井巷工程课件——第二章 井巷地压
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所有上述因素中，显然自重引起的应力是普遍存在的，构造应力
则决定于该地区的地壳运动形态，有时影响面也较大。在井巷掘进之 后，掘进空间周围岩体的应力重新分布。
了解原岩应力是分析掘进后空间的周围应力重新分布的基础。
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第一节 地压概念
(一)自重应力 处于一定深度的原岩体，承受着上部岩体的重量，由这个重量所引起的
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第一节 地压概念
国外一些原岩应力测量结果，还说明构造应力也与深度成
正比。现在发生的频繁的地壳活动，也证明有地质构造力在起 作用。
地壳中的地质构造运动使局部岩层处于构造应力场中。显
然，任何一种构造痕迹都必然反映着一定性质的构造应力的作 用。地质构造不断在变化，地质构造应力又是看不到的，但地 质构造应力所造成的痕迹，如断层、褶曲等却保留在岩体中， 它的走向与形成它的方向有着一定的关系，可以根据各种构造 的力学性质判断构造应力的方向。
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第一节 地压概念
二、原岩应力状态 井巷地压是因井巷掘进后岩体中应力的重新分布引起的，研究掘
进后巷道周围的应力，首先必须研究巷道所在的岩体区域内的原岩应 力。
地下岩体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。天然存在于原岩内而与任何人为因素无 关的应力称为原岩应力。原岩应力按产生的原因分为自重应力和构造 应力。由于岩体的自身重力作用而产生的应力，称为自重应力；由于 地质构造运动而引起的应力，称为构造应力。另外还有岩体中包含水 和瓦斯所引起的应力，也能影响岩体内的应力大小与分布。
I. 地压概念 II. 围岩的变形和应力分布 III. 围岩压力及其影响因素
第一节 地压概念
一、井巷地压概念 地下岩体在未开掘巷道之前，由于自重引起的应力(称为
原岩应力)是处于平衡状态的。当在岩层中开掘巷道后，破坏 了岩石的原始应力状态，引起岩体内部的应力重新分布。
它表现为巷道周围的岩体产生变形、移动甚至破坏，直 到岩体内部重新形成一个新的应力平衡状态为止。在此过程 中，巷道本身或架设在其中的支撑物会受到各种力的作用。
于垂直应力的25％~40％。
[例2—1] 求深度为800m处岩体的原岩应力状态。 解 令岩层的平均容重
为25kN／m3，侧应力系数λ取0.25，则
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第一节 地压概念
(二)构造应力 根据原岩自重应力的分布规律，侧应力系数不大于1，而应力
测量资料表明：一部分应力符合自重应力分布规律；另一部分却 是水平应力大于垂直应力，侧应力系数甚至可高达20，二个方向的 水平主应力不相等，它的方向、大小与地质构造有关。可见，存 在着地质构造应力。
在大多数情况下，井巷地压会给地下掘进工作造成不同程度
的危害。为了不影响井巷掘进工作和保证生产安全，必须采取各 种技术措施加以控制，包括对巷道的工作空间进行维护，对软弱 或破碎的岩石进行加固，用各种方法使巷道工作空间得到卸压。 其基本目的就是保证生产安全和取得良好的经济效益。
因此，了解井巷地压的发生、发展规律对井巷工程的破岩 和支护有着重要的意义。
单位面积上的内力，就是自重应力。
在地表取一个水平的直角坐标x、y，以深度方向为z轴，在岩体中任意取 一个与坐标方向相一致的微小的单元立方体，它的垂直方向自重应力σz就是 单位面积上的岩柱重量，岩柱体积为1×1×z，岩体的容重为γ，如图2-(a)所 示，在上覆岩层重量作用下，这个单元体上所受的垂直应力
地壳运动过程中，在地应力的作用下，岩体发生了体积与
形状的变化。由于岩体的弹性变形，能使岩体内贮存巨大的弹 性应变能。但这种应变能不可能在岩体中无限制地积累下去， 随着能量的增加，应力达到岩体的强度极限时，它就要发生破 坏(如形成断层或裂隙等)。这时除在岩体中保存残余变形外， 贮存的能量将部分或全部释放出来，构造应力也就随之部分或 全部消失。例如，地震时绝大部分应变能得到了释放。
＝11 zγ z 11
＝z
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＝11 zγ z 11
＝z
