地应力及其原理
第四章-地应力及其原理(2016
1 //
E // E
z
岩体自重应力的特点： （a）水平应力σx、σy小于垂直应力σz ； （b） σx、σy、σz均为压应力； （c） σz只与岩体容重和深度有关，而 σx、
σy还同时与岩体弹性常数E、μ有关； （d）结构面影响岩体自重应力分布。
• 4.4. 地应力的成因
• 产生地应力的原因是十分复杂的，至今也不是十分清楚。 • 近30多年来的实测和理论分析表明，地应力的形成主要
计算中最基础的原始资料。
• 4.3 地应力的成因 • 1）海姆假设： • 在前言中我们已经介绍过，人们认识地应力还只是近
百年的事，1878年瑞士的地质科学家海姆（A.Heim）在 大型越岭隧道的施工过程中，通过观察与分析，首次提 出了地应力的概念，
• 1）海姆假设： • 假设地应力是静水应力状态，即地壳中任意一点的应力在各
体，得出水平应力总归小于铅垂应力的结论）， • 认为这个测压系数等于 ，即：
• 式中： —上覆盖岩层的泊松比，岩石的泊松比的常值范围
为0.15~0.30。
1
v
H , h
1
H
• 此时，当 0.5 时，h v ，H即海姆假说只是金尼克假
说的一个特例。
• 同期的其他一些人主要关心的也是如何用一些数学公 式来定量地计算地应力的大小，并且也都认为地应力只 与重力有关，即以垂直应力为主，他们不同点只在于测 压系数的不同。
由地心引力引起的应力场
垂直应力：
G H
—平均容重，KN/m3
H—总深度（m）
图 岩体自重垂直应力
• （4）岩浆侵入引起的应力场 • 岩浆侵入挤压、冷凝收缩和成岩过程，由于不同的
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地应力什么是地应力？地应力（Geostress）指的是地球内部的应力状态。
地应力影响着地下岩石的变形和破裂，对地下工程和地震活动有重要影响。
地应力的研究对于地质灾害的预测和工程设计具有重要意义。
地应力的成因地应力的形成和分布受多种因素影响，主要包括地壳运动、地质构造变形和岩石的物理性质。
地壳运动地壳运动是地应力形成的基础。
地壳运动引起了岩石的变形和应力的积累。
常见的地壳运动包括板块运动、地震和火山活动。
这些地壳运动导致了应力在岩石体内的传递和积累，形成了地应力。
地质构造变形地质构造变形是地应力形成的重要原因。
地球内部存在着各种各样的构造，如断裂带、褶皱带、剪切带等。
这些构造的形成和变形会导致地应力的分布和变化。
地质构造变形的程度和方式对地应力的大小和方向有着重要影响。
岩石的物理性质岩石的物理性质对地应力的形成和传递也有重要影响。
岩石的弹性模量、剪切模量和泊松比等物理参数决定了岩石的应力特性。
不同的岩石类型具有不同的物理性质，因此地应力的大小和方向也会有所不同。
地应力的测量方法为了研究地应力，科学家们发展了多种地应力测量方法。
下面介绍几种常见的地应力测量方法：岩石力学试验岩石力学试验是直接测定地应力的一种常用方法。
通过测定岩石样品在不同应力下的变形情况，可以推断出地应力的分布和大小。
这是一种比较准确的地应力测量方法，但需要进行大量的实验工作。
岩石应力释放法岩石应力释放法是通过测量岩石体内的应力释放情况来推断地应力的方法。
通过测量岩石样品在加载和卸载过程中的变形情况，可以推算出地应力的大小和方向。
这种方法适用于室内实验和野外观测。
地震测井法地震测井法使用地震波测量地下的地应力。
通过检测地震波在岩石体内的传播速度和方向变化，可以推断出地应力的分布和大小。
这种方法适用于地下深部地应力的研究。
地应力的应用地应力的研究对于地质灾害的预测和工程设计具有重要意义。
以下是地应力应用的几个方面：地下工程地下工程是地应力的主要应用领域之一。
