第3.3节 我国地应力场空间分布的一般规律
地应力及其分布规律
地应⼒及其分布规律地应⼒及其分布规律————————————————————————————————作者：————————————————————————————————⽇期:地应⼒及其分布规律1 、地应⼒的基本概念地应⼒是存在于地层中的未受⼯程扰动的天然应⼒，也称岩体初始应⼒、绝对应⼒或原岩应⼒。
⼴义上也指地球体内的应⼒。
它包括由地热﹑重⼒﹑地球⾃转速度变化及其他因素产⽣的应⼒。
地应⼒是各种岩⽯开挖⼯程变形和破坏的根本作⽤⼒；是确定⼯程岩体⼒学属性,进⾏围岩稳定性分析，实现开挖设计和决策科学化的必要前提条件。
此外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具有重要意义。
２、地应⼒的成因产⽣地应⼒的原因是⼗分复杂的,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、岩浆浸⼊和地壳⾮均匀扩容等。
另外,温度不均、⽔压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的应⼒场。
其中，构造应⼒场和⾃重应⼒场为现今地应⼒场的主要组成部分。
当前的地应⼒状态主要由最近的⼀次构造运动所控制，但也与历史上的构造运动有关。
由于亿万年来,地球经历了⽆数次⼤⼤⼩⼩的构造运动，各次构造运动的应⼒场也经过多次的叠加、牵引和改造，另外,地应⼒场还受到其他多种因素的影响,造成地应⼒状态的复杂性和多变性,地应⼒成因之⼀:地幔热对流（图1、图２）地应⼒成因之⼀：板块边界受压（图3）地应⼒成因之⼀:岩浆浸⼊(图4)3、地应⼒的影响因素地壳深层岩体地应⼒分布复杂多变，造成这种现象的根本原因在于地应⼒的多来源性和多因素影响,但主要还是由岩体⾃重、地质构造运动和剥蚀决定。
1)岩体⾃重的影响岩体应⼒的⼤⼩等于其上覆岩体⾃重,研究表明：在地球深部的岩体的地应⼒分布基本⼀致。
但在初始地应⼒的研究中⼈们发现,岩体初始应⼒场的形成因素众多,剥蚀作⽤难以合理考虑,在常规的反演分析中,通常只考虑岩体⾃重和地质构造运动2)地形地貌和剥蚀作⽤对地应⼒的影响地形地貌对地应⼒的影响是复杂的,剥蚀作⽤对地应⼒也有显著的影响,剥蚀前，岩体内存在⼀定数量的垂直应⼒和⽔平应⼒，剥蚀后，垂直应⼒降低较多，但有⼀部分来不及释放，仍保留⼀部分应⼒数量，⽽⽔平应⼒却释放很少，基本上保留为原来的应⼒数量，这就导致了岩体内部存在着⽐现有地层厚度所引起的⾃重应⼒还要⼤很多的应⼒数值。
工程地质分析原理总结
⼯程地质分析原理总结第⼀篇区域稳定及岩体稳定分析的⼏个基本问题⼀、地壳岩体结构特征的⼯程地质分析(5分)1、岩体、结构⾯、结构体岩体：通常指地质体中与⼯程建设有关的那⼀部分岩⽯，它处于⼀定的应⼒状态，被各种结构⾯所分割。
结构⾯：指岩体中具有⼀定⽅向、⼒学强度相对较低、两向延伸的地质界⾯或带。
结构体：结构⾯在空间的分布与组合可将岩体分割成形状、⼤⼩不同的块体，称为结构体2、结构⾯的主要类型（按照成因、规模分类）及特征（如何描述结构⾯）按成因：原⽣结构⾯、构造结构⾯、浅表⽣结构⾯按规模：A类（贯通）、B类（显现）、C（隐微）3、岩体的分类：岩体结构分类（哪5类？）；岩体的⼯程分类（考虑三⽅⾯因素？）按结构特征分类：块体状结构、块状结构、层状结构、碎块状结构、散体状结构三⽅⾯因素：⼒学性质、岩体结构、赋存条件4、岩体的变形随深度有何变化特点？剪切或拉裂拉裂与弯曲弯曲弯曲与压扁压扁压扁与流动流动。
⼆、地壳岩体的天然应⼒状态（10分）1、岩体应⼒：天然应⼒和初始应⼒⾃重应⼒:指在重⼒场作⽤下⽣成的应⼒。
σv=γh（µ为岩体的泊松⽐，N。
称为岩体的侧压⼒系数。
）构造应⼒：指岩⽯圈运动在岩体内形成的应⼒。
⼜可分为活动构造应⼒和剩余构造应⼒。
变异及残余应⼒变异应⼒：指岩体的物理、化学变化及岩浆的侵⼊等引起的应⼒。
残余应⼒：承载岩体遭受卸荷或部分卸荷后，岩体中某些组分的膨胀回弹趋势部分地受到其他组分的约束，于是就在岩体结构内形成残余的拉、压应⼒相平衡的应⼒系统感⽣应⼒2、岩体天然应⼒状态类型（1）σx=σy=σv=rh 注：越往地壳的深部，存在静⽔应⼒式的可能性越⼤。
（2）垂直应⼒为主的观点地壳岩体内的应⼒以⾃重应⼒为主，主要存在于地表（3）⽔平应⼒为主的观点地壳岩体内的应⼒主要受构造运动影响，最⼤主应⼒近于⽔平。
3、影响岩体天然应⼒状态的主要因素及其作⽤（1）地区地质条件及岩体所经历的地质历史对岩体天然状态的影响：岩体的岩性及结构特征：决定着岩体的容重和泊松⽐，从⽽影响⾃重应⼒场的特征；统⼀区域构造应⼒作⽤下，岩体内应⼒分布的特征主要取决于岩性、结构特征及其⾮均⼀性；决定着岩体的强度及蠕变特性，因⽽决定了岩体承受及传递应⼒的能⼒。
第三章 地应力的工程地质研究
3.1.4 研究历史
（1）世界上 1878年海姆提出天然应力； l932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； 到目前天然应力测点遍布全球，有几十万个
测点。大部分是浅部，最深5108米（美国密执安 水压致裂法）。 （2）中国 20世纪50年代末开始天然应力量测，有几万 个测点，最深的有3958米（天津大港）。
北东方向推进，这样一种巨大而持续的板块间的相互作用
•西南： 印度板块向NNE挤压 （5cm/a） •东： 太平洋板块向W俯冲 （1cm/a） •南： 菲律宾板块向N俯冲 •北： 西伯利亚板块阻挡
我国大部分地区最大主应力方向和量值的上述变化规
律，完全是由印度板块与欧亚板块的碰撞、挤压所导致的。
一般认为，白垩纪末印度板块从西南向北北东方向推移， 并在始新世中期末，即大约距今3800万年前与欧亚板块相 碰撞（对接）。此后印度板块仍以每年约5cm的速度向北
3.2 我国地应力场的空间分布特点及变化规律
3.2.1 地应力场的空间分布及其与板块运动的关系
1、我国地应力场的空间分布特点
以东经100～105o为界分东西两区。 强度上：西强东弱（西高东低） 方向上：西： NNE-SSW为主，东：近E-W。
2、 地应力场的形成与板块运动的关系
中国板块处在四大板块环绕中，它们碰撞挤压，形成 了中国大陆岩体中的天然应力。
③.最小主应力轴σ3近于垂直，最大主应力与中间 主应力轴近于水平。喜马拉雅的前缘地区属于这种 类型。在此种应力状态下发生的破坏，是逆断型 的，即沿走向与最大主应力垂直的剖面X裂面产生 逆断活动，故可称为潜在逆断型。
上述为三种典型情况，大多数地区接近其中某 一种，有些地区应力状态属主应力轴倾斜的过度类 型。总之大量实测资料表明，世界上大多数地区岩 体内的天然应力状态是以水平应力为主。
地应力及其分布规律分解
地应力及其分布规律1 、地应力的基本概念地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。
广义上也指地球体内的应力。
它包括由地热﹑重力﹑地球自转速度变化及其他因素产生的应力。
地应力是各种岩石开挖工程变形和破坏的根本作用力；是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析，实现开挖设计和决策科学化的必要前提条件。
此外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具有重要意义。
2、地应力的成因产生地应力的原因是十分复杂的，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、岩浆浸入和地壳非均匀扩容等。
另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的应力场。
其中，构造应力场和自重应力场为现今地应力场的主要组成部分。
当前的地应力状态主要由最近的一次构造运动所控制，但也与历史上的构造运动有关。
