原岩应力学术价值及测定方法探究

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1、原岩应力学术价值及测定方法探究王志斌人连大学建筑工程学院辽宁大连116622)摘要：木文阐述了原岩应力的基木理论、指导原则和主要技术；原岩应力对的学术意义，对原岩应力的测量方法做了介绍，特别是对目前世界上应用最广泛的套孔应力解除法，在査阅了近10年的相关文献的研究成果的棊础上，作了比较详细的论述和评价。关键词：原岩应力；地应力测量；直接测量法；间接测量法；绪言岩体介质有许多有别于其他介质的重要特性，由岩体的自重和历史上地壳构造运动引起并残留至今的构造应力等因素导致岩体具有初始地应力(或简称地应力)是最具有特色的性质之一。就岩体工程而言，如不考虑岩体地应力这一要

2、素，就难以进行合理的分析和得出符合实际的结论。地F空间的开挖必然使围岩应力场和变形场重新分布并引起围岩损伤，严重时导致失稳、垮塌和破坏。这都是山于在具有初始地应力场的岩体中进行开挖所致，因为这种开挖“荷载”通常是地下工程问题中的重要荷载。山此可见，如何测定和评估岩体的地应力，如何合理模拟工程区域的初始地应力场以及正确和合理地计算工程问题中的开挖“荷载”，是岩石力学与工程问题中不可回避的重要问题。正因为如此，在岩石力学发展史中有关地应力测量、地应力场模拟等问题研究和地应力测试设备的研制一直占有重要的地位。地应力测量与研究的崛起和发展，是20世纪在岩石力学领域中非

3、常振奋人心的科研成果，它的应用己普及土木、水电、矿山、交通、军工等系统的工程建设和地震机制研究中。基础理论1何谓原岩应力是指岩体处于天然产状条件下所具有的内应力。有的称为岩体初始应力，或天然岩体内应力，这种天然的内应力主要是由于地壳构造运动而产生的水平应力造成的，其次是上覆岩层的自重作用造成的内应力还有变异应力及其它应力。2原岩应力的划分原岩应力是在漫长的地质历史时期中逐渐形成的，主要是重力场和构造应力综合作用的结果。有的地方在岩浆活动及岩体的物理化学变化等作用下形成的。地应力按其成因可分为自重应力，构造应力以及变异和残余应力等类型。地壳表层岩体的天然应力状态

4、是这几种应力组合而成的。不同地区由于地质条件和地质历史不同，这儿种应力组合的特征也是不同的，应当根据实际情况加以分析。2.1自重应力是在重力场的作用下由于岩体自重而产生的内应力。例如：在深度IIm处所形成的垂直应力。：可用式(1)计算=yH(1)式中：丫为岩体容重kN/m3在垂直应力作川下，由于泊松效应在水平轴X和Y轴方向产生水平方向的侧向应力o;和(7V其大小可按(2)式计算。1-“式屮：/—岩体容重；H—某点深度；“一岩石泊松比A-岩体测向压力系数。坚硬岩石“二0.20.3则2=0.250.43,因而①.、鼻,总是小于①的，这就是说地売浅r部坚硬岩体的自重

5、应力，其垂直应力6总是大于水平应力5,的。即：丑=2V1但是在地売深部岩体处于上覆岩层较大荷载的长期作用下，或当浅部岩石比较软弱，“二0.5吋，则鱼=Qul在此种情况下岩体的应力状态，即接近于所谓海姆静水压力状态了。2.2构造应力指由构造运动而产生的地应力。以往的构造所形成内应力在岩体中残留下来的乂叫残余应力，近期和现代构造运动所形成的还在活动的内应力乂叫活动性内应力。构造应力的基本特征是具有较高的水平压应力。(1)水平压应力大于垂直应力。(2)具备各向异性十分明显，垂直折皱走向的水平压应力比沿走向的大得多。据此可以区別于自重应力场，已有大量实测资料表明，大多

6、数地区的地应力状态是以水平应力为主，这说明构造运动在地壳岩体天然应力的形成中起着主导作用。(3)在应力场随时间而变化，各时期的特点和历次变化情况，均可由遗留下的构造形迹加以辨认和确定。构造应力场的基本要素就是最大应力"n和的方位与大小，以及三向应力状态类型。2.3变异应力及其它应力有的地应力是山于岩体的物理、化学变化而引起的，当岩体发生了变异时往往引起岩体体积变化，引起岩体中天然应力的积累和变化。这种地应力一般仅是局部的，强度也不像构造应力那样大。岩浆活动也常形成地应力，当岩浆侵人时沿接触带产生很大的压应力。3原岩应力的学术价值3.1基坑变形破坏(1)基坑底部

7、变形。基坑的开挖，实际上是一种卸荷作用，使岩体的垂直应力迅速解除，导致临空上应力状态由原来的三向应力状态变为二向应力状态，因而岩体体积膨胀，慢慢松弛，产生裂隙(这就是一种卸荷裂隙)。1933年1942年美国大力古坝在挖基过程中花岗岩呈水平层状裂开，开挖很深都是这样，与原勘探资料岩性一致，裂隙突然增多(随开挖发展增多)。加拿大挖一个基坑在奥陶纪灰岩内，坑深巧m,坑壁突然裂开，沿原有裂隙迅速延伸，靠近裂隙的岩层在几分钟之后向上隆起，最大隆起达2.4m,隆起轴的方向与区内最大主应力的作用方向垂直。经实测，岩体的初始水平应力值为14MPa0(2)基坑边坡破坏。边坡崩坍

8、或者滑移，这是因开挖边坡引起应力集中而