第6章岩体中天然应力new

水平应力具有强烈的各向异性，即h1≠ h2 ， 我国华北hmin/ hmax≈0.2-0.8，华南hmin/ hmax≈0.3-0.75 。
原 因a.岩体各向异性;b.构造运动的方向性;
水平天然应力以压应力为主，仅在一些裂谷区、 地堑区出现拉应力，且是以一向压，一向拉多 见。另外在地表卸荷带影响区，也可能出现水 平应力为拉应力的现象。
①世界上 : 1878年海姆提出天然应力 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
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：
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）。
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第 4、天然应力比值系数与深度z 的关系
六 定义：天然水平应力与铅直应力的比值为天 章 然应力比值系数()，它随深度增加而减小。
应岩 力体
中 的 天 然
(0.3 100) hav (0.5 1500)
z
z
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第 六 章
应岩 力体
中 的 天 然
第 六 章
应岩 力体
中 的 天 然
2、铅直应力 （V）
上覆岩体自重
V 2.7gh
V多为压应力 V多为最小主应
力，少数为中间 主应力与最大主 应力
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应岩 力体
中 的 天 然
3、 水平应力（ h）
岩体中天然应力常以水平应力为主，即h> v， 特别是 hmax> v ,据统计资料： h/v ≈0.8-3.0 ，说明岩体中水平天然应力主要受 地区现代构造应力场的控制;
地质构造简单、地层平缓、当地侵蚀基准面
应岩 力体
中 的 天 然
(1)均质各向同性岩体
V
h1
gz h2
1
V
z
A ·h
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应岩 力体
中 的 天 然
(2)水平层状岩体
V
n i 1
i gzi
h1
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应岩 力体
中 的 天 然
6、高天然应力 标志
– 开挖洞室时，常产生岩爆、剥离； – 收敛变形大，使开挖断面变小； – 软弱夹层内的物质被挤出，节理闭合； – 饼状岩心； – 水下开挖无水渗出。
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应岩 力体
中 的 天 然
7、影响天然应力的因素
(1)地形起伏 a.水平应力向负地形集中，向正地形释放 b.在斜坡附近，应力方向发生偏转
(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。
++++++
++++++
++++++
天然应力
∧
→ ←
↓↑
∧
→ ←
↓↑
重分布应力
相对于第2洞 室的天然应力
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应岩 力体
中 的 天 然
2、天然应力的组成及起源
(1)组成：
•岩体自重→自重应力 •构造运动→构造应力
第六章 岩体中的天然应力
§6.1 概 述 §6.2 岩体天然应力的分布规律 §6.3 岩体天然应力的测量 §6.4 岩体天然应力的估算 §6.5 岩体天然应力场的回归分析 §6.6 高地应力区的若干特征
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第 六 章
岩 力体
中 的 天 然 应
§6.1 概 述
1、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。
h
+ + +
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++++
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应岩 力体
中 的 天 然
(2)地表剥蚀
gz0
原地面
h 0 0gz0
剥蚀
0 h
z0
z
现地面
' gz0 gz
'
z
g(z0 z) gz h' 0 gz
1
· h
o
· h'
g ( 0 z 0
1
z)
g
0( z
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第 六 章 然 应岩 力体 中 的 天
(2)研究意义 • ① 区域稳定 • ② 地下洞室稳定 • ③ 边坡稳定 • ④ 地基岩体稳定
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第 §6.2 岩体天然应力的分布规律
六 1、 分区性（以中国为例） 章
应岩 力体
中 的 天 然
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： N第N6E章-岩S体S中W天然为应力主ne，w 东：近E-W。
V h1
gh
h2
1 V
•流体作用→渗流应力 p wg(h z)
•其它（地温、地球化学作用等）
(2)起源（主要指构造运动的起源）：
• 板块运动
• 地幔热对流
拉张区 挤压区
• 地球自转速度变化
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第 六 章
应岩 力体
中 的 天 然
3、天然应力的研究历史与研究意义 (1)研究历史
(5)地下水
产生渗流应力
(6)地温
产生温度应力
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第 六 章
Fra Baidu bibliotek应岩 力体
中 的 天 然
§6.3 岩体天然应力的测量
天然 应力 确定 方法
自重应力理论
天然应力测量 大地水准测量
地变形量测
三角网测量
GPS测量 地震震源机制解
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第 1、根据自重应力理论确定岩体中的天 六 然应力 章
z)
1
z
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应岩 力体
中 的 天 然
h'
g 0(z
z)
1
z
'
gz
001zz
该式说明：剥蚀后，岩体中一点 增大了， 当△Z大到一定值时，必有>1的情况出现。
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第 六 (3)结构面 章
……
1
…
应岩 力体
中 的 天 然
(4)岩体性质
硬岩往往可积累较高的应力，而软岩则相反
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应岩 力体
中 的 天 然
❖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。
•西南： •印度板块向NNE挤 压（5mm/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 •1迹线：N-NE- 第6章岩体中天然应力new
5、主应力与水平面的关系
据主应力与水平面的关系，可划分为：
水平应力场— 两个应力轴近水平，或与水 平面夹角很小，另一应力轴近铅直，三个应 力轴与空间坐标一致，我国大陆范围内属这 种应力场;
非水平应力场—水平应力与水平面夹45° 左右，另一轴与水平面夹0~45 °左右，分 布于板块边缘。
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