＝11 zγ z 11
＝z
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上述单元立方体在垂直应力的作用下，在σz的作用方向产生压缩变形，而在与 σz成垂直的方向产生侧向膨胀变形。但侧向由于相互挤压受到无限相邻岩体的限 制，其横向变形值，只能为零，应变也为零，即ε2＝ε3＝0，因而形成了岩块的侧 向应力σx、σy(即水平自重应力，就是阻止水平方向变形的挤压应力)。
如图2—1(a)所示，地表内取任意的岩块处于半无限空间的状态下，假定岩体为
各向同性的弹性体，由于岩体自重所引起的侧向应力σx、σy，因其侧向条件是一致
的，因而σx=σy。且σx、σy与σz成比例关系。令侧应力系数为λ，则
σx=σy =λσz
(2—3)
式中 λ——原岩体侧应力系数，一般取λ＝0.25~0.43，即原岩体中任意地方的水平应力 约等
井巷地压就是指在地下岩体中进行采掘活动，而引起的 作用在井巷、硐室等周围岩体中或支撑物上的压力，简称地 压。
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第一节 地压概念
一、井巷地压概念 在井巷地压作用下，会引起各种力学现象，如顶板下沉、
底板鼓起、巷道变形后断面缩小、岩体破坏甚至产生大面积冒落 片帮、支架严重变形或损坏，以及大量岩层移动及地表发生塌陷 等。这种由于井巷地压作用，使巷道围岩和各种人工支撑物产生 的变形、移动和破碎等现象，统称为地压现象。
表2—1列出了昆明水电勘测设计院对原岩应力的实测资料，水平应力 均接近或大于垂直应力。
实测地点 岩石试验硐 1号高压平硐
2号斜井 总岔管
垂直应力/MPa 2.22 0.954 2.38 7.92
Biblioteka Baidu
水平应力/MPa 1.98 0.816 1.99 8.87
侧应力系数λ 0.89 0.86 0.84 1.12
地质构造的形态虽然是多种多样的，地质构造力也是复杂
多变的，但对于每一个具体构造来说，不外乎是由压应力、拉 应力或剪应力形成的，故地质构造可以分成压应力构造、拉应 力构造和剪应力构造。大量研究表明，地质构造基本上是水平 方向挤压力作用的结果，可以作为平面问题研究。
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则决定于该地区的地壳运动形态，有时影响面也较大。在井巷掘进之 后，掘进空间周围岩体的应力重新分布。
了解原岩应力是分析掘进后空间的周围应力重新分布的基础。
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第一节 地压概念
(一)自重应力 处于一定深度的原岩体，承受着上部岩体的重量，由这个重量所引起的
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第一节 地压概念
国外一些原岩应力测量结果，还说明构造应力也与深度成
正比。现在发生的频繁的地壳活动，也证明有地质构造力在起 作用。
地壳中的地质构造运动使局部岩层处于构造应力场中。显
然，任何一种构造痕迹都必然反映着一定性质的构造应力的作 用。地质构造不断在变化，地质构造应力又是看不到的，但地 质构造应力所造成的痕迹，如断层、褶曲等却保留在岩体中， 它的走向与形成它的方向有着一定的关系，可以根据各种构造 的力学性质判断构造应力的方向。
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第一节 地压概念
二、原岩应力状态 井巷地压是因井巷掘进后岩体中应力的重新分布引起的，研究掘
进后巷道周围的应力，首先必须研究巷道所在的岩体区域内的原岩应 力。
地下岩体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。天然存在于原岩内而与任何人为因素无 关的应力称为原岩应力。原岩应力按产生的原因分为自重应力和构造 应力。由于岩体的自身重力作用而产生的应力，称为自重应力；由于 地质构造运动而引起的应力，称为构造应力。另外还有岩体中包含水 和瓦斯所引起的应力，也能影响岩体内的应力大小与分布。
I. 地压概念 II. 围岩的变形和应力分布 III. 围岩压力及其影响因素
第一节 地压概念
一、井巷地压概念 地下岩体在未开掘巷道之前，由于自重引起的应力(称为
原岩应力)是处于平衡状态的。当在岩层中开掘巷道后，破坏 了岩石的原始应力状态，引起岩体内部的应力重新分布。
它表现为巷道周围的岩体产生变形、移动甚至破坏，直 到岩体内部重新形成一个新的应力平衡状态为止。在此过程 中，巷道本身或架设在其中的支撑物会受到各种力的作用。
