四川大学岩石力学

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1、第五章岩体天然应力与洞室围岩的应力分布Chapter5EarthstressandstressdistributionofTunnelSurroundingRock学习内容→垂直应力与水平地应力的特征，自重应力与海姆假说，岩体天然应力与地下、地面工程的关系和影响，应力解除法、恢复法、破裂法。学习对象→岩石应力场、垂直应力、水平地应力、海姆假说以及岩体应力测量。学习目的→理解和掌握有关概念，特别是掌握应力解除法、恢复法、破裂法。掌握垂直应力与水平地应力的特征，自重应力与海姆假说等。学习提示LearningHints§5.1概述5.1.1概念天然应力指在天然状态下,岩体内

2、部存在的应力，称为岩体天然应力或岩体初始应力，有时也称为地应力（构成：自重应力+构造应力+…）。由于人类活动（工程开挖，修建建筑物）影响一定范围的天然应力，这种岩体被挠动后的应力称为“重分布应力”或“二次应力”地下洞室二次应力＝天然应力+开挖附加应力。二次应力§5.1概述5.1.1概念§5.1概述5.1.1概念5.1.1概念天然应力的表示§5.1概述§5.1概述5.1.2形成因素影响岩体天然应力大小和分布规律的因素很多，主要有岩体自重（自重应力）、地质构造运动（构造应力）等；此外，成岩过程中的物理化学变化、地形地貌、地温梯度岩体特性的等均对岩体天然应力有不同程度的影

3、响。§5.1概述5.1.3研究岩体天然应力的意义岩土工程中2.坝基：二次应力场＝地应力+开挖效应+建筑物附加应力场边坡开挖：坡面回弹变形→坡体二次应力＝地应力+开挖效应←释放荷载稳定性评价：刚体质量消失基于应力的强度分析3.地下洞室：地应力，围岩稳定分析（围岩的变形、稳定）的基本荷载（力源）.二次应力＝初始地应力+开挖效应附加应力场§5.1概述5.1.3研究岩体天然应力的意义地应力与地下洞室的关系纵轴线与σ1近于平行（二滩尾水洞崩塌；甘肃金川隧洞）水平应力与垂直应力比值与体形关系σz＞σh：高度小跨度大(自重英里为主)，近似椭圆形；σh＞σz：高度大跨度小(构造应力为

4、主)，近似椭圆形；§5.1概述5.1.3研究岩体天然应力的意义地应力对工程的影响我国二滩（玄武岩），美国大古星（花岗岩）坝基开挖→像剥洋葱头一样，剥了一层又一层。处理方法：迅速浇注砼，高压固结灌浆岩爆：在高地应力区→洞室开挖→弹性能释放大的岩块坠落，小岩块弹射（太平驿水电站）§5.2岩体中的地应力分布5.2.1自重应力与海姆假说分析世界主要地区大量的地应力实测资料表明，在深度为25～2700m深度范围内，垂直地应力σv基本等于上覆岩层重量即σv=γH。岩体中水平应力的分布和变化规律，是一个比较复杂的问题，根据已有的实测资料来看，岩体中的水平应力，主要受所研究地区现代构

5、造应力场的控制，同时，还受到岩体自重、侵蚀所导致的天然卸荷的作用，现代断裂运动的应力释放和应力调整作用，以及岩体的力学特性等因素的影响。5.2.1自重应力与海姆假说对于没有经受构造作用、产状较为平缓的岩层，它们的应力状态十分接近于由弹性理论所确定的应力状态。在深度z处：§5.2岩体中的地应力分布铅直应力：水平应力：自重应力静止侧压力系数当K0＝1(即μ=0.5)，出现水平向应力与垂直向应力相等，此为所谓的静水压力的情况。5.2.1自重应力与海姆假说§5.2岩体中的地应力分布海姆假说海姆假说：在岩体深处的初始垂直应力与其上覆岩体的重量成正比，而水平应力大致与垂直应力相等

6、。§5.2岩体中的地应力分布5.2.1地应力分布规律三向不等压的空间地应力场，其大小和方向随时间和空间变化;垂直与水平应力的关系垂直应力σz，主要受上覆岩体自重形成。水平应力σx5.2.1地应力分布规律水平应力σx岩体中的水平应力，主要受所研究地区现代构造应力场的控制，同时，还受到岩体自重、侵蚀所导致的天然卸荷的作用，现代断裂运动的应力释放和应力调整作用，以及岩体的力学特性等因素的影响。§5.2岩体中的地应力分布水平岩层5.2.1地应力分布规律水平应力σx岩体中的水平应力，主要受所研究地区现代构造应力场的控制，同时，还受到岩体自重、侵蚀所导致的天然卸荷的作用，现代断裂

7、运动的应力释放和应力调整作用，以及岩体的力学特性等因素的影响。§5.2岩体中的地应力分布河谷（4个分区：应力松弛区，过渡区，平稳区，集中区）岸坡：σ1//坡岸，σ3⊥岸坡谷底：σ1水平，σ1=σh＞σz（应力集中）5.2.1地应力分布规律§5.2岩体中的地应力分布5.2.1地应力分布规律水平应力σx岩体中的水平应力，主要受所研究地区现代构造应力场的控制，同时，还受到岩体自重、侵蚀所导致的天然卸荷的作用，现代断裂运动的应力释放和应力调整作用，以及岩体的力学特性等因素的影响。§5.2岩体中的地应力分布水平向地质构造+自重σ1//主要构造方向，且σ1＞＞