地应力

按库仑破坏条件
（4）边坡上出现错动台阶 葛洲坝厂房基坑开挖时，软弱层上面的岩层出现回弹 3～6cm（图6-14），这是由于地应力卸荷后，发生沿 软弱面的岩层错动，如果地应力卸荷出现的回弹变形 是连续的，如图6-15所示，则人们不易觉察与观测到。 在边坡内存在有软弱夹层时，软弱夹层的强度低、变 形大，因而当开挖到软弱夹层界面时，下部岩石变形 小，而上部岩层变形大，从而出现了间距Δl的台阶，根 据这一错台现象，由图6-16的力学模型所表示，图中h 为软弱夹层上覆连续岩层厚度，τ为软弱夹层的抗剪强 度，则:
6.5 岩体天然应力场的回归分析
6.5.1 计算模型的建立
模型建立包括确定计算区域、边界条件以及离散化。 主要依据是工程范围内的地质勘测和实测资料。图613所示为有限元法回归分析所采用的几种荷载及位移 边界。 荷载主要考虑自重及构造应力。自重通常由岩体容重 给出，构造力以水平作用的边界力（或位移来考虑， 图6-13中b～d）。P（或U）可先给初值，其最终计算 值取决于与相应回归系数的乘积。给定岩体的参数即 可按图6-13的模型求得应力场的初始计算值。
六、一个相当大的区域内，最大主应力方 向是相对稳定的 七、区域构造场常常决定局部点的主应力
河谷构造应力的主要部分随剥蚀卸载很快释放掉。接近 河谷岸坡表面存在的地应力分布差异很大。已经发现在 接近河谷岸坡表面部分为岩石风化和地应力偏低带，往 下则逐渐过渡到地应力平稳区。
八、天然应力状态
§3 岩体天然应力测量
（2）地下硐室施工过程中出现岩爆，剥离 由于高地应力的存在，在地下硐室开挖过程中， 会出现岩石的脆性破裂。积聚在岩石中的应变能由 于突然释放而产生岩爆或剥离，特别是垂直最大水 平主应力开挖的硐室，更容易产生岩爆现象。 （3）隧洞、巷道、钻孔的缩径现象 和前面所述的岩爆、剥离现象一样，是洞 （孔）壁应力超过岩石强度所致。是软岩产生流变 或柔性剪切破坏的结果。
由库伦强度判据知：正断层形成时的破坏主应力与岩体 强度参数间关系为：即
1 c 3 tan2 (45 / 2)
gZ c a gZ tan2 (45 / 2)
• 因此，正断层形成的天然应力比值系数 λa为： 1
a ctg (45 / 2) [ g
c
ctg (45 / 2)]
Z
• 逆断层形成时的应力状态为：最小主应 力σ3为铅直，最大主应力σ1为水平， 1 v gZ 即
3 h a gZ
• 同理可得逆断层形成时的天然应力比值 系数λp为：
c 1 p tg (45 / 2) g Z
一、应力恢复法（扁千斤顶法）
二、套心法（钻孔套心应力解除法）
• 基本原理
• 类型
量据 物传 理感 量器 不和 同测
• 理论计算
• 缺点
三、水压致裂法
是国际岩石力学学会试验方法委员会推荐的岩石应 力测量方法
（一）水压致裂法基本原理
利用一对可膨胀的橡胶封 隔器，在预定的测试深度 封隔一段钻孔，然后泵入 液体对该段钻孔施压，直 至压裂，根据压裂参数计 算地应力。
6.5.2 天然应力场的回归分析
天然应力场可以认为是下列变量的函数：
6.6 高地应力区的若干特征
随着国家建设的进行，我国西部高山峡谷区的水 电(如,拉西瓦水电站、小湾水电站、锦坪二级水电站 等)、交通、采矿等工程活动愈来愈多，这些地方多处 在高地应力区。岩石工程在勘探初期，利用勘探工程 揭露出来的现象可以收集到一些判断该地区地应力高 低的有用资料。据大量的勘察资料与工程实践表明地 区高天然应力常与如下现象相关联。 （1）岩芯饼化现象 饼状岩芯即钻探时取得的岩芯呈压缩饼干状，一 片片地破坏。许多学者对此进行了力学分析，认为这 是高地应力的产物。一般来说，岩芯饼化主要与地应 力差有关，垂直于钻进方向的应力差越大，饼化就越 严重。
国内：
• 我国地应力测量与研究起于20 世纪50 年代末,李四光 和陈宗基为主要创始人,首次于1962－1964年在三峡 平善坝址获得了岩体面应力实测结果. 1964年在大冶 铁矿进行了国内首次应力解除法测量. 到了70年代后, 我国地应力测量快速发展。1980年10月在河北易县首 次成功进行了水压致裂法地应力测量,现测量深度已突 破2 000 m. 1984年引进并改进了瑞典的深钻孔水下 三向应变计,使其最大测量深达530 m. 之后,空心包体 应变计研制成功.国际上对深钻、超深钻的划分标准 （3 000 m以下为中浅钻, 5 000 m以上为超深钻）,我 国还停留在中浅钻孔地应力测试水平.
+ + + + + +
+ + + + + +
++++++
天然应力
→ ← ↓ ↑

