岩体初始应力场及其影响因素(汶川地震)课件.ppt

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1、岩体初始应力场及其影响因素一、初始应力的概念与意义意义（1）工程稳定性分析的原始参数。（2）确定开挖方案与支护设计的必要参数。初始应力：天然状态下岩体内的应力，又称地应力、原岩应力。因素：自重地质构造地形地貌地震力水压力地热。二、初始应力的组成岩体的初始应力场包括构造应力场和自重应力场组成。能够计算的是岩体的自重应力场，岩体构造应力只能判断、测试，不能计算。.构造应力场是指一定区域内具有生成联系的各种构造形迹在不同部位应力状态的总体。1、岩体构造应力场.它是空间和间的函数，是随构造形迹的发生发展而变化的非稳定应力场。.实际应用中，可以近似地把构造应力场看成是不随时间而变化，只随空间而变

2、化的应力场。形成构造应力场的因素有很多，主要有：(1)大陆板块边界受压引起的应力场;中国大陆板块受到外部印度洋板块和太平洋板块两块板快的推挤，速度为每年数厘米，同时受到了西伯利亚板块和菲律宾板块的约束。在这样的边界条件下，板块发生变形，产生水平受压应力场，其主应力迹线如图。印度洋板块和太平洋板块的移动促成了中国山脉的形成，控制了我国地震的分布。印度板块向亚洲板块俯冲，造成青藏高原快速隆升。高原物质向东缓慢流动，在高原东缘沿龙门山构造带向东挤压，遇到四川盆地之下刚性地块的顽强阻挡，造成构造应力能量的长期积累，最终在龙门山北川-映秀地区突然释放。汶川大地震的成因以2008年5月12日的汶川大地

3、震为例龙门山断裂带是一条特别大的裂缝，它绵延长约500公里，宽达70公里，规模巨大，沿着四川盆地西北缘底部切过，位置十分特殊，地壳厚度在此陡然变化，在其以西为60-70公里，以东则在50公里以下。此处，雪山耸列，江河纵横，地形复杂，沟谷交错,不知道经过了多少次断裂才形成了如此地貌。(2)地幔热对流引起的应力场;地下赋存着众多的放射性物质，由于放射性物质的衰变和岩石物理化学状态的改变，使岩层中积累了巨大的热能，再加上上部岩石的巨大压力，使地球内部物质具有了可塑性和流动性。由于各部分岩石性质的不同，使温度、压力的分布不均衡，这样重力作用下，地球内部的塑性物质就会象液体一样发生对流。地核中的高温

4、物质上升到地幔，把热量传给地壳岩石，使高温物质发生水平向的移动，带动地壳随之移动，引起地壳下面的水平切向应力。当冷却后开始下沉时又会造成地壳下沉。下降部位同时会受到两侧来的压力，使得地壳产生挤压变形，形成褶皱。地幔内部进行的热对流循环作用，必然会使内部物质产生分异现象，这种分异现象是长期而缓慢进行着的，并引起了地壳的沉降运动，这种沉降会在不同地区产生挤压和引张，从而造成岩层的褶皱和破坏，导致地震。高温物质的对流运动需要积累相当多的热能，释放一次后，要有一段时期再次积累，因此地幔中的对流作用在时间和空间上都是不连续的，使构造运动出现不连续性，有活跃期和宁静期之分，统计，宁静期延续的时间往往比

5、活跃期长数倍。这种构造活动的不连续性可能就是造成地震活动出现活跃期和宁静期的原因。(3)岩浆浸入引起的应力场；岩浆浸入挤压、冷凝收缩和成岩，均在周围岩层中产生相应的应力场。(4)地温梯度引起的应力场;地层温度随着深度增加而升高，由于温度梯度引起地层中不同深度产生相应膨胀，引起地层中的正应力。岩体局部寒热不均，产生收缩和膨胀，会导致内部产生局部应力场。一般地温度：岩体的体膨胀系数，岩体弹模E=104MPa；地温梯度引起的温度应力约为：温度应力是同深度的垂直应力的1/9，并呈静水压力状态。(5)地表剥蚀引起的应力场。地表因为岩体风化、侵蚀和雨水冲刷搬运而产生剥蚀作用。剥蚀后，由于岩体内颗粒结构

6、的变化和应力松弛赶不上这种变化，导致岩体内仍然存在着比由地层厚度所引起的自重应力还要大得多的水平应力值。由地心引力引起的应力场；即为自重应力场，是在各种应力场中唯一能够计算的应力场。2、岩体自重应力场垂直应力：—平均密度，KN/m3侧压力：H—总深度（m）—侧压力系数的取值有3种可能岩体自重垂直应力（1）岩体假定处于弹性状态由推出得：岩体由多层不同性质岩层组成时第j层应力：原始垂直应力和水平应力：（2）Heim假设（塑性状态）当原始应力超过一定的极限，岩体就会处于潜塑状态或塑性状态。（相当于）（3）岩体为理想松散介质（风化带、断层带）由散体力学得到.3、影响岩体初应力状态的其它因素（1）地

7、形-自重的减小或增大图地形对初应力的影响（2）地质条件对初应力的影响。图背斜褶曲对地应力的影响图断层对地应力的影响