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❖在20世纪50年代，瑞典人哈斯特(Hast)采用应力解 除法和压磁变形计在现场进行了大规模的地应力测量。 1958年首次公布了他于1952-1953年在瑞典拉伊斯瓦 尔(Laiswall)铅矿和斯堪的纳维亚半岛四个矿区的地 应力测量结果，首次测得近地表地层中的水平应力高 于垂直应力，引起了人们的关注。
3 地应力及其测量原理
3.1 概 述
3.1.1 地应力概念
a 地层未受到扰动时，存 在于地层内各点的应力称为 原岩应力，或称为原始应力， 或称为初始地应力（in situ stress）。它是地下工程围 岩变形、破坏、支护结构受 力的根本渊源。
1
b 当地层被开挖 后，存在于开挖空间 周围岩体中重新分布 的应力称为次生应力， 也叫诱发应力 （induced stress）。
而主要在0.25~0.43之间。
11
3.2.2 构造应力
1 古构造应力：是地质史上由于构造运动残 留于岩体内部的应力，也称为构造残余应力。
2 新构造运动应力是现今正在形成某种构造 体系和构造型式的应力，也是导致当今地震和 最新地壳变形的应力。
3 封闭应力是在各种地质因素长期作用下 残存于结构内部的应力。
❖地应力实测工作从上个世纪60年代初开始， 1962~1964年在三峡平善坝坝址获得了岩体表面应力 测量成果。
❖1964年，在陈宗基院士的带领下，中国科学院武汉
岩土力学研究所在湖北大冶铁矿进行了国内首次应力
解除测量，测量深度为80m。
5ห้องสมุดไป่ตู้
❖1966年开展了地应力对地震预报的研究，并在河北 省隆尧县建立了我国第一个地应力观测台站，
2
3.1.2 地应力研究国内外情况
1 国外发展情况
地应力及其测量原理
0 σθ1 = −σx + 3σ0 y 0 τ τ zθ1 = −2 yz 0 0 σz2 = 2µ(σx −σ0 ) +σz y
π
(
)
设第i个测点三个方向应变片读数分别 设第 个测点三个方向应变片读数分别 为：εAi、εBi、εCi
E εAi +εBi εAi −εBi σzi = + 2 1− µ 1+ µ
（ 4） 地质构造面与地应力方向关系 ， 一般在水平面 ） 地质构造面与地应力方向关系， 最大主应力的方向常垂直于构造线。 内，最大主应力的方向常垂直于构造线。 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。 地形地貌对地应力的影响是复杂的。
剥蚀可以造成巨大的水平应力。 剥蚀可以造成巨大的水平应力。由构造作用与由 剥蚀作用产生的水平应力的主要区别在于， 剥蚀作用产生的水平应力的主要区别在于，由构造作 用产生的水平应力具有明显的方向性； 用产生的水平应力具有明显的方向性；而由剥蚀产生 的水平应力，按海姆假设条件，不具方向性。 的水平应力，按海姆假设条件，不具方向性。
3.2 地应力的构成及影响因素
力 力 重 应 构 残 应 古 造 余 力 原 应 构 应 新 造 力 岩 力 造 力 构 应 封 应 闭 力 温 应 度 力
3.2.1 自重应力 由地壳岩层的重量引起。 由地壳岩层的重量引起。
x
γ 1 H1 γ 2H2
x
原岩应力与次生应力
1905-1912瑞士地质学者海姆（Heim） 瑞士地质学者海姆（ 瑞士地质学者海姆 ）
σx =σy =σz
1925-1926金尼克 金尼克
σx =σy = λσz
声发射测量地应力的原理及方法
声发射测量地应力的原理及方法一、声发射测量地应力的原理。
1.1 基本概念。
地应力呢，就是存在于地壳中的应力。
这就好比是大地内部有一股隐藏的力量，在默默地影响着周围的一切。
声发射呢，简单来说就是材料在受到应力作用时，内部会释放出弹性波的现象。
这就像是材料在压力下发出的“小抱怨”，不过这个“小抱怨”可是能被我们捕捉到的。
1.2 原理阐述。
当岩石等地质材料受到地应力的作用时，内部结构会发生变化，就像你用力挤压一个东西，它里面的结构会变形一样。
这种结构变化会导致声发射现象的产生。
而且呀，地应力越大，声发射的活动往往就越频繁、强度也可能越大。
