《岩石力学》地应力及其测量

1. 地壳是静止不动的还是变动的？怎样理解岩体的自然平衡状态？

答：地壳是变动的。

自然平衡状态是指：岩体中初始应力保持不变的状态。

2. 初始应力、二次应力和应力场的概念。

答：未受影响的应力称为初始应力

工程开挖时，受工程开挖影响而形成的应力称为二次应力

地应力是关于时间和空间的函数，可以用“场”的概念来描述，称之为地应力场。

3. 何谓海姆假说和金尼克假说？

答：海姆首次提出了地应力的概念，并假定地应力是一种静水应力状态，即地壳中

任意一点的应力在各个方向上均相等，且等于单位面积上覆岩层的重量，即???= ????=????

金尼克认为地壳中各点的垂直应力等于上覆岩层的重量，而侧向应力（水平应力）是泊松效应的结果，其值应为乘以一个修正系数K。他根据弹性力学理论，认

为这个系数等于??

1-??，即????=????，???=??

1-??

????

4. 地应力是如何形成的？

答：地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。

另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力

场。

5. 什么是岩体的构造应力？构造应力是怎样产生的？土中有无构造应力？为什么？答：岩体中由于地质构造运动引起的应力称为构造应力。

关于构造应力的形成有两种观点：地质力学观点认为是地球自转速度变比的结果；大地构造学说则认为是出于地球冷却收缩、扩张、脉动、对流等引起的，如板

块边界作用力。

土中没有构造应力，由于土本身是各向同性介质，不存在地质构造。

6. 试述自重应力场与构造应力场的区别和特点。

答：由地心引力引起的应力场称为重力应力场，重力应力场是各种应力场中惟一能

够计算的应力场。地壳中任一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量，即????=????。

重力应力为垂直方向应力，它是地壳中所有各点垂直应力的主要组成部分，但

是垂直应力一般并不完全等于自重应力，因为板块移动，岩浆对流和侵入，岩体非

均匀扩容、温度不均和水压梯度均会引起垂直方向应力变化。

构造应力是由地质构造运动形成的。当前的构造应力状态主要由最近一次的构

造运动所控制，但也与历史上的构造运动有关。构造应力主要表现为以水平应力为

主，“在构造应力的作用仅影响地壳上层一定厚度的情况下，水平应力分量的重要性远远超过垂直应力分量。”

7. 岩体原始应力状态与哪些因素有关？

答：地形地貌；岩体结构；岩石力学性质；地下水。

8. 简述地应力场的分布规律

答：1）地应力场的特性

（1）地应力场是一个以水平应力为主的三向不等压应力场

（2）地应力场是一个具有相对稳定性的非稳定应力场

2）垂直应力的分布规律

在深度为25~~2700m的范围内，????呈线性增长，大致相当于按平均容量??γ等于273kN???-3?计算出来的重力????。

3）水平应力的分布规律

（1）绝大多数情况下，水平主应力之一为最大主应力

（2）水平应力具有明显的各向异性

（3）水平应力随深度呈线性增长关系

4）水平应力与垂直应力的关系

（1）水平应力普遍大于垂直应力

（2）平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小

9. 什么是侧压系数？侧压系数能否大于1？从侧压系数值的大小如何说明岩体所处的应力状态？

答：侧压系数是水平应力与垂直应力的比值。

根据弹性力学理论，在计算自重应力场时，K=??

1-??

，泊松比极限值是0.5，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，因而从理论上????????= 1。

但实际上，由于构造应力场的影响，水平应力往往是大于垂直应力的。

10. 何谓高地应力？如何判别高地应力？

答：高地应力是一个相对的概念。高地应力是相对于围岩强度而言的。当围岩内部

的最大地应力????????与围岩强度????的比值

围岩强度比=???????? ????

达到某一水平时，才称为高地应力或极高地应力。

11. 有哪些高地应力现象？

答：（1）岩芯饼化现象

（2）岩爆

（3）探洞和地下隧洞的洞壁产生剥离，岩体锤击为嘶哑声并有较大变形

（4）岩质基坑底部隆起、剥离以及回弹错动现象

（5）野外原位测试测得的岩体物理力学指标比实验室岩块试验结果高

12. 简述地应力测量的重要性。

答：（1）科学合理的开挖设计和施工的需要

（2）地应力是影响岩石开挖工程稳定性的重要因素

（3）地应力是岩石工程定量设计计算以及数值模拟分析的需要

（4）地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核

废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究等也都具有重要意义。13. 地应力测量方法分哪两类？两类的主要区别在哪里？每类包括那些主要测量

技术？

答：直接测量法是由测量仪器直接测量和记录各种应力量，如补偿应力、恢复应力、平衡应力，并由这些应力量和原岩应力的相互关系，通过计算获得原岩应力值。在

计算过程中并不涉及不同物理量的换算，不需要知道岩石的物理力学性质和应力应

变关系。

直接测量法主要包括扁千斤顶法、水压致裂法、刚性包体应力计法和声发射法。

间接测量法不是直接测量应力量，而是借助某些传感元件或某些介质，测量和

记录岩体中某些与应力有关的间接物理量的变化，如岩体中的变形或应变，岩体的

密度、渗透性、吸水性、电阻、电容的变化，弹性波传播速度的变化等，然后由测

得的间接物理量的变化，通过已知的理论公式或经验公式来计算岩体中的应力值。

因此，在间接测量法中，为了计算应力值，首先必须确定岩体的某些物理力学性质

以及所测物理量与应力的相互关系。

间接测量法又可以分为全应力解除法、局部应力解除法和地球物理方法等三类

方法。

14. 简述套孔应力解除法的基本测量原理和主要测试步骤。