岩石力学---第4章 地应力及其测量.ppt

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1、第四章地应力及其测量基本要求1．掌握初始应力的概念，了解构造应力的概念，掌握自重应力的计算方法；2．了解原岩应力的一般规律及影响原岩应力分布的因素；3．了解地应力的实测方法。1、岩体初始应力场的构成；2、重力应力场和构造应力场的特点；3、原岩应力场的分布状态；4、应力解除法的基本原理。关键术语：原岩、原岩应力、自重应力、构造应力、应力解除要求：1、掌握本课程重点难点内容；2、了解原岩应力分布状态；3、了解影响原岩应力分布的因素；4、熟悉几种应力解除法测试原岩应力的方法和测试步骤。本章的重点难点：基本概念原岩：未经工程开挖而又不受开挖影响仍处于自然平衡状态的岩体，称为原岩。围岩：受工程

2、开挖影响应力发生重新分布的岩体，称为围岩。原岩应力：原岩中天然赋存的应力称为原岩应力，又称为初始地应力或地应力。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，又称为初始地应力场。即未经采动的岩体在天然状态下所具有的应力状态。第四章地应力及其测量自重应力：地壳上部各种岩体由于受到地心引力的作用而产生的应力。它是由岩体自重引起的。自重应力场：自重应力在空间有规律的分布状态称为自重应力场。构造应力：由地质构造作用产生的应力称为构造应力。或地壳中长期存在着一种促使构造运动发生和发展的内在力量，这就是构造应力。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。基本概念次

3、生应力（二次应力）岩体开挖扰动了原岩的自然平衡状态，使一定范围内的原岩应力发生变化，变化后的应力称为次生应力或二次应力。原岩应力≈自重应力＋构造应力迄今为止，对原岩应力还无法进行较完善的理论计算，而只能依靠实际测量来建立岩体中初始应力状态。基本概念地应力:指岩体在天然状态下所存在的内应力,通常又称为原岩应力、初始应力。1.地应力定义与此相对应，受井巷开挖、矿产资源开采等工程影响，在影响范围以内的原岩应力平衡状态被破坏后的应力称为次生应力或诱发应力。这一转换过程称为应力重分布。2.研究地应力的重要性地应力是各种岩石工程变形和破坏的根本作用力；是影响岩石开挖工程稳定性的最重要最根本的因素

4、之一；是进行大规模科学计算分析，实现开挖设计和决策科学化的必要前提条件。同时，地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究等也具有重要意义。3.地应力认识简史1912年瑞士地质学家海姆（A.Heim），根据大量实际施工观测和分析，首次提出地应力概念，并假定地应力是一种静水应力状态。σh－水平应力；σv－垂直应力；γ－上覆岩层重量；H－深度1926年，苏联学者金尼克修正了地应力静水压力架设，认为地壳中各点的垂直应力等于上覆岩层的重量，而侧向应力(水平应力）是泊松效应的结果，应乘以一个修正系数λ。即其中，λ为侧压系数

5、υ－上覆岩层泊松比早在20世纪20年代，我国地质学家李四光就指出：“在构造应力的作用仅影响地壳上层一定厚度的情况下，水平应力分量的重要性远远超过垂直应力分量。”1958年，瑞典工程师哈斯特(N．Hast)在纳维亚半岛进行地应力测量工作时发现：在地壳上部的最大主应力几乎处处是水平或接近水平的，最大水平主应力一般为垂直应力的1—2倍以上；在某些地表处，测得的最大水平应力高达7MPa，从根本上动摇了静水压力理论和以垂直应力为主的观点。后期研究进一步表明：重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因，其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大。当前的地应力状态主要由最近的一次构造运动所控制

6、，但也与历史上的构造运动有关。而且，地应力场还受到其他多种因素的影响，造成地应力状态的复杂性和多变性。§4.2地应力的成因（自学）(1)大陆板块边界受压引起的应力场(2)地幔热对流引起的应力场(3)由地心引力引起的应力场(4)岩浆侵入引起的应力场(5)地温梯度引起的应力场(6)地表剥蚀产生的应力场地应力主要成分：自重应力和构造应力(1)自重应力场竖直方向、普遍存在，可以计量(与深度成线性关系)在25~2700m范围内：v=H(H/m，平均容重≈27kN/m3)地应力主要成分(1)自重应力场竖直方向、普遍存在，可以计量(与深度成线性关系)在25~2700m范围内：v=H(H/

7、m，平均容重≈27kN/m3)(2)构造应力场1)成因（有增有减）：地球公转和自转引起大陆板块东西和南北向挤压；其它：岩浆侵入、地幔热对流、地表剥蚀(1)自重应力场竖直方向、普遍存在，可以计量(与深度成线性关系)在25~2700m范围内：v=H(H/m，平均容重≈27kN/m3)(2)构造应力场1)成因（有增有减）：地球公转和自转引起大陆板块东西和南北向挤压；其它：岩浆侵入、地幔热对流、地表剥蚀2)特点：水平为主，局部存在，分布无规律最大水平应力系