由于亿万年来，地球经历了无数次大大小小的构造运动，各次构造运动的应力场也经过多次的叠加、牵引和改造，另外，地应力场还受到其他多种因素的影响，造成地应力状态的复杂性和多变性，地应力成因之一：地幔热对流（图1、图2）地应力成因之一：板块边界受压（图3）地应力成因之一：岩浆浸入（图4）3、地应力的影响因素地壳深层岩体地应力分布复杂多变，造成这种现象的根本原因在于地应力的多来源性和多因素影响，但主要还是由岩体自重、地质构造运动和剥蚀决定。
1)岩体自重的影响岩体应力的大小等于其上覆岩体自重，研究表明：在地球深部的岩体的地应力分布基本一致。
但在初始地应力的研究中人们发现，岩体初始应力场的形成因素众多，剥蚀作用难以合理考虑，在常规的反演分析中，通常只考虑岩体自重和地质构造运动2)地形地貌和剥蚀作用对地应力的影响地形地貌对地应力的影响是复杂的，剥蚀作用对地应力也有显著的影响，剥蚀前，岩体内存在一定数量的垂直应力和水平应力，剥蚀后，垂直应力降低较多，但有一部分来不及释放，仍保留一部分应力数量，而水平应力却释放很少，基本上保留为原来的应力数量，这就导致了岩体内部存在着比现有地层厚度所引起的自重应力还要大很多的应力数值。
工程地质分析原理
绪论1、工程地质学：研究地质环境和人类工程活动之间相互制约相互作用的关系，并保证这种关系向良性发展的学科。
2、工程地质条件：与工程活动有关的地质环境。
a、岩（土）体类型及工程地质性质；b、地质构造（区域稳定性）；c、地形地貌；d、水文地质条件；e、物理地质现象（不变地质现象）；f、天然建筑材料（土料、石料）。
3、工程地质问题：威胁和影响工程建筑物设计合理、安全可靠、正常运行。
a、区域稳定性问题；b、岩（土）体稳定问题；c、与渗流有关的问题；d、与河湖冲淤有关的问题。
4、工程地质分析的基本方法：a、自然历史分析法（定性分析）；b、数学力学分析法：地质条件—概化—>地质模型—边界条件—>数学力学模型——>数值模拟—验证—>定量评价（预测）c、模型模拟实验法：模型试验法（相同原理）；模拟实验法（相似原理）。
d、工程地质类比法（比拟法）：拟建区与地质条件相似的已建区进行比较，应用已建区的一些成果。
5、工程地质学的基本任务：研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约，以便合理开发和有效保护地质环境，防治可能发生的地质灾害。
第一章．地壳岩体结构特征的工程地质分析1、结构面：指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低，两向延伸的地质界面。
2、结构体：结构面在空间的分布和组合可将岩体切割成不同形状并包围的岩石块体。
3、结构面的成因类型：4、岩体结构分类：a、整体块状结构：整体结构（连续介质）、块状结构（不连续介质）；b、层状结构：层状结构、薄层状结构（均为不连续介质）；c、碎裂结构：镶嵌结构、层状碎裂结构、碎裂结构（均为不连续介质）；d、散体结构（似连续介质）。
第二章．地壳岩体的天然应力状态1、天然应力：存在于地壳中未受工程扰动的应力状态。
分类：a、三向相等的静水应力式：σx=σy=σz=γh；b、竖直应力为主；c、水平应力为主。
2、我国地应力场空间分布的一般规律（P45）(1)最大主应力轴空间展布的规律性：大致与察隅和伊斯兰堡连线的夹角平分线方向一致。
工程地质问题
1.工程地质问题：当工程地质条件不能满足工程建筑物稳定、安全的要求时，工程地质条件与工程建筑之间存在矛盾。
2.工程地质条件：土石性质、地质构造、地貌、水文地质条件、自然地质现象和天然建筑材料。
3.岩体：地质体中与工程建设有关的那部分岩石，处于一定的应力状态、被各种结构面所分割。
4.结构面：岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带）5.结构体：结构面在空间的分布和组合将岩体切割成形状、大小不同的块体，称结构体。
6.天然应力状态：是指未经人为扰动的，主要是在重力场和构造应力场的综合作用下，有时也在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力状态，常称为天然应力或初始应力。
7.在岩体天然应力场内，因挖除或增加结构物而引起的应力，称为感生应力。
8.在重力场作用下生成的应力为自重应力。
9.变异应力：物理、化学变化及岩浆的侵入等引起的应力可统称为变异应力。
只具有局部意义。
10.残余应力：遭受卸荷或部分卸荷时，膨胀回弹趋势部分地受其它组分约束，形成拉、压应力自相平衡的应力系统。
11.活断层：目前还在持续活动的断层，或在历史时期或近期地质时期活动过、极可能在不远的将来重新活动的断层。
后一种情况也可称为潜在活断层一般定义为晚更新世Ｑ３全新地质时期Ｑ４（１万年）有过地震活动，或近期正在活动，在将来（今后１００年）可能活动的断裂叫做全新活动断裂12.水库诱发地震：水库蓄水而导致库区地震活动强度和频次显著增强的现象。
13.砂土液化：对于饱和砂土在振动荷载的作用下，孔隙水压力上升到使砂粒间有效正应力降为零时，砂体就会悬浮于水中，砂体也就完全丧失了强度和承载能力，这就是砂土液化。
14.渗流液化：饱水砂土在强烈地震作用下先产生振动液化，使孔隙水压力迅速上升，产生上下水头差和孔隙水自下而上的运动，动水压力推动砂粒向悬浮状态转化，形成渗流液化15.超孔隙水压力：砂的渗透性不良，排水不通畅，前一周期的排水尚未完成，下一周期的孔隙度再减小又产生了。
地应力分布规律以及与地质构造运动的探讨
地应力分布规律以及与地质构造运动的探讨张红卫【摘要】地应力通常是指在地层中未被工程所扰动的天然应力，其是能够使得采矿工程发生变形以及遭到破坏的根本动力，为了有效对采矿工程进行开采设计，并做出科学化的决策，则需要对围岩的稳定性进行分析，地应力产生的原因十分复杂，本文对地应力形成的原因进行了简要的分析，并就简单的工程案例，分析了地应力的分布规律，探讨了其地质构造运动。
【期刊名称】《低碳世界》【年(卷),期】2016(000)016【总页数】2页(P83-84)【关键词】地应力;分布规律;地质构造;运动【作者】张红卫【作者单位】湖南省核工业地质局三0一大队，湖南长沙410114【正文语种】中文【中图分类】P55经过几十年的实测，并对相关理论进行分析可知，地应力产生的主要原因在于重力作用以及构造的运动，特别是水平方向上的构造运动，现阶段，通常应力状态主要由最近一次的构造运动所控制，同时跟历史上的相关构造运动有着密切的联系，因此对其进行分析研究时，要注意承前启后。
地应力产生的原因十分复杂，其主要跟地球的各种动力运动的过程有关，其中主要包含有：①板块边界受压；②地幔之间的热对流；③地球内应力；④地心引力；⑤地球旋转；⑥岩浆浸入；⑦地壳非均匀扩容等。
此外，温度不均，水压存在梯度、地表被剥蚀以及其他物理化学变化都会产生相应的应力场，现阶段地应力场主要由构造应力场和自重应力场所构成，其中板块边界受压见图1。
目前的地应力状态主要是由最近的一次构造运动所控制，并且跟历史上的构造运动也有着十分密切的关联。
在过去的亿万年间，地球经历了无数次大大小小的构造运动，这些运动的应力场更是经过多次的叠加、牵引和改造，此外，由于地应力场还会被其他因素所影响，使得地应力的状态更加的复杂和多变。
3.1 工程案案例3.1.1 矿区地应力场分布规律某煤矿在勘探阶段，对其中的29个钻孔进行了勘探。
其中：W-6，W-13，W-15，W-20，W-24，W-28，W-29等7个能够被控制的矿区的应力场的钻孔被选定用于水压致裂地的应力测量。
中国大陆浅层地壳实测地应力分布规律研究
