湖北沪蓉西高速公路龙潭隧道地应力测试报告

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1、中国科学院武汉岩土力学研究所沪蓉西高速公路金龙隧道INSTITUTEOFROCKANDSOILMECHANICS,THECHINESEACADEMYOFSCIENCES地应力试验研究报告湖北沪蓉西高速公路金龙隧道地应力试验研究报告中国科学院武汉岩土力学研究所2005年9月1日1前言沪蓉国道主干线是我国最重要的公路主骨架的组成部分，是国家确定的公路重点建设项目之一。该公路在我省境内全长830公里，途经黄冈、黄石、鄂州、武汉、仙桃、潜江、荆州、宜昌、恩施等地市。其中宜昌至恩施段地处鄂西南山区，该地区山高谷深、地形条件复杂，隧道不仅长而且埋深大。在建的金龙隧道地处宜昌市长阳县境内，设计为上下

2、行分离式隧道，右线长8620m，左线长8693m，是全国第二特长公路隧道。金龙隧道分为第八(入口段)和第九(出口段)两个标段，分别由中铁十九局集团有限公司和中铁十四局集团有限公司承担施工任务。为了解金龙隧道穿越区域的地应力场的分布特征，受湖北沪蓉西高速公路建设指挥部委托，中国科学院武汉岩土力学研究所于2005年6月20日～7月10日，分别对八标和九标处两个钻孔采用水压致裂法进行了现场地应力试验，确定了场区地应力的大小和方向。2地应力的基本原理2.1地应力的基本概念蓄存在岩体内部未受扰动的应力，称之为地应力(Insitustress或Geostress)，它是岩体中存在的一种固有力学状态

3、，是岩体区别于其它固体如土体的最基本特征。地应力的概念最早是由瑞士地质学家海姆(Heim，1912)提出。他认为，岩体中有应力存在，并处于近似静水压力状态。应力的大小等于上覆岩体的自重，即岩体中各个方向的应力均等于H(为岩体的重度，H为研究点的深度)。此后，金尼克(1926)又根据弹性理论分析，假定岩体是均匀、连续的弹性介质，提出岩1中国科学院武汉岩土力学研究所沪蓉西高速公路金龙隧道INSTITUTEOFROCKANDSOILMECHANICS,THECHINESEACADEMYOFSCIENCES地应力试验研究报告体的铅垂应力为H，而水平应力应等于H的假说(为岩石的泊松

4、比，11为侧压系数)。按照金尼克的理论，海姆假说只是金尼克假说在0.5时的一个特例。然而，随着地应力现场实测资料的积累，表明在浅层的地应力并不符合海姆和金尼克假说。瑞典哈斯特(Hast.N)于1952-1953年应用压磁式应力计在斯堪的纳维亚半岛的4个矿区进行了地应力实验。结果表明，实测的水平应力普遍比铅垂应力要高。此后，许多国家相继发展了多种在钻孔中测量地应力的方法，也都得到了相似的结论。1978年霍克和布朗(Hoek&Brown)在研究了大量的实测地应力资料后指出，一般而言，岩体结构中的铅垂向地应力主要由上覆岩体的自重产生，水平向地应力介于同一深度的铅垂向地应力分量的一

5、半到3倍左右，深部岩体(距地表千米以上)的应力状态，比较接近海姆假说。2.2地应力的组成部分和影响因素地应力主要由五个部分组成，即岩体自重、地质构造、地形势、剥蚀作用和封闭应力。自重应力是地心对岩体的引力。地质构造运动引起的应力，包括古地质构造运动应力和新构造运动应力，前者是地质历史上由于构造运动残留于岩体内部的应力，也称构造残余应力；后者是现今正在形成某种构造体系和构造型式的应力。地形势与剥蚀作用引起的应力仅仅表现在局部的应力场会受到影响。例如，高山峡谷或深切河谷底部的应力往往比较集中；地表剥蚀会使该处地应力的铅垂方向分量降低得较多，而水平分量基本保持不变。封闭应力是地壳经受高温、高

6、压引起的岩石变形时，由于岩石颗粒的晶体之间发生摩擦，部分变形受到阻碍而将应力封闭在岩石之中，并处于平衡状态，即使卸载，其变形往往不能完全恢复，故称封闭应力。一般认为，浅层岩体中地应力的分布有以下5个方面的影响因素。2.2.1地质构造对地应力的影响☆地质构造对地应力的影响主要表现在影响应力的分布和传递方面；☆在均匀应力场中，断裂构造对地应力量值和方向的影响是局部的；☆在同一地质构造单元内，被断层或其它大结构面切割的各大块体中的地应2中国科学院武汉岩土力学研究所沪蓉西高速公路金龙隧道INSTITUTEOFROCKANDSOILMECHANICS,THECHINESEACADEMYOFSCI

7、ENCES地应力试验研究报告力量值和方向均较一致，而靠近断裂或其它分离面附近，特别是在拐弯处、分叉处及两端，因为都是应力集中地带，其量值和方向均有较大变化；☆在活动断层附近和地震区，地应力的量值和方向均有较大变化。2.2.2地形地貌和剥蚀作用对地应力的影响地形地貌对地应力的影响十分复杂，至今没有统一的结论。剥蚀作用对地应力有显著的影响。剥蚀前，岩体内存在一定量值的铅垂应力和水平应力。剥蚀后，铅垂应力降低得较多，而水平应力降低得比较少，基本上保持