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。