岩体的初始应力状态分解

6.2 岩体初始应力场及其影响因素
6.2.2 构造应力场
✓ 构造应力：由地质构造作用产生的应力称为构造应力； 地质构造水平包括水平运动（造山运动）与垂直运动 （造陆运动），水平运动如板块移动、碰撞，对岩体构 造应力的形成起控制作用，即构造应力以水平应力为主。
✓ 目前，构造应力尚无法用数学力学的方法分析计算，只 能采用现场应力量测方法求得，但构造应力的方向可根 据地质力学的方法加以判断。
6.2 岩体初始应力场及其影响因素
6.2.3 影响岩体初始应力状态的因素
（三）岩体力学性质
坚硬完整（积聚大量应变能）岩体，初始地应 力高；软弱破碎岩体，初始地应力低；
耶格提出初始地应力与岩体抗压强度成正比； E大于50GPa， 1一般10~30MPa， E小于10GPa， 1一般小于10MPa。 （四）水
本章内容及基本要求
重点难点： 1、岩体初始应力场的构成； 2、重力应力场和构造应力场的特点； 3、原岩应力场的分布状态； 4、应力解除法的基本原理。
基本要求： 1、掌握本课程重点难点内容； 2、了解原岩应力分布状态； 3、了解影响原岩应力分布的因素； 4、熟悉几种应力解除法（孔底应力解 除法、孔壁应变法、孔径变形法）测 试原岩应力的方法和测试步骤。
若地温梯度α=3°C/100m，岩体热膨胀系数β约为 10-5，一般岩体弹性模量E=10GPa，则地温引起的温 度应力T约为：
T =αβE Z=0.03×10-5×104 Z=0.003 Z MPa Z为研究点处的深度，m。 岩体的温度是压缩应力（热涨、岩体限制、受压）， 随深度增加而增加。温度应力约为自重应力的1/9左 右，且呈静水压力状态。
6.1 几个基本概念
构造应力：由地质构造作用产生的应力称为构造应力。或 地壳中长期存在着一种促使构造运动发生和发展的内在 力量，这就是构造应力。
原岩应力场：原岩应力在岩体空间有规律的分布状态称为 原岩应力场，又称为初始应力场。即未经采动的岩体在 天然状态下所具有的应力状态。
构造应力场：构造应力在空间有规律的分布状态称为构造 应力场。 原岩应力≈自重应力＋构造应力
6.2 岩体初始应力场及其影响因素
6.2.1 岩体自重应力场
岩体自重应力随着深度呈线性增加，浅部处于弹性状态； 超某一临界深度（砂岩500m、花岗岩2500m），岩体 处于潜塑状态或塑性状态（开挖前为弹性，开挖后呈塑 性），此时，其近于0.5，则近于1.0，岩体所受垂直 与水平应力相等，即静水压力状态，该现象瑞士地质学 家海姆（A.Heim）1987年在研究阿尔卑斯山深大隧道 时发现，称为海姆假说。
岩脉、褶曲均可推断构造应 力方向，见图6-3。
正断层:上盘下降，下盘相对上升，多为张力和重力作用；逆断层：上盘上升，下盘相 对下降，多为水平挤压作用。平移断层：应力是来自两旁的剪切力作用，其两盘顺断层 面走向相对位移，而无上下垂直移动。
6.2 岩体初始应力场及其影响因素
6.2.3 影响岩体初始应力状态的因素
若认为岩体为均质、连续且各向同性体，各岩体单元横
向变形为0，即x= y=0，则由广义胡克定律：
x
1 E
x
y z
y
1 E
y
z
x
解上式得水平应力x、 y为：
x
y
1
z
z
其中λ为侧压力系数，
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岩体（0.2,0.3），则（0.25,0.43）；
另外，
xy yz zx 0
岩体力学
Rock Mass Mechanics
第六章：岩体的初始应力状态
Initial stress state of Rock Mass
本章内容及基本要求
本章内容 6.1 几个基本概念 6.2 岩体初始应力场及其影响因素 6.3 岩体初始应力场的分布规律 6.4 岩体初始应力的量测方法 6.5 高地应力地区主要岩体力学问题
6.1 几个基本概念
原岩：未经工程开挖而又不受开挖影响仍处于自然平衡 状态的岩体，称为原岩。
原岩应力：原岩中天然赋存的应力称为原岩应力，又称 为初始应力或地应力。
围岩：受工程开挖影响应力发生重新分布的岩体。 围岩应力：洞室开挖后，周围岩体失去原来的支撑，开
始向洞内位移，引起洞周一定范围内岩体应力改变， 重新调整形成新的应力，称为围岩应力，也称次生应 力或二次应力。 自重应力：地壳上部各种岩体由于受到地心引力的作用 而产生的应力。它是由岩体自重引起的。
6.3 岩体初始应力场的分布规律
目前，原岩应力实测深度达3000m。在这一深度内， 原岩应力变化规律大致可归纳为以下几点：
6.3.1岩体初始应力场是时间与空间的函数
除地质构造和自重应力外，地形、地质构造形态、 岩体力学性质、水、温度等。 （一）地形
故，山峰处初始应力低，沟谷处初始应力高
6.2 岩体初始应力场及其影响因素
6.2.3 影响岩体初始应力状态的因素
（二）地质构造形态
背斜褶曲，两翼自重应力大，中部低——承载拱 受力特点；向斜褶曲，相反。 断层，楔体A产生卸荷作用，自重应力降低；而楔 体B产生加荷作用，自重应力升高。
例如，对于断层、褶曲等一般认为自重应力是主应力之一， 另一主应力与断裂构造系正交。
6.2 岩体初始应力场及其影响因素
6.2.2 构造应力场
正断层：1自重应力， 3与 断层走向正交
逆断层：3自重应力， 1与 断层走向正交
平移断层：2自重应力， 1 与断层走向成30°~45°夹角， 且1与2均为水平方向，
岩体裂隙或孔隙中的水，静止时静水压力（地下 水位的升降引起初始地应力的减增），流动时动 水压力（给予周围岩体动水摩擦力和动水流向应 力，增加初始应力）。
6.2 岩体初始应力场及其影响因素
6.2.3 影响岩体初始应力状态的因素
（五）温度
岩浆侵入或者随着深度的增加，温度升高，使岩体 膨胀，产生热应力，增加初始应力；
迄今为止，对原岩应力还无法进行较完善的理论计算，而 只能依靠实际测量来建立岩体中初始应力状态。
6.2 岩体初始应力场及其影响因素
6.2.1 岩体自重应力场
在均匀岩体中，岩体的垂直应力z等于上浮岩体 的重量：
z z
n
z i hi i 1
6.2 岩体初始应力场及其影响因素
6.2.1 岩体自重应力场