于垂直应力的25％~40％。
[例2—1] 求深度为800m处岩体的原岩应力状态。 解 令岩层的平均容重
为25kN／m3，侧应力系数λ取0.25，则
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第一节 地压概念
(二)构造应力 根据原岩自重应力的分布规律，侧应力系数不大于1，而应力
测量资料表明：一部分应力符合自重应力分布规律；另一部分却 是水平应力大于垂直应力，侧应力系数甚至可高达20，二个方向的 水平主应力不相等，它的方向、大小与地质构造有关。可见，存 在着地质构造应力。
在大多数情况下，井巷地压会给地下掘进工作造成不同程度
的危害。为了不影响井巷掘进工作和保证生产安全，必须采取各 种技术措施加以控制，包括对巷道的工作空间进行维护，对软弱 或破碎的岩石进行加固，用各种方法使巷道工作空间得到卸压。 其基本目的就是保证生产安全和取得良好的经济效益。
因此，了解井巷地压的发生、发展规律对井巷工程的破岩 和支护有着重要的意义。
单位面积上的内力，就是自重应力。
在地表取一个水平的直角坐标x、y，以深度方向为z轴，在岩体中任意取 一个与坐标方向相一致的微小的单元立方体，它的垂直方向自重应力σz就是 单位面积上的岩柱重量，岩柱体积为1×1×z，岩体的容重为γ，如图2-(a)所 示，在上覆岩层重量作用下，这个单元体上所受的垂直应力
地壳运动过程中，在地应力的作用下，岩体发生了体积与
形状的变化。由于岩体的弹性变形，能使岩体内贮存巨大的弹 性应变能。但这种应变能不可能在岩体中无限制地积累下去， 随着能量的增加，应力达到岩体的强度极限时，它就要发生破 坏(如形成断层或裂隙等)。这时除在岩体中保存残余变形外， 贮存的能量将部分或全部释放出来，构造应力也就随之部分或 全部消失。例如，地震时绝大部分应变能得到了释放。
＝11 zγ z 11
＝z
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第一节 地压概念
＝11 zγ z 11
＝z
＝11 zγ z 11
＝z
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第一节 地压概念
上述单元立方体在垂直应力的作用下，在σz的作用方向产生压缩变形，而在与 σz成垂直的方向产生侧向膨胀变形。但侧向由于相互挤压受到无限相邻岩体的限 制，其横向变形值，只能为零，应变也为零，即ε2＝ε3＝0，因而形成了岩块的侧 向应力σx、σy(即水平自重应力，就是阻止水平方向变形的挤压应力)。
如图2—1(a)所示，地表内取任意的岩块处于半无限空间的状态下，假定岩体为
各向同性的弹性体，由于岩体自重所引起的侧向应力σx、σy，因其侧向条件是一致
的，因而σx=σy。且σx、σy与σz成比例关系。令侧应力系数为λ，则
σx=σy =λσz
(2—3)
式中 λ——原岩体侧应力系数，一般取λ＝0.25~0.43，即原岩体中任意地方的水平应力 约等
井巷地压就是指在地下岩体中进行采掘活动，而引起的 作用在井巷、硐室等周围岩体中或支撑物上的压力，简称地 压。
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第一节 地压概念
一、井巷地压概念 在井巷地压作用下，会引起各种力学现象，如顶板下沉、
底板鼓起、巷道变形后断面缩小、岩体破坏甚至产生大面积冒落 片帮、支架严重变形或损坏，以及大量岩层移动及地表发生塌陷 等。这种由于井巷地压作用，使巷道围岩和各种人工支撑物产生 的变形、移动和破碎等现象，统称为地压现象。
表2—1列出了昆明水电勘测设计院对原岩应力的实测资料，水平应力 均接近或大于垂直应力。
实测地点 岩石试验硐 1号高压平硐
2号斜井 总岔管
垂直应力/MPa 2.22 0.954 2.38 7.92
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水平应力/MPa 1.98 0.816 1.99 8.87
侧应力系数λ 0.89 0.86 0.84 1.12
地质构造的形态虽然是多种多样的，地质构造力也是复杂
多变的，但对于每一个具体构造来说，不外乎是由压应力、拉 应力或剪应力形成的，故地质构造可以分成压应力构造、拉应 力构造和剪应力构造。大量研究表明，地质构造基本上是水平 方向挤压力作用的结果，可以作为平面问题研究。
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第一节 地压概念