第26卷第10期岩石力学与工程学报V ol.26 No.10 2007年10月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.，2007中国大陆浅层地壳实测地应力分布规律研究景锋1，2，盛谦1，张勇慧1，罗超文1，刘元坤2(1. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北武汉 430071；2. 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，湖北武汉 430010)摘要：通过收集中国大陆地区450多个钻孔的地应力实测资料，筛选出受局部因素影响小的450组数据，建立我国垂直应力、最大和最小水平主应力随埋深的分布变化图，研究其变化趋势，并与全球的回归结果进行对比；建立我国最大水平主应力与最小水平主应力之比随埋深的散点分布图，分析水平应力的差异性以及其沿埋深的变化规律；鉴于最大和最小水平主应力的差异大，尤其是在浅部，用最大水平主应力与垂直应力之比更能反映水平构造应力的作用，改进Hoek 和Brown用平均水平应力与垂直应力之比进行统计分析的方法和形式，建立我国最大水平主应力与垂直应力之比、最小水平主应力与垂直应力之比随埋深的散点分布图，并进行相应的回归分析。
上述统计分析系统总结我国大陆地区地应力场的分布规律，部分统计形式为新的尝试，可为中国地应力场的宏观分布特征研究及相关行业的工程建设提供参考。
关键词：岩石力学；中国大陆；地应力；分布规律；回归分析中图分类号：TU 45；P 642 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2007)10–2056–07RESEARCH ON DISTRIBUTION RULE OF SHALLOW CRUSTALGEOSTRESS IN CHINA MAINLANDJING Feng1，2，SHENG Qian1，ZHANG Yonghui1，LUO Chaowen1，LIU Yuankun2(1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering，Institute of Rock and Soil Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan，Hubei430071，China；2. Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of Ministry of Water Resources，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan，Hubei430010，China)Abstract：Through collecting the measured geostress data from about 400 drillings up to now in China mainland，450 groups of data with less local influence are selected. The trend of the vertical stress，the maximum and the minimum horizontal principal stresses with depth are established；and the results are compared with the world-wide corresponding regression analysis results. The dispersed point charts of ratios of the maximum and the minimum horizontal principal stresses varying with depth in China are established；and the change rules of the ratios with the depth are studied. As the difference between the maximum and the minimum horizontal principal stresses is great，especially in shallow positions，the ratios of the maximum horizontal stresses to the vertical stresses reflect the horizontal tectonic stress better than the average horizontal stress. The geostress statistic analysis method of Hoek and Brown，which uses the ratio of the average horizontal stress to the vertical stress to study the change rules of geostress with depth，is improved. The dispersed point charts of the ratio of the maximum horizontal stress to the vertical stress and the ratio of the minimum horizontal stress to the vertical stress with depth in China are established；and the corresponding regression analysis is also done. The distribution rules of geostress in China mainland is systematically summarized；some statistic forms are used firstly；and the research results can provide references to the study of macroscopic distribution characteristics of geostress in China收稿日期：2007–04–28；修回日期：2007–07–12基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412708)；国家自然科学基金资助项目(50579071)；中国科学院优秀博士论文科研启动基金资助项目作者简介：景锋(1974–)，男，1997年毕业于武汉理工大学资源与环境工程学院，现为博士研究生，主要从事岩石力学及工程安全监测和地应力测试等方面的研究工作。
地应力形成及分布规律1
不同地质成因岩石的地应力分布规律，及其与成因关系，还需进一步研究。
因此，通过收集我国的大量实测资料，利用统计方法研究不同岩性的地应力分布规律，可深化对地应力成因和影响因素的认识，对我国地质、水电和能源等行业的发展具有重要意义。
1、地应力成因及其分类1.1地应力的成因近儿十年来大量的实测资料表明，地应力是一个随着时空变化的具有相对稳定性的非均匀应力场，地球本身的各种运动过程是使地壳产生各种应力场的主要因素。
一个地应力的来源,可以概括为：山岩体自重引起的地应力;构造（板块）运动引起的地应力;地形地势引起的地应力;剥蚀引起的地应力;封闭应力，上述来源，经过回归后的成因分析,我们认为在工程地区岩体自重和构造运动是构成岩体地应力场的主要因素，山于二者的影响效应所起作用不同,这就决定了地应力场总的分布规律各异，地形（地势）可以引起山谷底部应力集中，造成水平应力大于垂直应力，并会改变最大主应力方向，但在整个地应力场中只起局部调整作用，即只影响局部地应力场的分布，而决不会影响整个地应力场的分布规律，剥蚀作用可以使垂直应力相应降低,水平应力保持不变;封闭应力可以产生“岩饼”、“岩爆”等现象，但这对整个地应力场来说都还是局部性的，不是形成地应力场的主要因素。
总之，地应力是指地层中存在的应力，即指未受工程干扰的天然应力，但从广义上讲，也包括由于工程施工破坏岩土平衡而产生的附加应力。
