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1岩体初始应力状态的概念与意义

研究岩体初始应力状态的工程意义：

1.正确确定开挖岩体过程中的岩体内部应力变化

2.合理设计地下工程的支护尺寸

2、组成岩体初始应力状态的各种应力场及其计算

n

zihi

i1

xyz

对于具有一定粘聚力的松散岩体，侧向应力x与垂直应力z

之间的关系为

1sin2ccos

H

xz1sin1sin（6-9）

显然，在一定深度范围，側向应力x有可能为负；

令x=0，则由上式可得：

2ccos（6-10）

H

0(1sin)

当HH0时，才开始出现侧向应力x，并随深度成正比增加。

二、岩体构造应力场

1．构造应力的确定

构造应力尚无法用数学力学的方法进行分析计算，而只能采

用现场应力量测的方法来求得，但是构造应力的方向可以根据地

质力学的方法加以判断。

（a）正断层（b）逆断层（c）平推断层（d）岩脉（e）褶皱

图6-4由地质特征推断的应力方向（a）~（e）均为平面图

2．地表剥蚀时侧压力系数的影响

Z0

K0Z0

图6-5侵蚀对某一深度上的应力的影响



0vH

n11

0[(0)H]

vH0H1(H0H)

1

(H)[()H]

001H

3．岩体初始应力状态的现场量测方法

（二）基本理论和计算公式

室内及现场资料表明：钻孔壁在液压下的初始开裂经常是垂直的。

设孔周水平地应力为1h、2h孔壁还受有水压Pb，此时，钻孔周

围岩体内应力：

3222

r=1/2(1h+2h)(1-a/r)+Pba/r

2244

+1/2(1h-2h)(1-4a/r+3a/r)cos2

3222

=1/2(1h+2h)(1+a/r)-Pba/r（6-13）

44

-1/2(1h-2h)(1-3a/r)cos2

当=a，即孔壁处，则，

r=Pb

=(1h+2h)-Pb-2(1h-2h)cos2（6-14）

当=0时，有最小值，即：

（三）根据水压致裂法试验结果计算地应力

水压致裂法的主要缺点是地主应力方向难以确定，可由式（6-

23）分析确定。

（1）、一般z=h，作为地主应力之一，若z1，则，

2h肯定为最小地主应力。

由开裂方向可确定，2h或1h的方位，则三个地主应力的

方位也可以相应地确定。

（2）若2hh，且孔壁开裂后孔内岩体出现水平裂缝，则此时

，z=h为最小地应力，2h与1h各为中间地主应力及最大地主应

力，垂直开裂方向即为最大地主应力方向。

（四）水压致裂法的特点

为简化，设钻孔方向与3方向一致，且认为3=0，则此时

通过孔径位移值计算应力的公式为：

2

=d[(1+2)+2(1‑2)(1-)cos2]1/E

式中：——钻孔直