这就好比人压力越大，可能抱怨得就越厉害。
我们就是通过检测声发射的这些特征，像频率啊、强度之类的，来反推地应力的大小和方向。
这就像是从一个人的抱怨声中判断他到底承受了多大的压力以及压力来自哪个方向。
二、声发射测量地应力的方法。
2.1 传感器布置。
首先得把声发射传感器布置好。
这就像在战场上布置侦察兵一样，要选择合适的位置。
传感器要放在能准确接收到声发射信号的地方。
不能随随便便乱放，要是放得不好，就像侦察兵站错了岗，那可就获取不到准确的情报了。
一般呢，会根据地质结构的特点、测量的目的等来确定传感器的布置方式。
有时候可能是在岩石表面均匀分布，有时候可能要针对某个特定的区域重点布置，这得具体情况具体分析，不能“一刀切”。
2.2 信号采集。
传感器布置好了之后，就要采集声发射信号了。
这个过程得小心翼翼的，就像在收集宝贝一样。
采集到的信号可能会有很多干扰因素，就像在嘈杂的市场里听人说话，得把那些杂音去掉，才能听到真正有用的信息。
这就需要采用一些滤波等技术手段，把那些无关的信号过滤掉，只留下与地应力相关的声发射信号。
2.3 数据分析。
采集到信号之后，就是数据分析了。
这可是个技术活，就像侦探分析线索一样。
要从采集到的声发射信号中分析出频率、强度、波形等特征。
然后根据这些特征，运用相关的理论和经验公式，来计算地应力的大小和方向。
3地应力及其测量原理解析
3地应力及其测量原理解析地应力是指地球内部岩石受到的力。
地应力是大地构造活动的重要因素，它对岩石变形、断裂产生重要影响。
了解地应力的分布及其大小对地质灾害预测和地下工程设计具有重要意义。
本文将探讨地应力及其测量原理。
地球内部的岩石受到的力主要有三个方向的应力，即水平应力、垂直应力和剪切应力。
水平应力是指岩石受到的平行于地表面的力，可以分为水平主应力和水平次应力。
垂直应力是指岩石受到的垂直于地表面的力，也称为垂向应力或竖向应力。
剪切应力是指岩石受到的平行于地表面的剪切力，它是水平主应力和水平次应力的合成力。
测量地应力的方法有很多种，常见的方法有直接法、间接法和综合法。
直接法是指在地下开展实地观测和实验，测量地应力的大小和分布。
这种方法需要精密的仪器设备和专业的人员，成本较高。
直接法主要有压力封、应力计和杨氏圆及其变形规律三类。
压力封是将传感器封装在地下岩石中，通过监测传感器的变形来获得地应力信息。
应力计是一种用于测量地应力的仪器，它通过应用压力给传感器的晶体，在晶体上产生电压信号来测量地应力的大小。
杨氏圆及其变形规律是一种通过岩石的弹性性质和材料参数来推导地应力的方法，它主要通过岩石的横向应变和纵向应变的关系来计算地应力的大小。
间接法是指通过间接测量来推断地应力的大小和分布。
这种方法通过测量岩石的应力释放和地震活动来判断地应力的情况。
间接法主要有岩层位移法、地震法和微观破裂法。
岩层位移法是通过测量岩层的位移来推断地应力，它主要通过岩石剪切带和断层的破碎及位移来判断地应力的大小。
地震法是通过测量地震波的传播速度和波峰时间来推断地应力的情况，它主要通过地震波在地下传播的路径和速度来判断地应力的方向和大小。
微观破裂法是通过观察岩石微观裂纹和破碎情况来推断地应力的大小和方向，它主要通过观测岩石的细微结构和断口来判断地应力的情况。
综合法是指将直接法和间接法相结合来测量地应力。
这种方法利用不同的测量技术和方法相互补充，可以提高地应力的准确性和可靠性。
地应力及其分布规律
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。
地应力知识
地应力知识简介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。
随着水利水电、矿山、交通与城建等边坡、洞室及深基坑等事故的明显增加从而使人们对地应力引起较为广泛的注意与重视，所以，地应力研究不但具有重要的实际意义，而且具有重要的理论意义。
