最新2原岩应力及其重新分布10解析ppt课件.ppt

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1、2原岩应力及其重新分布10解析2.1岩体中的原岩应力原岩：地壳中没有受到人类工程活动（如矿井中开掘巷道等）影响的岩体称为原岩体，简称原岩。原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称为岩体初始应力、绝对应力或地应力。原岩应力场：天然存在于原岩内而与人为因素无关的应力场称为原岩应力场。自重应力场：由地心引力引起的应力场称为自重应力场。构造应力场：由于地质构造运动而引起的应力场称为构造应力场。是分析开采空间围岩应力重新分布的基础，合理设计支护的主要依据。22.1.1自重应力问题：求取距地表H深度处单元体上自重产生的应力σz，σy，σx。解答：假定：岩体为均匀连续介质；岩

2、体为半无限体，地面为水平面。垂直应力：32.1.1自重应力讨论：（4）当埋深超过一定程度，自重应力大于岩体的弹性强度，岩体将转化处于塑性状态，按照莫尔—库仑强度理论，达到强度条件：7构造应力是由于地壳构造运动在岩体中引起的应力。岩体构造应力可以分为现代构造应力和地质构造残余应力。前者指正在经受地质构造运动的作用，在地质构造发生过程中，岩体内产生的应力。后者指已经结束的地质构造运动残留于岩体内部的应力。构造应力还无法计算获得，只能现场测定。但是，构造应力场的方向可以根据构造遗迹加以判断。2.1.2构造应力8构造应力基本特点：①一般地壳运动以水平运动为主，构造应力主要是水平应力；而且地壳总的运动

3、趋势是相互挤压，所以水平应力以压应力占绝对优势。②构造应力分布不均匀，在地质构造变化比较剧烈的地区，最大主应力的大小和方向往往有很大变化。③岩体中的构造应力具有明显的方向性，最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大。④构造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍，在软岩中贮存构造应力较少。9中国大陆板块挤压力迹线图10中国大陆板块构造应力场水平分量11a—正断层；b—逆断层；c—平推断层；d—岩脉；e—褶皱图2-3由地质特征推断构造应力方向的平面图122.1.3原岩应力分布的基本规律①地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数。②垂直应力基本等于上覆岩层重量。③水平应力普

4、遍大于垂直应力。④平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小，但在不同地区，变化的速度很不相同。132.1.3原岩应力分布的基本规律最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系。最大水平主应力和最小水平主应力一般比值相差较大，显示出很强的方向性。地应力的上述分布规律还会受到地形、地表剥蚀、风化、岩体结构持征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。14图2-4世界各国铅直应力与深度变化规律15世界各国水平应力与深度变化规律162.2岩体中的弹性变形能弹性应变能：岩体受外力作用而产生弹性变形时，在岩体内部所储存的能量，称为弹性应变能。根据能量守

5、恒原理，外力作的功将全部以应变能的形式储存在弹性体内。因此，处于强烈原岩应力作用下的岩体，可能贮存有巨大的弹性能。岩体在恢复变形的过程中，将释放出全部的变形能而对外作功，伴生出一系列的矿山压力现象。172.2.1单向应力条件下的弹性应变能单元体各边长为dx、dy、dz，x面上力为σxdydz，沿x方向的伸长为εxdx。当应力有一增量时，相应的变形增量为dεxdx，在单元体上力所作的功（等于单元体的应变能dV）为：图2-518应变能密度：岩体单位体积的应变能称为应变能密度，记作v。2.2.1单向应力条件下的弹性应变能讨论：对于线弹性岩体，其应力与应变成正比：192.2.2空间应力状态下的弹

6、性应变能在三向应力状态下，单元体的应变能在数值上仍然等于外力所作的功。为了便于分析问题，假设单元体各面上的应力按同一比例从零增加到最终值。在线弹性情况下，空间应力状态下的应变能密度表示为：将广义虎克定律应力—应变关系式代入上式，得：20体积改变能：岩体一般情况下，外力作用下岩体同时发生体积和形状变化。岩体内由体积改变形成的弹性应变能叫体积改变能。畸变能：岩体内由形状改变形成的弹性应变能叫畸变能。体积改变能密度：单位体积岩体的体积改变能称为体积改变能密度，记为：畸变能密度：单位体积岩体的畸变能称为畸变能密度，记为：2.2.2空间应力状态下的弹性应变能212.2.2空间应力状态下的弹性应变

7、能体积改变能密度，畸变能密度，岩体受外力作用不仅产生弹性能，还有塑性变形发生。有学者认为岩体畸变能将被塑性变形所吸收和转化成其它形式能量。通常讲的岩体内积聚的弹性应变能是指岩体的体积改变能。222.2.3岩体中的弹性变形能（1）只有自重应力场作用条件：对于深度为H的开采条件，岩体所受到的应力为：232.2.3岩体中的弹性变形能（2）有构造应力场作用条件：对于深度为H的开采条件，岩体所受到的应力为：