1.2地应力的分类由于研究的方法和訂的有所侧重，对地应力的分类有很多种。
根据形成因素和调整因素，地应力场可以分为：以岩体自重为主导的地应力场；以构造运动为主导的地应力场;调整因素形成的局部地应力场。
本文将地应力的分为重力应力和构造应力。
重力应力场:重力应力是最基本的，最简化的应力场。
它假定远古时期地面是无起伏的平地。
地应力场的应力符合：竖直应力；，，，ghv,,,gh,水平应力；（其中为泊松比），h,l,可以看出：垂直应力大于水平应力，在应力场中占优势;且垂直应力随深度增加而线性增加。
中国地应力场分布规律统计分析
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岩石力学与工程学报
2007 年
different properties in RAHVG curves. When the depth is more than 500 m，the RAHVG curve for the sedimentary rock is approaching to 1.0. For the magmatic rock in China，the values in the RAHVG curve are bigger than those of the other two types when the depth is less than 500 m，but smaller when the depth is more than 500 m. The measurement geostresses for the metamorphic rock are more dispersed than those for the other two types of rocks. The fitted regression curves are of importance for the numerical analysis of underground engineering. Key words：rock mechanics；geostress field；regression analysis；dispersed point chart；fitting curve
Chinese Academy of Sciences，Lanzhou，Gansu 730000，China)
Abstract：The initial geostress measurement results up to now in China are reviewed. Three typical results from the southern mountainous area in Fujian Province，Baka oilfield in Xinjiang autonomous region and No.2 mining area of Jinchuan nickel mine in Gansu Province are listed. The ratios of the average horizontal geostresses and the vertical geostresses(RAHVG) varying with depth are plotted in a dispersed point chart following the HoekBrown′s method. The regression curve and the maximum envelope curve as well as the minimum envelope curve for RAHVG are fitted in the dispersed point chart. Compared with the Hoek-Brown′ curve，when the depth is more than 1 200 m，the RAHVG are greater than that of Hoek and Brown. The maximum envelope curve for China is almost consistent with that of Hoek and Brown，but the minimum envelope curve for China shows smaller than Hoek-Brown′s minimum envelope curve. Furthermore，the dispersed point charts are plotted and the same type of the RAHVG curves is fitted for the rock types of the magmatic rock，sedimentary rock and metamorphic rock based on the initial geostress measurement results. The regression results of the three different rocks show the
第三章 地应力的工
主要内容： 第一节 地应力的种类 第二节 地应力场的分布和变化规律 第三节 地应力研究的工程意义 第四节 地应力工程地质研究的内容和方法
第一节 地应力的种类
1、基本概念 地壳岩体内的天然应力状态，是指未经人为扰动的，主 要是在重力场和构造应力场的综合作用下，有时也在岩体的 物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力状态， 常称为天然应力或初始应力。
由于泊松效应（即侧向膨胀）造成水平正应力σ h ，相当于三向应力 中的最小应力： ②构造应力
地壳运动在岩体内形成的应力称为构造应力。构造应力又可称为活动 构造应力和剩余构造应力。
活动构造应力，即狭义的地应力，是地壳内现在正在积累的能够导 致岩石变形和破裂的应力。
剩余的构造应力是古构造运动残留下来的应力。
或某些具有高塑性的沉积岩层，N=1，静水应力分布；
h 3
直，N>1或<1 （地壳深部）；
3、最大主压应力方向
各地最大主应力的发育呈明显的规律性。 各地的σ 1方向均与由各该点向我国的察隅和巴基斯 坦的伊斯兰堡联线所构成的夹角等分线方向相吻合或相
近似，仅在两侧边缘地带略有偏转，即东侧向顺时针偏
转，西侧向逆时针偏转。Fra bibliotek第三节 地应力研究的工程意义
地壳岩体的天然应力状态与人类的工程活动关系极 大，它不仅是决定区域稳定性的重要因素，而且往往对 各类建筑物的设计和施工造成直接的影响。实践表明， 在高应力区，地表、地下工程施工期间所进行的岩体开 挖工作，往往能在岩体内引起一系列与卸荷回弹和应力 释放相联系的变形和破坏现象，其结果是不仅会恶化地 基或边坡岩体的工程地质条件，而且作用的本身有时也 会对建筑物造成直接的危害。
地应力及其分布规律
地应力及其分布规律————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:ﻩ地应力及其分布规律1 、地应力的基本概念地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。
广义上也指地球体内的应力。
它包括由地热﹑重力﹑地球自转速度变化及其他因素产生的应力。
地应力是各种岩石开挖工程变形和破坏的根本作用力；是确定工程岩体力学属性,进行围岩稳定性分析，实现开挖设计和决策科学化的必要前提条件。
此外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具有重要意义。
２、地应力的成因产生地应力的原因是十分复杂的,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、岩浆浸入和地壳非均匀扩容等。