一地应力的成因产生地应力的原因是十分复杂的，也是至今尚不十分清楚的问题。
30多年来的实测和理论分析表明，地应力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、岩浆侵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等也可引起相应的应力场，其中，构造应力场和重力应力场是现今地应力场的主要组成部分。
1大陆板块边界受压引起的应力场以中国大陆板块为例，由于受到印度板块和太平洋板块的推挤，推挤速度为每年数厘米，同时受到西伯利亚板块和菲律宾板块的约束。
在这样的边界条件下，包括发生变形，产生水平受压应力场。
2地幔热对流引起的应力场由硅镁质组成的地幔因温度很高，具有可塑性，并可以上下对流和蠕动。
地幔热对流引起地壳下面的水平切向应力，在亚洲形成由孟加拉湾一直延伸到贝加尔湖的最低重力槽。
3由地心引力引起的应力场（也称为重力场）重力场，是各种应力场中唯一能够计算的应力场。
重力应力为垂直方向应力，是地壳中所有各点垂直应力的主要组成部分，但是垂直应力一般并不完全等于自重应力，因为板块移动、岩浆对流和侵入、岩体非均匀扩容、温度不均和水压梯度均会引起垂直方向应力变化。
4岩浆侵入引起的应力场岩浆侵入挤压、冷凝收缩和成岩，均在周围底层中产生相应的应力场，其过程也是相当复杂。
熔融状态的岩浆处于静水压力状态，对其周围施加的是各个方向相等均匀压力，但是热的岩浆侵入后逐渐冷凝收缩，并从接触面界面逐渐向内部发展，不同的热膨胀系数及热力学过程会使侵入岩浆自身及其周围岩体应力产生复杂的变化过程。
岩浆侵入引起的应力场是一种局部应力场。
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▪ 因此，重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因， ▪ 地应力的大小和方向不可能通过数学计算或模型分析的方法来获得，要了解一个地区的地
应力状态，唯一的方法就是进行地应力测量。
▪ 6.2 地应力的成因 ▪ 产生地应力的原因是十分复杂的，至今也不是十分清楚。 ▪ 近30多年来的实测和理论分析表明，地应力的形成主要与地球的各种运动过程密切相关，
▪ 2、金尼克假设 ▪ 1926年，原苏联学者金尼克修正了海姆的静水压力假设， ▪ 他认为地壳中各点的垂直应力等于上覆盖岩层的重量， ▪ 而侧向应力（水平应力）是泊松效应的结果，其值应为 乘以一个修正系数。
H
▪ 2、金尼克假设 ▪ 金尼克根据弹性理论（假定岩体是均匀的、连续的弹性介质体，得出水平应力总归小于铅垂应力的结
始动力， ▪ 是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析，实现岩石工程开挖设计和决策的必要前提条件。
▪ 6.1.2 地应力的特点及其重要性 ▪ 为了对各种岩石工程进行科学合理的开挖设计和施工，就必须对影响工程稳定性的各种因素进行
充分调查，
▪ 只有详细了解了这些工程影响因素，通过定量计算和分析，才能做出既经济又安全实用的工程设 计。
此外，地震活跃地区，初始应力大小和ห้องสมุดไป่ตู้向还随时间而变化。
▪ 6.3 地应力的变化规律 ▪ 通过理论、地质调查和大量的地应力测量资料的分析与研究，已初步认识到浅部地壳应力分布的一些基
本规律：
▪ （1）地应力是个相对稳定的非稳定应力场，它是时间和空间的函数。 ▪ 地应力在绝大部分地区是以水平应力为主的三向不等压应力场。三个主应力的大小和方向是随着时间和
▪ 实测资料表明，在绝大多数地区均有两个主应力位于水平或接近水平的平面内，其与水平面的夹角一般 不大于30°，最大水平主应力普遍大于垂直应力，它们的比值一般在0.5～5.5之间，在很多情况下比值 大于2。
▪ 垂直应力在大多数情况下为最小主应力，在少数情况下为中间主应力，只在个别情况下为最大主应力。 这再次说明，水平方向的构造运动对地壳浅层地应力的形成起控制作用。
