地应力及其测量ppt课件.ppt

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1、第三章地应力及其测量第三章地应力及其测量一概述二地应力的成因及分类三分布规律四测量方法五高地应力地区的岩石力学问题1概述地应力岩体中各种应力的总称（一般不包括渗流荷载）应力场应力在空间有规律的分布状态称为应力场。如自重应力场，构造应力场。天然应力（或初始应力）指工程施工前就存在于岩体中的应力，如自重应力、构造应力、温度应力、渗流荷载。围岩的初始应力场：由于岩体自重和地质构造作用,在开挖隧道前岩体中就已经存在着一定的地应力场,称为围岩的初始应力场.地应力测量必要性：天然岩体是预应力体工程建设需要数值计算的必备参数分布复杂，要了解必须进行测量

2、2地应力的成因和分类1）自重应力：由岩体的自重所引起的应力称为岩体的自重应力。2）构造应力：由地壳构造运动在岩体中所引起的应力称为构造应力3）温度应力：由岩体内地温梯度的影响而产生的应力称温度应力。3°C/100m4）成岩应力：岩石生成过程中在成岩作用下所产生的应力。如结晶作用，变质作用，沉积作用，固结作用，脱水作用等。5）渗流荷载：地下水在岩体中运动所产生的荷载。渗流荷载一般作为外荷载6）施工应力：人为因素产生。在天然应力中，成岩应力仅在岩石生成过程中起作用，温度应力在地表浅部作用较小，所以，岩体中天然应力主要是构造应力和自重应力，两者

3、构成了天然应力场的主要部分。岩体在长期的地质作用过程中，已处于一种天然的平衡状态，但在工程建设中，不仅会施加附加应力，还会引起应力重分布，正是由于工程建筑，岩体的天然稳定状态将随之改变。3地应力的分布规律岩体中的天然应力状态：非常复杂。影响因素：地质构造、岩性、地形、地貌等。岩体中的天然应力大小及分布规律的认识仍是初步的。到目前为止，对天然应力还缺乏完整的系统理论，还无法进行较完善的理论计算，只能由实测来确定。这就给天然应力场的确定造成很大困难。1、地应力是一个相对稳定的非稳定应力场，是时间和空间的函数。大部分地区为以水平应力为主的三向不

4、等压应力场。3地应力的分布规律2实测垂直应力基本等上覆岩层的重量3水平应力普遍大于垂直应力4平均水平应力和垂直应力的比值随深度增加而减小，在不同地区变化速度不同。5最大水平主应力和最小水平主应力随深度呈线性增长斯蒂芬森(O．Stephansson)等人根据实测结果给出了芬诺斯堪的亚古陆最大水平主应力和最小水平主应力随深度变化的线性方程：·最大水平主应力σhmax=6.7+0.0444H(MPa)最小水平主应力σhmin=0.8+0.0329H(MPa)式中H为深度，单位为m．6最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大，显示出很强的方

5、向性。一般为0.2～0.8，多数情况下为0.4～0.8。7地应力分布受多种因素影响特别是地层和断层的影响最大。4地应力的确定方法1地应力场实测①量测围岩的绝对应力值，包括大小和方向；②量测围岩应力在开挖过程中的相对变化。2量测方法：直接法：扁千斤顶法，水压致裂法等间接法：应力解除法—孔底法、孔壁和孔径法；应力恢复法。2地质力学分析⑴确定围岩初始应力场的方向；⑵初始应力场量值的计算；⑶水平和垂直应力比值的评价。扁千斤顶法－压力枕法应力恢复法测地应力其基本原理是事先在隧道的岩壁表面安装应变计，并记录下应变计的初读数，然后在岩壁上掏一个狭长的

6、槽口，这就解除了垂直于槽口的法向约束和平行于槽口的切向约束，应变计读数将下降；最后将扁千斤顶放入槽口，固定后加压，使应变计读数恢复到掏槽前的数值。此时，扁千斤顶显示的压力即为岩体中相应方向的应力评价：直接得到应力值，不受岩体应力－应变关系制约；所测结果为二次应力，还原原岩应力需根据有关理论进行修正。水压致裂法原理Pi=3σ2-σ1+TPS=σ2Pr=3σ2-σ1若有裂隙水压P0则在式中减去该项Pi—初始开裂压力Ps—关闭压力Pr—裂隙重开时的压力水压致裂法优缺点优点：能测量深部应力，已见报道的测点深5000m；不需预先开巷道；适合完整脆性

7、岩石中使用缺点：只能确定垂直于钻孔面的2维应力；精度不够孔底应力解除法实施步骤1钻孔至测量深度2在孔底贴应变片3解除围岩应力。评价：1只能测得孔底平面的两个主应力，三维应力需三个孔测量；2由于孔底应力集中影响，所测应力较真实原岩应力要高些孔壁应力解除法实施步骤1钻孔至测量深度2在孔底钻小孔并在孔壁贴应变片3解除围岩应力。评价：用一个钻孔就可测得围岩三维应力状态应力解除法总结：环境温度效应计补偿假设是：岩石线弹性、连续均质和各项同性基础上计算而得新的更精确的方法有待建立原岩应力场确定方法总结应力解除和恢复法适用于埋深较浅的隧道或硐室水力压裂

8、法适合于深部地应力测量（500m以上）或石油钻孔等地质力学法可以给出较大范围内原岩应力的定性评价，若与实测资料结合，会对工程范围内岩体的原岩应力作出较可靠的评价。最近提出的试算法、多元回归分析