岩石力学课件-5.岩体初始应力新方案.pptVIP

第五章岩体初始应力原岩：处于自然平衡状态的岩体。?原岩应力：原岩中天然存在的应力称为原岩应力或初始应力或地应力。围岩：受工程开挖影响应力发生重新分布的岩体。围岩应力：洞室开挖后，周围岩体失去原来的支撑，开始向洞内位移，引起洞周一定范围内岩体应力改变，重新调整形成新的应力。也称次生应力或二次应力。5-1基本概念自重应力：自重引起的应力。构造应力：因构造作用所产生的应力称为构造应力。原岩应力场：原岩应力在岩体空间有规律的分布状态称为原岩应力场，又称为初始应力场。构造应力场：构造应力在空间有规律的分布状态称为构造应力场。原岩应力≈自重应力＋构造应力对于成层岩体：其中λ为侧压力系数。在均匀岩体中，岩体的自重初始应力状态为：CBA均匀岩体中的基本公式5-2岩体的自重应力σx、σy、σz均为压应力；σz只与岩体容重和深度有关，而σx、σy还同时与岩体弹性常数E、μ有关；结构面影响岩体自重应力分布。水平应力小于竖向应力；岩体自重应力的特点1构造应力场2构造应力：3由地质构造作用产生的应力称为构造应力。4岩体构造应力是构造运动中积累或剩余的一种分布力。5构造应力场：6构造运动中积累或剩余的一种应力场，相对于人类活动时期而言，除构造活动区外，它是剩余应力场。5-3岩体构造应力构造运动的起因二、构造运动的起因地质学家提出了各种大地构造学说，典型的是地质力学学说和板块构造学说。1、地质力学学说认为地球自转速度的变化产生两种推动地壳运动的力：一种是径向水平离心力；一种是纬向水平惯性力。这两种力是引起地壳岩体中出现构造应力的根本原因。大量的实测资料说明岩体中水平应力大于垂直应力，说明构造应力以水平应力为主。2、板块构造学说认为板块运动的核心是海底扩张。海底扩张是由于地幔对流引起的。1915年德国魏根纳提出大陆漂移学说，认为1.5亿年前，地球表面有一个统一的大陆－联合古大陆，其周围全是海洋。从侏罗纪开始，联合古大陆分裂成6大板块，它们覆在软流圈上各自漂移，最终形成现今大陆和海洋的分布。非洲构造应力场分析根据岩体变形破坏机理，对构造运动留下的遗迹（构造形迹）进行分析，以判断构造应力的主应力方向。构造形迹的形成机理褶皱形成机理断层和节理的形成机理断层、节理形成机理有三种：张性的、扭性的、压性的。01张性断层是由于岩体中的张应变超过极限而产生的。这种断层层面不规则，断层走向与最大主应力方向平行。小的张性断裂两盘岩石不一定发生错动，称之为张性节理。02压性断层和扭性断层都可用莫尔－库伦理论来解释。03由地质特征推断构造应力方向构造体系及区域构造应力场01对一个区域而言，在一次构造运动中，既有褶皱又有断层和节理等。这些构造形迹尽管形态各异、性质不同、大小悬殊，但大都不是孤立出现，而是相伴而生，共同形成一个构造体系。02例如：米字型构造体系。S1,S2’扭性断层－张性断层035-4岩体初始应力场测定应力解除法力学公式则可算出岩体初始应地下某点的岩体处于三向除其应力，必然发生弹性恢复，力。压缩状态，如用人为的方法解测定其恢复的应变，利用弹性基本原理1、孔底应力解除法孔底应力解除法步骤：（1）打大孔至测点，磨平孔底。（2）在孔底粘贴电阻应变花探头。（3）解除应力，测量其应变。（4）取出岩心，测其弹性参数。（5）计算岩体应力。应变花种类：等角应变花、直角应变花对于等角应变花，孔底平面内的应力按下式计算：对于直角应变花，孔底平面内的应力按下式计算：01原岩应力也可按下式经验公式计算：02对于深孔，按平面应变问题处理：03式中：σx，σy，σz为孔底的原岩应力，CT，Cl为孔底横向和轴向应力集中系数，大多采用Van.Heerden的结果：04CT＝1.25，Cl＝－0.75（0.645＋μ）对于浅孔，按平面应力问题处理：采用孔底应力解除时，为获得岩体应力的六个分量，需用3个不同方向的共面钻孔进行测试。孔径变形法2、孔径变形法孔径变形法通过测定钻孔孔径变形求解岩体应力。方法为：（1）打大孔至测点，磨平孔底。（2）打同心小孔，安装孔径变形计探头。（3）钻大孔解除应力，测量孔径变形。