另外,温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的应力场。
其中，构造应力场和自重应力场为现今地应力场的主要组成部分。
当前的地应力状态主要由最近的一次构造运动所控制，但也与历史上的构造运动有关。
由于亿万年来,地球经历了无数次大大小小的构造运动，各次构造运动的应力场也经过多次的叠加、牵引和改造，另外,地应力场还受到其他多种因素的影响,造成地应力状态的复杂性和多变性,地应力成因之一:地幔热对流（图1、图２）地应力成因之一：板块边界受压（图3）地应力成因之一:岩浆浸入(图4)3、地应力的影响因素地壳深层岩体地应力分布复杂多变，造成这种现象的根本原因在于地应力的多来源性和多因素影响,但主要还是由岩体自重、地质构造运动和剥蚀决定。
1)岩体自重的影响岩体应力的大小等于其上覆岩体自重,研究表明：在地球深部的岩体的地应力分布基本一致。
但在初始地应力的研究中人们发现,岩体初始应力场的形成因素众多,剥蚀作用难以合理考虑,在常规的反演分析中,通常只考虑岩体自重和地质构造运动2)地形地貌和剥蚀作用对地应力的影响地形地貌对地应力的影响是复杂的,剥蚀作用对地应力也有显著的影响,剥蚀前，岩体内存在一定数量的垂直应力和水平应力，剥蚀后，垂直应力降低较多，但有一部分来不及释放，仍保留一部分应力数量，而水平应力却释放很少，基本上保留为原来的应力数量，这就导致了岩体内部存在着比现有地层厚度所引起的自重应力还要大很多的应力数值。
工程地质分析原理(教案电子版)
绪论一、工程地质地基本任务人类工程活动地质环境地相互作用研究对象：工程地质条件工程活动地地质环境工程地质学地基本任务：研究人类工程活动与地质环境（工程地质条件）之间地相互作用,以便正确评价、合理利用、有效改造和完善保护地质环境.二、工程地质分析地基本方法研究对象：工程地质问题：即：人类工程活动与地质环境相互制约地主要形式.例：区域稳定问题岩土体稳定问题围岩稳定问题地基稳定问题边坡稳定问题变形程度时间效应研究内容：工程地质问题产生地地质条件、形成机制、发展演化趋势研究方法：地质分析、地质模拟分析、实验分析、力学分析第一章地壳岩体结构地工程地质分析1.1 基本概念岩体：指与工程建设有关地那一部分地质体.它处于一定地地质环境中,被各种结构面所分割.注意：与岩石、岩块地区别.结构面：岩体中具有一定方向、力学强度相对（上下岩层）相对较低而延伸（或具一定厚度）地地质界面.结构体：由结构面分割、围成地岩石块体（相对完整）.岩体结构：由岩体中含有地不同结构面和结构体在空间地排列分布和组合状态所决定.（8类）.为什么要研究岩体结构.a. 结构面是岩体中力学强度相对较薄弱地部位,导致岩体地不连续性、不均一性和各面异性.b. 岩体结构特征对岩体地变形、破坏方式和强度特征起重要地控制作用.c. 在地表地岩体,其结构特征在很大程度上决定了外营力对岩体地改造程程.风化、地下水等.1.2 岩体结构地主要类型与特征1.2.1 结构面地主要类型及其特征从成因角度：原生结构面构造结构面表生结构面：层向错动、泥化夹层、表生夹泥1.2.2 岩体结构类型一、岩体分类a. 分类目地和原则目地：对工程地质条件优劣不同地岩体进行分类,便于深入评价岩体地工程地质性质和特征,以达到合理利用和有效治理地目地.b. 原则①差异性原则：不同类别地岩体地工程地质性质有明显地差异.②适用性原则：分类体系便于（工程）应用.③分类指标便于测定原则岩体分类地三大体系：①以岩石材料地力学性质指标为基础地分类.如Y轴抗压强度.②以岩体稳定性为基础地分类——专门性分类.如RMR、Q等.③以岩体结构为基础地分类.目前岩体分类地趋势：①考虑岩石地基本性质.（建造）②考虑岩体强度地改造.③考虑岩体所处地实际地质环境条件.二、岩体结构类型划分以中科院地质所方案为代表,重点考虑岩体地改造,并应用地质力学观点对岩体结构类型进行详细划分.这种分类方案首先考虑建造特征.分为块体（整体）状块状层状散体状——松散堆积其次考虑岩体地改造特征如完整地、块裂化地（或板裂化地）,碎裂化地散体化地.1.3 岩体原生结构特征地岩相分析原生结构体系对岩体地性能及其变形破坏起着重要地控制作用,因此对原生结构体系特征地研究显得极其重要.以河流沉积主要相模式地研究为例.一、河流沉积主要相模式及其工程地质特征a. 高弯度河流沉积相模式.河流特点：河床比降小、弯度大、水深但流态较稳定,单向环流.其沉积物分：底部滞留相（河床）；中部边滩相（粉砂岩）；顶部：天然堤相和洪积相（砂堤、决口肩、滨岸沼泽沉积等）特征：自下而上由粗变细岩体具软硬相间地互层状结构特征砂岩抗风化能力弱,自下而上强度由高变低顶部边滩相松散沉积物易发生砂土液化b. 瓣状河流沉积相模式（游荡型）河流特点：河谷纵坡降大,河床不稳定、弯度小、水浅、流态不稳定,具复杂环流特征.沉积物分：底部（滞留相）中部心滩相（上部,小型槽状交错层；下部,大型单斜交错层）顶部,边滩相、洪流相（细砂、中砂、泥岩,具水平层理或包卷层理）特征：具层状或块状结构特征滞留相岩泥岩砾石层成为主要软弱层顶部相不发育中部心滩相砂岩（砾岩）具较高地强度（抗风化能力强）二、岩体原生结构特征地亚相、微相分析a. 软弱夹层地亚相、微相分析河流相沉积中地软弱夹层按亚相、微相特征见表1-4.（P20）注意洪泛平原砂岩层与天然堤粉砂质泥岩层地展布特征.在亚相、微相分析中注意准同生变形作用.b. 砂岩体中原生结构面地微相分析流水沉积地层理类型与泥砂粒度、水流状态、水流强度相关.由此追溯和判断沉积环境和古水流特征.高弯度河流边滩相,下部为大型槽状交错层,向上递变为平行层理,小型波状交错层理,向上与堤岸相过渡.而瓣状河流则主要由大型楔状交错层理,楔型错层理、逆行沙波为特征.变质岩自己看.1.4 岩体构造结构特征地地质力学分析1.4.1 构造断裂地基本组合模式解决两大问题：区域构造稳定和岩体稳定性追溯应力演变历史根据现代构造地质学研究,构造断裂地形成,表现为两种或多种机制地组合.纵向上分为上层构造（表现为剪切或拉裂）、中层构造（表现为弯曲）和下层构造（表现为压扁、流动）一、聚合带（大型推服构造）按构造分类：厚皮构造、薄皮构造、接触扰动带a、厚皮构造带发育高角度逆冲断层.由中、下构造层地物质组成.以塑性、韧性变形破裂为主,并沿推覆方向逐渐减弱.后期叠加脆性破裂,沿推覆方向逐渐增强.b. 薄皮构造带以弯曲和剪切造成地浅部褶皱断裂为主,伴随表部地重力滑动构造——滑覆体.层间错动方式尤为突出.c. 接触振动带以地表条件地弯曲、剪切为主,形成正错叠瓦式断裂.二、裂谷带（伸展带）一般认为是区域隆起背景上以断陷谷为特征地大型复杂地堑系.a. 深部形成一系列拉张断裂或正断层.b. 盖层盖层随裂谷地扩展,在地幔中隆起轴附近形成受深部断裂控制地拉张断裂.或随裂谷地拉张,形成侧缘拉裂,不受深部断裂控制.三、走滑断裂主要发育于相对稳定地地块中,属拉性剪切破裂.地质力学对走滑断裂地研究较深入.插图现在地研究表明,最大主压应力在断层错动面附近发生偏转,偏转方向向错动方向.1.5 岩体结构特征地统计分析重点介绍路线精测法.迹线法和统计窗法、实习中已介绍.一、结构面现场测量和资料较正主要针对延伸数M或数十M结构面.方法：在掌子面上布置相互垂直地18条测线,组成测网.在网内,逐一测量每一条与测线相交地结构面位置、产状、延伸长度、张开度、充填情况、表面特征资料.实践证明,采用六条测线已能正确探明结构面地状况.资料较正：主要解决被测机率不等地问题.特别是与长子面交角较小地节理,被子测机会大大减小.资料校正分长度校正和方位校正.a. 长度校正以测线中最长线段L n 作为标准长度.,其它线段地应测结构面数量修改为：（按某组结构面进行校正）ns Sd d Sd d L L N N ⋅⋅='θθb. 方位校正 即调整到结构面组法线方向上来确定结构面地数量.)