论）， ▪ 认为这个测压系数等于 ，即：
▪ 式中： —上覆盖岩层的泊松比，岩石的泊松比的常值范围为0.15~0.30。
1
v H,h 1H
▪ ▪
此同期时的，当其他一些时人，主要关心，0的即.5也海是姆如假何说用只一是些h金数尼学克v公假式说H 来的定一量个地特计例算。地应力的大小，并且也都认
为地应力只与重力有关，即以垂直应力为主，他们不同点只在于测压系数的不同。
▪ （3）由地心引力引起的应力场 ▪ 由地心引力引起的应力场称为重力应力场，重力应力场是各种应力场中唯一能够计算的应力场。 ▪ 重力应力为垂直方向应力，它是地壳中所有各点垂直应力的主要组成部分， ▪ 但垂直应力一般并不完全等于自重应力，因为板块移动、岩浆对流和侵入、岩体非均匀扩容、温度不均
和水压梯度等，均会引起垂直方向应力的变化。
地应力及其原理
第六章 地应力及其测量
学习指导： ➢ 主要介绍岩石的初始应力概念，包括自重应力和构造应力，初始应力的量测方法及原理，扁千斤顶法
和应力解除法等。 重点
▪ 岩体的初始应力概念 ▪ 岩体初始应力的测量方法
▪ 6 地应力及其测量 ▪ 6.1概述 ▪ 6.1.1 基本概念 ▪ 地应力：系指天然环境下地壳岩土体内某一点所固有的应力状态，即未受人工开挖扰动的应力，称为地
小结
c 地应力分布理论：
1）海姆假设：（首次提出了地应力的概念，静水压力假设）
海姆假说：在岩体深处的初始垂直应力与其上覆岩体的重量成正比，而水平应力大致与垂直应力相等。
2）金尼克假设：（弹性力学假设）
H ，
v 为上覆岩层的柏松比。
修正了海姆的静水压力假设，认为地壳中垂直应h力等于上v覆岩层重量，而水平应力是泊松效应的结果。
空间而变化的，因而它是一个非稳定的应力场，
▪ 6.3 地应力的变化规律 ▪ （1）地应力是个相对稳定的非稳定应力场，它是时间和空间的函数。 ▪ 从小范围来看，它在空间上的变化是比较明显的，但就某个地区整体而言，其变化并不大。 ▪ 在某些地震活跃地区，地应力的大小和方向随时间的变化是很明显的，地震前，应力处于累积阶段，
应力值不断升高，而地震时使集中应力得到释放，应力值大幅度下降，要过一段时间后才能恢复到震 前状态。
▪ （2）实测铅垂应力基本等于上覆岩层重量 ▪ 对全世界实测统计资料的分析表明，在深度为25～2700m的范围内，垂直应力呈线性增长，大致符合海
姆的假设规律， ▪ 但在某些地区的测量结果有一定的偏差，这些偏差除测量误差外，板块移动、岩浆运动和不均匀膨胀、
3) 岩石工程数值分析方法计算分析的必要前提条件 4)地应力应用领域广泛。
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。
▪ 6.1.2 地应力的特点及其重要性 ▪ 地应力是引起采矿、水利水电、土木建筑和其他各种地下工程或露天岩石开挖工程变形和破坏的原
▪ 6.2地应力的成因 ▪ 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、岩浆侵入和地球非均匀扩容等。
▪ 另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可以引起相应的应力场。下面就几种主 要成因进行分述：
▪ （1）大陆板块边界受压引起的应力场 ▪ 中国大陆板块受到外部印度洋板块和太平洋板块两板块的挤压，推挤速度为每年数厘米，同时还受到西
c 地应力分布理论：
3）李四光：在构造应力的作用仅影响地壳上层一定厚度的情况下，水平应力分量的重要性远远超过垂 直应力分量。
4）哈斯特：地应力测量发现存在于地壳上部的最大主应力几乎处处是水平或接近水平的，从根本上动 摇了地应力是静水压力的理论和以垂直应力为主的观点。
