岩石力学课件---5岩体初始应力.ppt

《岩石力学课件---5岩体初始应力.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章岩体初始应力§5-1基本概念原岩：处于自然平衡状态的岩体。原岩应力：原岩中天然存在的应力称为原岩应力或初始应力或地应力。围岩：受工程开挖影响应力发生重新分布的岩体。围岩应力：洞室开挖后，周围岩体失去原来的支撑，开始向洞内位移，引起洞周一定范围内岩体应力改变，重新调整形成新的应力。也称次生应力或二次应力。自重应力：自重引起的应力。构造应力：因构造作用所产生的应力称为构造应力。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，又称为初始应力场。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。原

2、岩应力≈自重应力＋构造应力§5-2岩体的自重应力一、均匀岩体中的基本公式在均匀岩体中，岩体的自重初始应力状态为：其中λ为侧压力系数。对于成层岩体：二、岩体自重应力的特点（1）水平应力小于竖向应力；（2）σx、σy、σz均为压应力；（3）σz只与岩体容重和深度有关，而σx、σy还同时与岩体弹性常数E、μ有关；（4）结构面影响岩体自重应力分布。§5-3岩体构造应力一、构造应力场构造应力：由地质构造作用产生的应力称为构造应力。岩体构造应力是构造运动中积累或剩余的一种分布力。构造应力场：构造运动中积累或剩余的一种应力场，相对

3、于人类活动时期而言，除构造活动区外，它是剩余应力场。二、构造运动的起因地质学家提出了各种大地构造学说，典型的是地质力学学说和板块构造学说。1、地质力学学说认为地球自转速度的变化产生两种推动地壳运动的力：一种是径向水平离心力；一种是纬向水平惯性力。这两种力是引起地壳岩体中出现构造应力的根本原因。大量的实测资料说明岩体中水平应力大于垂直应力，说明构造应力以水平应力为主。2、板块构造学说认为板块运动的核心是海底扩张。海底扩张是由于地幔对流引起的。1915年德国魏根纳提出大陆漂移学说，认为1.5亿年前，地球表面有一个统一的大

4、陆－联合古大陆，其周围全是海洋。从侏罗纪开始，联合古大陆分裂成6大板块，它们覆在软流圈上各自漂移，最终形成现今大陆和海洋的分布。非洲三、构造应力场分析根据岩体变形破坏机理，对构造运动留下的遗迹（构造形迹）进行分析，以判断构造应力的主应力方向。（一）构造形迹的形成机理1、褶皱形成机理2、断层和节理的形成机理断层、节理形成机理有三种：张性的、扭性的、压性的。（1）张性断层是由于岩体中的张应变超过极限而产生的。这种断层层面不规则，断层走向与最大主应力方向平行。小的张性断裂两盘岩石不一定发生错动，称之为张性节理。（2）压性断

5、层和扭性断层都可用莫尔－库伦理论来解释。由地质特征推断构造应力方向（二）构造体系及区域构造应力场对一个区域而言，在一次构造运动中，既有褶皱又有断层和节理等。这些构造形迹尽管形态各异、性质不同、大小悬殊，但大都不是孤立出现，而是相伴而生，共同形成一个构造体系。例如：米字型构造体系。S1,S2’扭性断层－张性断层§5-4岩体初始应力场测定一、应力解除法（一）基本原理地下某点的岩体处于三向压缩状态，如用人为的方法解除其应力，必然发生弹性恢复，测定其恢复的应变，利用弹性力学公式则可算出岩体初始应力。1、孔底应力解除法孔底应力

6、解除法步骤：（1）打大孔至测点，磨平孔底。（2）在孔底粘贴电阻应变花探头。（3）解除应力，测量其应变。（4）取出岩心，测其弹性参数。（5）计算岩体应力。应变花种类：等角应变花、直角应变花对于等角应变花，孔底平面内的应力按下式计算：对于直角应变花，孔底平面内的应力按下式计算：原岩应力也可按下式经验公式计算：对于深孔，按平面应变问题处理：式中：σx，σy，σz为孔底的原岩应力，CT，Cl为孔底横向和轴向应力集中系数，大多采用Van.Heerden的结果：CT＝1.25，Cl＝－0.75（0.645＋μ）对于浅孔，按平面应

7、力问题处理：采用孔底应力解除时，为获得岩体应力的六个分量，需用3个不同方向的共面钻孔进行测试。2、孔径变形法孔径变形法通过测定钻孔孔径变形求解岩体应力。方法为：（1）打大孔至测点，磨平孔底。（2）打同心小孔，安装孔径变形计探头。（3）钻大孔解除应力，测量孔径变形。（4）取出岩心，测其弹性参数E、μ。（5）计算岩体应力。假定孔径变形计探头的三个触头相对于岩体应力σ1’的夹角为θ1、θ2、θ3，测得的孔径变形分别为U1、U2、U3，孔壁径向位移为其1/2。当θ1、θ2、θ3的间隔为600时，按下式计算岩体应力：如果（d）

8、式成立，则θ1为与U1的夹角，否则为与U1的夹角。式中K浅孔：可作平面应力问题处理，K=d/E;深孔：可作平面应变问题处理，K=（1－μ2)d/E。式中d为钻孔直径。当θ1、θ2、θ3的间隔为450时，按下式计算岩体应力：如果（d）式成立，则θ1为与U1的夹角，否则为与U1的夹角。式中的K，浅孔：可作平面应力问题处理，K=d/E;深孔：可作平面