()(L d L Sd d Sd d S S Cos d Cos N N -⋅-'=⋅⋅θθθθ 二、岩体结构特征量化模式程序第二章 地壳岩体天然应力状态2.1 基本概念及研究意义天然应力：指未经人为扰动,主要是在重力场、构造应力场综合作用下,所形成地应力状态,亦称初始应力（物理、化学、变化,岩浆侵入等）由人为活动而引起地应力场变化原生应力.a. 自重应力场v N v h σσμμσ01=⋅-=亦有 V n σσ=b. 构造应力场 由地壳地构造运动所引起,活动地、剩余地.c. 变异应力与残余应力变异应力：为物理、化学变化及岩浆侵入形成地应力场.残余应力：岩体卸荷或部分卸荷所形成地拉压应力自相平衡地应力场.2.2 影响岩体天然应力状态地主要因素一、主要因素天然应力场地形成取决于地质条件和岩体所经历地地质历史.地质条件：岩性 R 、E 、μ岩体结构 不连续性、各向异性、应力集中地质历史：构造作用及其演变历史（主要因素）区域卸荷作用a. 构造作用分活动构造应力,即现今还在形成,累积地应力场.剩余构造应力,即地质历史时期构造作用形成地应力至今尚未完全卸除. 活动构造应力所形成地应力场,其最大主应力比较一致或呈规律变化而剩余应力则各地不一,比较杂乱.b. 区域卸荷作用指区域性地面剥蚀.例：岩体内 h h +0深度处地侵入岩应力场（静水应力状态）)(0h h r v h +==σσ经地面剥蚀后,剥蚀厚度为h .则 rh rh h h r v ==+=00)(σ001)(rh h h r v ⋅--+=μμσ)121(μμ--+=rh 水平应力与垂直应力地减小幅有很大不同.思考题：岩体卸荷过程中能否造成岩体破坏（设h σ>γσ）二、自由临空面附近地应力重分布以河谷为例：河谷下切,形成地表地自由临空面,由此引起临空面附近岩体卸荷回弹,形成临空面附近岩体内应力重分布.重分布应力大小和特点受原始地应力水平、岩性特征、临空面形态特征地影响.重分布应力地主要特征：①主应力方向在临空面附近发生明显变化最大重应力与临空面近于平行,而最小主应力与临空面近于垂直.②最大主应力由内向外逐渐增大,而最小主应力由内向外逐渐减小,至临空面上为零,甚至出现拉应力.③ 应力在坡脚附近显著增大.应力增大现象称应力集中.集中程度用应力集中系数表示.三、岩体切割面附近地残余应力效应由于岩体是由多种力学性质不同地材料（元件）组成,在加载条件和卸载条件下,不同力学性质地材料表现出不同地变形特征,以达到岩体内部应力和变形地总体平衡.特征：以达到岩体内部应力和变形地总体平衡.约束紧密地不同材料卸载地残余应力效应. 2.3 我国地应力场地空间分布随时间变化地一般规律2.3.1 我国地应力场地空间分布特点a. 各地地最大重应力方向呈明显规律性大致与察隅和伊斯兰堡连线地夹角平分线方向一致.仅伊斯兰堡外侧和察隅外侧不同.b. 三向应力状态与由此决定地现代构造活动呈规律分布.①潜在逆断型应力状态主重要分布于喜马拉雅山前缘一带.（与印度板块碰撞有关）1σ、2σ水平,3σ垂直②潜在走滑型应力状态区主要分布于中、西部广大地区.1σ、3σ水平 2σ垂直③潜在正断型和张剪性走滑型应力状态区,主要分布于西藏高原（正断型）、东北、华北地区,汾渭地堑（张剪走滑型）.2.3.2 断裂带附近局部构造应力集中作用a. 一般规律岩体受力变形时,其内所含地结构面会出现应力集中,使岩体内应力状态复杂化.易于发生应力集中地部位往往是裂隙、断裂地端点、交汇点、错裂段、拐点、锁固段、分支点等.b. 局部应力集中区与活动断层地关系上述应力集中地特殊部位往往形成与之相适应地构造带.局部压力集中区,形成局部隆起和挤压型构造,伴强震.反之,局部拉应力集中区形成拗陷和拉裂型构造,伴正断型地震.2.4 地应力随时间变化与地壳岩体应变速率地关系a. 地应力与应变速率地关系地壳岩体是粘弹性介质.伊腾等做地实验表明,当应力小于某临界值时,（不同材料地临界值不同）.变形初期,应力增高,但随时间推移,应力一旦达到某一极限值就会不再增长,而变形不断发展.前段表现出弹性介质特征,而后者表现出粘性特征.当应力大于临界值,则岩体表现弹性介质特征,直至破坏,断裂是岩体地薄弱环节,其变形较岩体更加容易.b. 地应力随时间变化地一般规律从以上规律可得出应力随时间变化地一般规律.在岩体中地应力大于临界应变速率地地区,应力随时间呈线性递增.在岩体地应力低于其临界应变速率,但高于断裂地临界应变速率时,岩体中应变速率递增到一定程度后将稳定在与临界应变速率相适应地应力水平,而断裂地应力所属于递增型.当岩体中地应变速率和断裂应变速率均低于断裂临界应变速率时,岩体中地应力和断裂带内地应力都在初期递增至一定水平后,将稳定在与岩体和断裂应变速率相适应地水平.2.4 地壳表层岩体应力状态地复杂性仅为经验总结,并无统一地认识.2.4.1 岩体应力地若干规律a. 垂直应力rh A v +=σ （岩体应力随深度增加,地表岩体卸荷尚未完成）b. 水平应力①各方向上应力水平各异,并非如μμσ-=1h ,最大值1h σ与最小值2h σ地关系为 2h σ=(0.5~0.75)1h σ,且相互正交,②水平应力随深度变化分三种情况即 h σ<rσ （重力型） h σ=rσ 少见（静水压力型）深部塑性区 h σ>rσ 多见（构造应力型）或卸荷作用 ③浅部应力与深部应力状态差异明显由于浅部河谷临空面地影响,使近地表岩体中应力无论量值还是方向均发生重大变化.其次由于应力变化梯度不同,使浅部应力状态与深部应力状态发生了变化.2.5 岩体应力场与区域应力场研究（主要研究方法）研究途径：①以地质、地貌方法研究构造应力场地演变历史和现今应力场地基本特征.（定性研究）②在此基础上进行应力场实测.③在应力实测基础上进行地应力场地数值模拟.2.5.1 地质、地貌研究一、构造应力场演变历史地研究可采用地质力学地研究方法（构造体系配套）配合断层错动机制地极射赤平投影方法.二、现今地应力基本特征研究主要采用震源机制解（新断裂网络地质地貌解读）三、应力累积条件和累积程度研究主要查明：a. 历史上各时期及当代地壳隆起地速度和高度.b. 应力集中条件和集中区地分布.c. 高地力区地标志地地质、地貌现象发育及分布.2.5.2 岩体地应力测定主要有：应力解除法、应力恢复法、水力压裂法等.Kaiser效应测量法2.5.3 区域地应力场地物理模拟及数值模拟第三章 岩体地变形与破坏3.1 基本概念及研究意义变形：岩体地宏观连续性无明显变化者. 破坏：岩体地宏观连续性已发生明显变化.岩体破坏地基本形式：（机制）剪切破坏和拉断（张性）破坏. 一、岩体破坏形式与受力状态地关系 岩体破坏形式与围岩大小有明显关系.注意：岩全破坏机制地转化随围压条件地变化而变化. 破坏机制转化地界限围压称破坏机制转化围压. 一般认为,1/5~1/4[σ]不可拉断转化为剪切. 1/3~2/3[σ]可由剪切转化为塑性破坏.有人认为（纳达）,可用2σ偏向1σ地程度来划分应力状态类型. 应力状态类型参数313122σσσσσα---=（＝1,即σ2＝σ1； ＝－1,即σ2＝σ3） 二、岩体破坏形式与岩体结构地关系 低围压条件下岩石三 轴实验表明. 坚硬地完整岩体主要表现为张性破坏.含软弱结构面地块状岩体,当结构面与最大主应力夹角合适时,则表现为沿结构面地剪切.碎裂岩体地破坏方式介于二者之间. 碎块状或散体状岩体主要为塑性破坏. 对第一种情况,某破坏判据已经介绍很多了.第二种情况,可采用三向应力状态莫尔圆图解简单判断. 三、岩体地强度特征单轴应力状态时,结构与1σ方向决定了岩体地破坏形式.复杂应力状态时,含一组结构面地岩体破坏形式与岩体性质、结构面产状,应力状态关系很大.3.2 岩体在加荷过程中地变形与破坏3.2.1 拉断破坏机制与过程一、拉应力条件下地拉断破坏当0331≤+σσ时,拉应力对岩石破坏起主导作用.t S -=][3σ二、压应力条件下地拉断破坏压应力条件下裂缝尖端拉应力集中最强地部位位于与主压应力是︒=40~30β地方向上,并逐渐向与1σ平行地方向扩展.当0331>+σσ时,破坏准则为：t S 8)/()(31231=+-σσσσ3σ=0时为单轴压拉断.3.2.2 剪切变形破坏机制与过程一、潜在剪切面剪断机制与过程 A ．滑移段 B ．