质构造残余应力。 2、构造应力 特 点 ① 一般情况下地壳运动以水平运动为主，因此构造应力也主要是水平应力。而且，地壳运动总的来说是以挤压运动为主，所以水平应力以压应力占绝对优势； ② 构造应力分布很不均匀，在地质构造变化比较剧烈的地区，最大主应力的大小和方向往往有很大变化； ③ 岩体中的构造应力具有明显的方向性。通常两个方向的水平应力值是不相等的，且相差很大； 特 点 ④ 根据测定，岩体中的构造应力普遍存在以下规律： 式中，σmax、σmin-分别为水平最大和最小主应力； σz-垂直应力。 ⑤ 构造应力在坚硬的岩层中一般比较普遍。在软岩中贮存构造应力很少，这是因为软岩强度低，易于变形，在外力作用下，它常常产生塑性变形，甚至破坏，其中所贮存的变形能也就随之释放。坚硬岩层则相反，由于地壳构造运动使岩层弯曲形成背斜与向斜构造，往往可以聚集大量的能量，因而形成很高的构造应力。所以，在地质构造复杂的地区，构造应力的作用常常是地下工程体难以维护的重要原因。 3、原岩应力分布规律 分 布 规 律 ① 原岩应力主要由自重应力和构造应力组成，自重应力是永恒存在的，而构造应力主要受地质构造运动的影响，因地而异。 ② 铅直应力基本上等于上覆岩层重量。 ③ 水平应力普遍大于铅直应力。在浅层地壳中平均水平地应力也普遍大于铅直应力，铅直应力在多数情况下为最小主应力，在