∧
→ ← ↓ ↑

∧
重分布应力
相对于第2洞 室的天然应力
二、天然应力的研究历史及意义 1、研究历史 国际：
• 最早的地应力模型是1912年瑞士地质学家Haim提出的 各向等压假说，认为水平地应力和垂直地应力相等， 且均等于上覆岩层的单位重量 • 1926年前苏联学者金尼克根据线弹性理论修正了海姆 的静水压力假设，即认为水平地应力大小应取决于当 前岩层的泊松比，水平地应力与垂直地应力之比为 μ/（1-μ) • 1932年，在美国胡佛水坝下的隧道中，首次成功地测 定了岩体中的天然应力 .
2
• 由上述分析可知，λu和λp是岩体中天然 应力比值系数的两种极端情况。一般认为 天然应力比值系数λ是介于两者之间，即 • λa≤λ≤λp (7-24) • 如把这一理论估算得出的结论，与Hoek— Brown根据全球实测结果得出的平均天然应 力比值系数随深度变化的经验关系相比， 两者的形式极为一致，即天然应力比值系 数与深度Z成反比。
§4 岩体中天然应力的估算
一、垂直天然应力估算
二、水平天然应力估算
1、隆起、剥蚀卸载作用对 值的影响
2、断层作用对 值的影响
在地壳表层岩体中，常发育有正断层和逆断层。 正断层形成时的应力状态是：σ1为铅直，σ3为 水平，因此
1 v gZ
3 h a gZ
2 研究意义
三、天然应力的成因
§2 岩体中天然应力的分布规律
一、地壳中主应力以压应力为主，方向基本上是 垂直和水平的。 二、天然应力场是一个具有相对稳定性的非稳定 应力场，是时间和空间的函数。 三、垂直天然应力
来自百度文库
四、水平天然应力
五、天然水平应力与垂直应力的比值
◆天然应力比值系数（地应力测压系数） 与深度的关系
• 20世纪50年代,哈斯特利用压磁应力计在瑞典拉伊斯 瓦尔铅矿和斯堪的纳维亚半岛4个矿区进行了大规模 地应力测量,并首次发表了近地表地层中的实测水平应 力高于垂直应力的成果,此后地应力测量才迅速在欧洲、 北美洲、南澳洲和亚洲开展. • 1957年，美国哈伯特和威利斯提出用水压致裂法测量 岩体天然应力的理论。 • 1975年，盖依等人根据岩体应力的实测数据的分析， 提出了临界深度的概念，即认为在该深度以上，水平 应力大于垂直应力；在该深度以下，水平应力小于垂 直应力。临界深度随地区不同而不同。 • 目前地应力测点遍布全球，有几十万个。大部分是浅 部，最深5108米(美国密执安水压致裂法)。
第6章 岩体天然应力
2011.5.2
§1 概述
§2 岩体中天然应力的分布规律
§3 岩体天然应力测量 §4 岩体中天然应力的估算
§5 岩体天然应力场的回归分析
§6 高地应力的若干特征
§1 概述
一、定义
1.天然应力(地应力、初始应力等）人类工 程活动之前存在于岩体中的应力。 2.重分布应力（二次分布应力、附加应力等） 由于工程活动改变了的岩体中的应力。
（5）原位变形曲线的变化 图6-17所示的a曲线为低地应力情况下裂隙比较发 育的岩块压缩变形曲线；b曲线为低地应力下的完整岩 块压缩变形曲线；c曲线为在高地应力情况下岩块压缩 变形曲线，开始变形很小，表现为σ 轴上有截距。即岩 石试件处于预压缩状态，具有较高的预压缩应力。 除以上现象外，在高天然应力地区，还有一些现象， 如水下开挖无漏水现象、泥化夹层中的泥被挤压等等。 这些都可用于初步判断岩体高天然应力的存在。