第六章岩体的初始应力状态ppt课件.ppt

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1、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。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，称为围岩应力，也称次生应力或二次应力。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。6.1几个基本概念构造应力：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

2、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。即未经采动的岩体在天然状态下所具有的应力状态。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。在均匀岩体中，岩体的垂直应力z等于上浮岩体的重量：6.2岩体初始应力场及其影响因素6.2.1岩体自重应力场若认为岩体为均质、连续且各向同性体，各岩体单元横向变形为0，即x=y=0，则由广义胡克定律：其中λ为侧压力系数，岩体（0.2-0.3

3、），则（0.25-0.43）；另外，解上式得水平应力x、y为：岩体自重应力随着深度呈线性增加，浅部处于弹性状态；超某一临界深度（砂岩500m、花岗岩2500m），岩体处于潜塑状态或塑性状态（开挖前为弹性，开挖后呈塑性），此时，其近于0.5，则近于1.0，岩体所受垂直与水平应力相等，即静水压力状态，该现象瑞士地质学家海姆（A.Heim）1987年在研究阿尔卑斯山深大隧道时发现，称为海姆假说。构造应力：由地质构造作用产生的应力称为构造应力；地质构造水平包括水平运动（造山运动）与垂直运动（造陆运动），水平运动如板块移动、碰撞，对岩体构造应力的形

4、成起控制作用，即构造应力以水平应力为主。目前，构造应力尚无法用数学力学的方法分析计算，只能采用现场应力量测方法求得，但构造应力的方向可根据地质力学的方法加以判断。例如，对于断层、褶曲等一般认为自重应力是主应力之一，另一主应力与断裂构造系正交。6.2.2构造应力场正断层：1自重应力，3与断层走向正交逆断层：3自重应力，1与断层走向正交平移断层：2自重应力，1与断层走向成30°~45°夹角，且1与2均为水平方向，岩脉、褶曲均可推断构造应力方向，见图6-3。正断层:上盘下降，下盘相对上升，多为张力和重力作用；逆断层：上盘上升，下盘相对下降

5、，多为水平挤压作用。平移断层：应力是来自两旁的剪切力作用，其两盘顺断层面走向相对位移，而无上下垂直移动。除地质构造和自重应力外，地形、地质构造形态、岩体力学性质、水、温度等。（一）地形故，山峰处初始应力低，沟谷处初始应力高6.2.3影响岩体初始应力状态的因素（二）地质构造形态背斜褶曲，两翼自重应力大，中部低——承载拱受力特点；向斜褶曲，相反。断层，楔体A产生卸荷作用，自重应力降低；而楔体B产生加荷作用，自重应力升高。（三）岩体力学性质坚硬完整（积聚大量应变能）岩体，初始地应力高；软弱破碎岩体，初始地应力低；耶格提出初始地应力与岩体抗压强度成正比；E

6、大于50GPa，1一般10~30MPa，E小于10GPa，1一般小于10MPa。（四）水岩体裂隙或孔隙中的水，静止时静水压力（地下水位的升降引起初始地应力的减增），流动时动水压力（给予周围岩体动水摩擦力和动水流向应力，增加初始应力）。（五）温度岩浆侵入或者随着深度的增加，温度升高，使岩体膨胀，产生热应力，增加初始应力；若地温梯度α=3°C/100m，岩体热膨胀系数β约为10-5，一般岩体弹性模量E=10GPa，则地温引起的温度应力T约为：T=αβEZ=0.03×10-5×104Z=0.003ZMPaZ为研究点处的深度，m。岩体的温度是压缩应

7、力（热涨、岩体限制、受压），随深度增加而增加。温度应力约为自重应力的1/9左右，且呈静水压力状态。目前，原岩应力实测深度达3000m。在这一深度内，原岩应力变化规律大致可归纳为以下几点：绝大多数地区为以水平应力为主的三向不等压且非稳定（大小与方向随空间与时间变化而变化）应力场；在某些地震带，方向与大小随时间变化而变化非常明显，地震前应力大小积累增大，地震中集中应力释放而大幅降低，而方向地震时明显改变，地震后慢慢调整后恢复地震前状态。6.3岩体初始应力场的分布规律6.3.1岩体初始应力场是时间与空间的函数全世界实测V统计资料分析表明，深度25~27

8、00m，V线性增加，大致为=27kN/m3计算的自重应力，部分地区存在偏差（测量误差、板块移动、岩浆侵入、扩容、不均匀