锁固段进入稳定破裂阶段后,岩体内部应力状态变化复杂.产生一系列破裂. （1）拉张分支裂隙地形成,原理同前.（2）不稳定破裂阶段法向压碎带地形成,削弱锁固段岩石. （3）潜在剪切面贯通.剪胀,压碎带剪坏,锁固段变薄弱,最终全面贯通.剪切破坏过程中岩石销固段被各个击破,所以整个剪切过程中剪切位段具有脉动地特征.二、单剪应力条件下变形破坏机制与过程 即力偶作用于有一定厚度地剪切带中.这种应力条件下可出现地两种破坏,张性雁裂和压扭性雁裂.其中张性雁裂对软弱带地强度削弱最大.三、沿已有结构面剪切机制及过程（略）3.2.3 弯曲变表破坏机制与过程一、弯曲变形地基本形式按受力条件：横弯、纵弯.按约束条件：简支梁、外伸梁、悬臂梁. 梁弯曲时,轴受挤压,两翼受剪力作用→板梁滑脱 二、横弯条件下岩体地弯形与破坏 a. 轴部区 若以[]2)()()(2121213231σσσσσσσ-+-+-=,y σ代表岩石地曲服应力. 极梁弯曲变形分三个阶段. ①轻微隆起阶段弯曲初期.梁底中心两侧出现局部塑性破坏,顶部受拉,但尚未破坏.（H/D=1.8%）,H 上隆量.②强列隆起阶段随弯曲加剧,轴部顶、底均出现破坏区,并有上下贯通地趋势.H/D=7.8%. ③折断破坏阶段破坏进一步扩展,最终连通、折断破坏.（H/D=4.8%） b. 横弯滑脱滑脱可缓解轴部应力集中现象,亦可使翼部应变能释放.但可引起地震. 三、纵弯曲条件下岩体地变形与破坏 a. 极梁地屈曲地应力条件由经典欧拉公式,简支梁条件下,屈曲地纵向压力crN22l J E N cr ⋅=π 其中惯性矩J=bh 3/12 （矩形梁板时取单宽）则临界应力hb N L h lJ E N lr cr⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=22π 多层板梁组合情况（二层介质）,等厚3/12221623⎪⎭⎫ ⎝⎛=n E E J crn ：板梁层数弯曲段波长：3/121)6(2ηηπn h W d =b. 轴部地变形与破坏 亦可分为三个阶段：①轻微隆起阶段,顶部拉裂,底部出现剖面x节理.②强裂隆起阶段,顶部拉裂向纵深发展,底部x节理,护展层为中性层.③剪断破坏阶段,x节理与拉裂面贯通,或切断板梁形成逆冲断裂.大多数背斜符合纵弯模式.三、纵弯过程中地滑脱分两种形式：背斜式滑脱：轴部虚脱,翼部单剪式剪裂.向斜式滑脱：主要发生向临空面方向地滑脱,甚至核部挤出.（地面剥蚀）3.3 岩体在卸荷过程中地变形与破坏3.3.1 基本类型拉裂面：拉应力集中部位压致拉裂面：平行临空面地拉裂面剪裂面：层间剪切滑段基坑底板弯曲隆起等.3.3.2 差异性卸荷回弹造成地破裂一、张性破裂面a. 材料性质不同造成b. 应力历史不同造成颗粒受压变形,后期胶结,胶结物未经压缩,卸荷面导致颗粒与胶结物接触界面上地拉裂.裂纹之高部受压亦相同.二、剪切破裂以状岩芯为典型其本质也是差异性卸荷回弹,所不同地是其差异性卸荷回弹是由受限面引起地.3.3.3 卸荷造成地变形、破裂空间组合模式3.4动荷载（略）3.5 岩体变形破坏过程中地时间效应分两种类型：蠕变、松驰3.5.1 岩石变形时间效应介质模型经典地描述介质流变性能地本构模型为马克斯韦尔模型和开尔文模型.这种模型仅考虑了粘性和弹性性质,而没有考虑岩石介质地塑性性质.经过这些单元地不同组合,可形成各种各样岩体地流变本构模型. 岩体力学这已介绍.3.5.2 岩体地累进性破坏和加速蠕变累进性破坏,即应力变化不大,微裂及扩张地不断进行扩张、转移直至整体破坏.流变实验已经证实,只有应力水平达到或超过其长期强度,加速蠕变阶段才能出现（累进性破坏）.3.5.3 岩体变形破坏与应变速率地关系由马克斯韦尔模型来说明. 应变：t ET ⋅+=ησσε （)(t σσ=） 应变速率：=c t E T ⋅+=∙∙∙ησσε＋ησσηησ+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=∙t E 1当0=σ时,即=σ常数,==ησC 常数. 应为等速蠕变,岩体内应力保持不变. 当σ<0,则C <ησ,岩体松驰. 当σ>0,则C >ησ,岩体内应力有增加趋势,直至达到新地平衡. 由此看来,岩体变形过程存在一临界应变速率C 0.当C <C 0时,无加速蠕变.反之,当C >C 0时,加速蠕变,可导致岩体破坏可能. 当应变速率C 降低,岩体内应力将逐渐减小,松驰.3.5.4 粘滑和嵌入蠕变粘滑：指剪切破坏过程中,由于动、静摩擦角地差异或由于凸起体剪断、翻越,或由于转动磨擦中地翻转所造成地剪切位移突跃现象.粘滑现象可能与剪切上地凸起体嵌入蠕变机制有关. 嵌入时,静磨擦系数将提高. 结论：①按运动特征,沿结构面地滑移分稳滑和粘滑面种基本类型. 稳滑状态地产生条件：结构面平堤或有足够厚地夹泥. 匀速滑动②粘滑时释放地能量大小不仅与粘滑机制有关,对某一特定剪切滑移,停止活动承受法向应力时间愈长,则粘滑时释放地能量也就愈高.3.6 空隙水压力在岩体变形破坏中地作用一、有效应力原理在岩体中地适用性 完全适用注意：其对岩体强度地影响.c tg n +=φστe tg p n +-=φστμ)('显然,τ'<τ.即存在Pu 时,岩体强度降低. 二、空隙水压力变化对岩体变形破坏地影响Pu ↗,τ'↘.反之变然.空隙水压力变化原因： ①地下水补排条件变化（略） ②岩体受荷状态变化形成超孔隙水压力如地震,土力学介绍很多. ③岩体变形、破裂封闭水体,破裂形成使空隙水压力降低甚至形成负压,形成膨胀强化现象. 非封闭水体,破裂扩容超过地下水补给,亦可形成膨胀强化现象.“水击”现象.3.7 岩体变形、破坏地地质模式岩体变形地基本单元拉裂含压致拉裂脱性蠕滑剪切弯曲悬臂梁弯曲、纵、横弯剪流塑性流动上述各变形单元往往不是单独产生,往往相伴另外地变形单元,且互为因果地变形单元对变形、破坏起主导作用.基本组合地质模式：蠕滑—拉裂滑移—压致拉裂弯曲—拉裂塑流—拉裂滑移—弯曲第四章活断层地工程地质研究4.1 基本要领及研究意义活断层：目前还在持续活动,或在近期地质历史时期活动过,极可能在不远地将来重新活动地断层10000年以来活动过地断层称全新活动断层.活断层地活动特征：蠕滑、粘滑.意义（工程意义）：规避重大破坏性地震对建筑群地破坏,防止因活断层位错坏建筑物（无破坏性地震）.4.2 活断层地特性包括：活断层地类型活动方式规模错动速率及基本分级 活动周期 古地震事件4.2.1 活断层地类型和活动方式按构造应力状态,活断层可划分为三类： 走向滑动型（平移断层） 逆断层 正断层由于三类活断层地几何特征及运动特性各不相同,因而对工程场地地影响也不同.一、走向滑动断层应力状态为2σ垂直,1σ、3σ水平.特征：断层面倾向大（近于垂直） 断层地地表出露线平直 地貌上常形成陡直地断崖以水平运动为主,相对垂直升降量很小 分支断裂较少,断层带宽度小这类断层地水平错动量往往很大,因而易于识别,易于发生强震. 二、逆断层应力状态为3σ垂直,1σ、2σ水平.特征：断层地倾角较小,一般20－40o 之间,上盘上升引起上盘一侧地面隆升,下盘一般无地表变形,分支断层发育,主要产生在上盘. 断层面地地面出露线不平直,呈波状弯曲. 逆断层也是强烈发震断层. 三、正断层应力状态为1σ垂直,2σ、3σ水平. 特征：断层面倾角介于逆断层与平移断层之间,一般60~80º之间.上盘下降并发育分支断层近断层可以引发中强震.由于地应力场地复杂性,因此,实际发育地断层往往既有水平运动分量亦有垂直运动分量.因为形成走滑逆冲断层或走滑正断层等.。
第七章地温场、地压场、地应力场
第七章地温场、地压场、地应力场第七章地温场、地压场、地应力场与油气藏形成的关系第一节地温场与油气藏形成的关系地温场：某一瞬间地温的空间分布（或称：地热场）。
是地球内部的热能通过导热率不同的岩石在地壳上的显示。
地压场：地球内部的重力能通过岩石圈反映为地压场。
地应力场：在地球自转过程中，受向心力与离心力的作用，物质分异并转动，在地壳上呈现出挤压、剪切、拉张等性质各异的地应力场。