5）近期研究：重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因，其中尤以水平方向的构造运动对地应力 的形成影响最大。当前的应力状态主要由最近一次的构造运动所控制，但也与历史上的构造运动有 关。
▪ 6.1.3关于地应力的古典假设 ▪ 1、海姆假设： ▪ 在前言中我们已经介绍过，人们认识地应力还只是近百年的事，1912年瑞士的地质科学家海姆
（A.Heim）在大型越岭隧道的施工过程中，通过观察与分析，首次提出了地应力的概念，
▪ 6.1.3关于地应力的古典假设 ▪ 1、海姆假设： ▪ 假设地应力是静水应力状态，即地壳中任意一点的应力在各个方向上均相等，并且等于单位面积上覆盖
伯利亚板块和菲律宾板块的约束
▪我国大陆板块发生变形，产生水 平压应力场，其主应力迹线如图41所示。
（2）地幔热对流引起的应力场
由硅镁组成的地幔因温度很高，具有可塑性，并可以上 下对流和蠕动。当地幔深处的上升流到达地幔顶部时， 就分为两股方向相反的平流，经一定流程直到与令一对 流圈的反向平流相遇，一起转为下降流回到地球深处， 形成封闭的循环体系。地幔热对流引起地壳下面的水平 切向力。
扩容等都会产生垂直应力异常。 ▪ 图4-2是霍克（E.Hoek）和布朗（E.T.Brown）总结出来的世界各国值随深度H的变化规律。
2）实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量
垂直应力 随深度线性增加。平均容
重约为27KN/m3
v H
v 27H
kPa
世界各国垂直应力随深度变化的规律
▪ （3）水平应力普遍大于铅垂应力
地层中产生相应的应力场，但它是一种局部应力场。
4）岩浆侵入引起的应力场 岩浆倾入挤压、冷凝收缩和成岩，均在周 围底层产生相应的应力场。
与上述三种应力场不同，由岩浆侵入引 起的应力场是一种局部应力场。
▪ （5）地温梯度引起的应力场 ▪ 地层的温度随着深度的增加而升高，一般的温度梯度为每百米3℃。 ▪ 由于温度梯度而引起地层中不同深度不同的膨胀，从而引起地层中的局部压应力产生。
5）地温梯度引起的应力
随埋深增加，地温增高，岩体性质改变产生附加应力。
一般地温梯度：
岩体的体膨胀系数：
，岩体弹模E=104MPa；
地温梯度引起的温度应力约为：
3C/10m0
10-5
T z E 0 .0 1 3 5 0 14 z 0M 0 .0 P z 0 a M 3 P
z--深度/m。 随埋深增加，地温增高，岩体性质改变而产生附加应力。 温度应力是同深度的垂直应力的1/9，并呈静水压力状态。
▪ 综上所述，地应力的特点及其重要性如下： ▪ 1、地应力是地下工程围岩变形破坏原始动力； ▪ 2、地位相当于工程中习惯性理解的外荷载，但又与材力、弹力中泛指的外荷载有所不同； ▪ 3、地下工程是先受力，后开挖，并且地应力从开挖前到最终一直对围岩起着作用； ▪ 4、地应力是涉及地壳问题、地下工程问题理论分析、计算中最基础的原始资料。
▪ （6）地表剥蚀产生的应力场 ▪ 地壳上升部分岩体因为风化、侵蚀和剥蚀作用，由于岩体内的颗粒结构的变化和应力松弛赶不上这种
变化，导致岩体内仍然存在着比由地层厚度所引起的自重应力还要大得多的水平应力。
地壳岩体因为风化、侵蚀、雨水冲刷搬运而产生剥蚀作用，使得岩体内产生颗粒的结构变化和应力松弛 产生水平应力场。
应力或原岩应力。
▪ 6 地应力及其测量 ▪ 6.1概述 ▪ 6.1.1 基本概念 ▪ 次生应力：受开挖、手动影响，在影响范围以内的原岩应力平衡状态被破坏后的应力称为次生应力或诱
发应力。 ▪ 应力重分布：原岩应力到次生应力的转换过程。
6.1 概论
▪ 一、 地应力测量的必要性 地应力分为自重应力场和构造应力场。 自重应力:由上覆岩体的自重所引起的应力； 构造应力:地层中由于过去地质构造运动产生和现在正在活动与变化的应力，地质作用残存的应力。
v H
h
H 1
▪ 我国的地质学家李四光：
▪ 20年代指出“在构造应力的作用仅影响地壳上层一定厚度的情况下，水平应力分量的重要性远远 超过垂直应力分量”。