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第二章 地壳岩体的天然应力状态.pptxVIP

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第二章地壳岩体的天然应力状态

§2.1基本概念及研究定义

§2.2影响岩体天然应力状态的主要因素及其作用

§2.3我国地应力场的空间分布及随时

间变化的规律

§2.4地壳表层岩体应力状态的复杂性 §2.5岩体应力和区域应力场研究

2.1基本概念及研究意义

2.1基本概念及研究定义

2.1.1岩体应力的一些基本概念

■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。

2.1基本概念及研究意义

按成因,可对构成岩体应力的各组分作如下分类:

岩体应力:

天然应力和初始应力(virginalstress)

自重应力(gravitationalstress)

构造应力(tectonicstress)

活动的(activetectonicstress)

剩余的(residualtectonicstress)

变异及残余应力(alteredandresidualstress)感生应力(inducedstress)

2.1基本概念及研究意义

(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σ。

o=yh

(r为岩石的容重;h为该点的埋深;σ、相当于该点三向应力中的最大主应力。)

■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:

(μ为岩体的泊松比,N称为岩体的侧压力系数。)

2.1基本概念及研究意义

对于大多数坚硬岩体:μ为0.2~0.3,即N为0.25~0.43。对于半坚硬岩体:N大于0.43;而且当上覆荷载大,下伏岩体呈塑流时,μ接近0.5,N近于1,也就是说该点近于静水平应力状态。

(2)构造应力

岩石圈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。

2.1基本概念及研究意义

■(3)变异及残余应力

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。

残余应力: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,此即残余应力。

2.1.2岩体天然应力状态类型

目前有三种观点:

(1)由瑞士地质学家海姆于1905-1912年提出的,他以岩体具有蠕变的性能为依据,认为地壳岩体任一类的应力都是各向相等的,均等于上覆岩层的自重,即:o=o,=o=th。

2.1基本概念及研究意义

■(2)垂直应力为主的观点

基于弹性理论提出的,认为岩体内的应力主要是重力场作用下形成的自重应力。

■(3)水平应力为主的观点

■近年来,大量的震源机制资料和应力实测资料清楚地揭示出地壳岩体内的应力状态存在着不同的类型,其中包括以下三种典型情况:

■①.中间主应力近于垂直,最大主应力σ,和最小主应力o₃近于水平,我国的大多数地区如邢台、新丰江、丹江口以及西南南北向构造均属这种类型。在这种应力状态下,如果发生破坏(或再活动)是沿走向与最大主压应力成约30°~40°左右交角的陡立面产生走向滑动性的断裂活动,此类三向应力状态称为潜在走向滑动型。

2.1基本概念及研究意义

②.最小主应力轴o₃近于垂直,最大主应力与中间主应力轴近于水平。喜妈拉雅的前缘地区属于这种类型。在此种应力状态下发生的破坏,是逆断型的,即沿走向与最大主应力垂直的剖面X裂面产生逆断活动,故可称为潜在逆

断型。

③应力场中的最大主应力轴σ₁垂直,其余两主应力水平分布。在地处大洋中脊轴部地带的冰岛地区测得的三向应力状态就是这种类型。此应力状态下发生的破坏(或再活动),是沿走向与最小主应力轴相垂直的面,发生正断性质的活动,故可称为潜在正断型。

■上述为三种典型情况,大多数地区接近其中某一种,有些地区应力状态属主应力轴倾斜的过度类型。总之大量实测资料表明,世界上大多数地区

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