这“三场”相互之间彼此联系与影响。
正是“三场”的作用，地壳上形成海盆、湖盆等各种水域，才衍生出水动力场、化学场与生物场。
综合这些场的作用，在含油气盆地内才出现流体压力封存箱与油气系统等地质实体，后二者之间也互有联系和影响。
〈地温场与古地温研究〉一、地温场分带许多现象都说明，地内是热的，如温泉、火山喷出热物质、深井中的温度高等。
根据地内温度分布状况，可将地球分为三层：外热层：（变温带）地表附近，T受季节影响，随深度↑而T↓。
热源：太阳辐射能。
深15－30米。
如抚顺：30米；天津：35米。
常温层：（恒温带，深约20~130m），T=当地年平均气温。
地球内热与太阳幅射外热相互影响达平衡时形成的带，各地有异。
内热层：随Z↑，T有规律↑。
热源：地内放射能等。
T的高低主要受控于热流值、热导率及地层流体。
二、地温梯度：在地球内热层中，深度每增加100米地温所增加的度数，G T ），（或称：地热增温率），单位O C/10米100)(?--=hH T T G H T H ：H 深处地温℃；T ：年平均地表温度（＝恒温带温度）℃H ：恒温带深度，m 。
取得地下温度或地温梯度后，编绘等值线图，即可反映地温场的变化。
三、地球内部的热源地球内部的热能可能来自地核里的热源，包括：融熔岩浆、放射性元素蜕变、地热的辐射与对流、地壳变动时的颗粒摩擦热、以及渗透层内的放热化学反应等；后二者多为暂时的或局部的。
四、热的传导方式：热幅射、热传导、热对流热传导和热对流是沉积岩层的主要热传播方式。
重庆大学研究生入学考试《岩石力学》历年试题统计(最新版)
岩石力学历年考题(考研)一、名词解释1、矿物与岩石（2013，2018）矿物指由地质作用所形成的天然单质或化合物。
岩石是自然界各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物，是构成岩体的基本单元。
2、地质体与岩体（2013）岩石与岩体（2014）p75地质体是指地壳内占有一定的空间和有其固有成分，并可以与周围物质相区别的地质作用的产物。
岩体是指在一定的地质条件下，含有诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面的复杂地质体。
岩石的天然含水率：天然状态下岩石中的水的质量与岩石的烘干质量的比值。
岩石的比重：岩石固体部分的重量与4摄氏度时同体积纯水重量的比值。
5、岩体完整性（龟裂）系数（2013，2016，2017，2018）p110岩体完整性系数又称裂隙系数，为岩体与岩石的纵波速度平方之比，用来判断岩体中裂隙的发育程度。
(附上书上的公式）6、岩石（芯）质量指标RQD（2013，2014，2016，2017，2018）p119岩石质量指标（RQD）：将长度在10cm（含10cm）以上的岩芯累计长度占钻孔总长的百分比。
（附上书上公式）7、岩石的流变性（2013，2016，2019）与蠕变、松弛和弹性后效（2013）p198流变性：材料应力—应变曲线关系与时间因素有关的性质，包括蠕变、松弛和弹性后效。
蠕变：应力不变时，变形随时间增加而增长的现象。
松弛：应变不变，应力随时间增加而减小的现象。
弹性后效：加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。
8、岩石的透水性与渗透系数（2013）p29岩石的透水性：岩石能被水透过的性能。
透水性的大小可用渗透系数来衡量，它主要取决于岩石中孔隙的大小，方向及相互连通情况。
渗透系数：单位水力梯度下的单位流量，它表示岩体被水透过的难易程度。
9、（岩体）结构面的裂隙度和切割度（2013）p88-89岩体裂隙度:沿取样线方向单位长度上的节理数量。
切割度：岩体被节理割裂分离的程度。
10、岩石的抗冻性（2014,2018）p30岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的性能，通常用抗冻系数表示。
0. 地应力及岩体的结构面
（2）构造结构面
各类岩体在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、 节理、断层、层间错动面等。 节理面在走向延展及纵深发展上，其范围都是有限的，大 者一般不过上百米，小者仅有几厘米．张节理面一般粗糙，参 差不齐，宽窄不一，延展性较差，剪节理面一般平直光滑，延 展性相对较好，节理面上常见有擦痕和各种泥质薄膜，如高岭 石、绿泥石、滑石等，因此，剪节理面尽管接触紧密，但却易 于滑动。 断层面的规模相差比较悬殊，有的深切岩石圈几十公里， 有的仅限于地壳表层或只在地表数十米．但是，相对工程而言， 断层面一般是延展性较好的结构面．断层面(或帘)的物质成分 主要是构造岩，如断层泥、糜棱岩、角砾岩、压碎岩等．层间 错动带是在层状岩体中常见的一种构造结构面，其产状一般与 岩层一致。 延展性较好，结构面中的物质，因受构造错动的影响，多 呈破碎状、鳞片状，且含泥质物。
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思考题
地应力与地震的关系
地震是地应力释放时的一种表现形式，地应力在逐渐的聚集 之后突然释放，使活断层错断而产生地震。
地震发生以后使地应力达到一个新的平衡。活断层重新开始 能量的聚集。
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第二节 岩体的结构面
一、 基本概念
二、 结构面的类型
三、 结构面分级及其特性 四、 岩体的结构 五、 岩体的工程分类
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第一节 岩体赋存的应力环境
二 、地应力状态
1.根据侧压力系数 K划分岩体应力状态如下表：
K= σx / σz ; 其中：σx为水平方向主应力； σz为垂直方向主应力;
2.分布:
• 自重应力不受构造运动影响;多次构造运动存在残余构造运动,但 以最新构造运动体系为主;构造线(面)为最大主应力走向.
2.地应力场：
• 地壳中地应力呈有规律展布的空间.
1 第三章 地应力描述
二、构造对地应力的影响规律
12. 断层周围产生应力集中，使断层附加应力分布发生较大改变
每条断层不仅影响各自周围的应力分布，而且彼此还互相影
响。断层汇交的方式对断层周围的应力有较大影响，断层汇而不 交的地区和端点附近应力值较高，同时应力的大小及方向变化较 大。
二、构造对地应力的影响规律
13. 断层有使最大水平地应力方向垂直于断层走向的趋势
主应力是水平方向的。
实测垂直应力随深度的变化
一、三个主应力的值与方向规律 2. 垂向应力随深度的变化线性增大
• 垂向应力一般与上覆岩层重量近似相等， 并且是线性增大的，尤其是在沉积岩中。
• 在有的地区上覆岩层重量小于最小水平 地应力，但所形成的水力压裂裂缝形态 为垂直缝，反映出垂向应力大于最小水 平地应力，也就是说，垂向应力大于上 覆岩层的重量。这可能与地表剥蚀过程 中，上部硬岩层形成所谓的“压力拱”， 使得下部地层垂向载荷松驰减慢所致。 • 但这不是普遍现象，尤其是对东部地区 按上覆岩层重量计算垂向应力基本上符 合实际情况。
三轴压缩条件下的岩石变形特征
如图所示的大理岩，在围压为 零或较低的情况下，岩石呈脆性状 态；当围压增大至50MPa时，岩石显 示出由脆性到塑性转化的过渡状态：
把岩石由脆性转化为塑性的临界围 压称为转化压力。
围压增加到68.5MPa时，呈现出
塑性流动状态；围压增至165MPa时, 试件承载力则随围压稳定增长，出 现所谓应变硬化现象。
第一节 地应力的形成
由于地壳内垂向上所具有 的自由性，垂向构造力及倾斜 构造力的垂向分量不会遇到抵 抗，只能引起岩体及其上覆物 的升降和地表的剥蚀、沉积， 只有水平构造力和构造力的水 平分量才会在岩体内部产生应 力。因此，构造应力的垂向主 应力为零，只有两个水平主应 力有数值，所以属于水平的平 面应力状态。