岩体初始应力场及其影响因素汶川地震

汶川大地震的成因
以2008年5月12日的汶川大地震为例 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。
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。
(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。
T zE 0.03105 104 zMPa 0.003zMPa
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。
2、岩体自重应力场
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。
垂直应力：
Z
HAA H z H侧压力： X y Z
—平均密度，KN/m3
—侧压力系数 的取值有3种可能
岩体自重垂直应力
H—总深度（m）
（1）岩体假定处于弹性状态 1 由 x y x y z 0 E 推出 x 1 z 得：
图 断层对地应 力的影响
地核中的高温物质上升到地幔，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；


1
•岩体由多层不同性质岩层组成时 j 第j层应力：
i 1
z j i hi x j y j j z j
j j 1 j
原始垂直应力和水平应力：
z i hi
i 1
n
x y n z
（2）Heim假设（塑性状态）
1、岩体构造应力场
.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。 . 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，只随空间而变化的应力 场。
形成构造应力场的因素有很多，主要有：
一、初始应力的概念与意义
• 初始应力：天然状态下岩体内的应力，又称
地应力、原岩应力。 压力 地热。
• 因素：自重 地质构造 地形地貌 地震力 水

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。
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。
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： 3 C / 100m -5 10 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：
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。 1 （相当于 0.5 ）
（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
(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。