岩体的初始应力状态
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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。
6.2.3
影响岩体初始应力状态的因素
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
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 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。
6.1 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。
6.3.2
实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量
全世界实测V统计 资料分析表明，深度 25~2700m， V线性增 加，大致为=27kN/m3计 算的自重应力，部分地 区存在偏差（测量误差、 板块移动、岩浆侵入、 扩容、不均匀膨胀等）。 霍克（E.Hoek）与布朗 （E.T.Brown）
6.3.3水平应力普遍大于垂直应力
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
绝大多数地区为以水平应力为主的三向不等压且非 稳定（大小与方向随空间与时间变化而变化）应力场；
在某些地震带，方向与大小随时间变化而变化非常 明显，地震前应力大小积累增大，地震中集中应力释 放而大幅降低，而方向地震时明显改变，地震后慢慢 调整后恢复地震前状态。
故，山峰处初始应力低，沟谷处初始应力高
（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。
（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。
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
n
源自文库
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
z i hi
i 1
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：
解上式得水平应力x、 y为：
实测表明，大多地区两个主应力方向水平或接 近水平，其与水平面夹角一般不大于30°。最大水 平主应力h,max普遍大于垂直应力v ，其比值一般 为0.5~5.5，大多数情况，比值大于2。 h,max与h,min 的算术平均值h,av与v的比值一般为0.5~5.0，大多 数为0.8~1.5。这说明在地壳浅部岩体平均水平应力 普遍大于垂直应力。 垂直应力大多时为最小主应力；少数时为中间 主应力；个别时为最大主应力。这是由于构造应力 主要以水平应力为主。
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。
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
x y
1
1 x x y z E 1 y y z x E
z z
其中λ 为侧压力系数， 岩体（0.2-0.3），则（0.25-0.43）； xy yz zx 0 另外，
据地质力学的方法加以判断。 另一主应力与断裂构造系正交。
例如，对于断层、褶曲等一般认为自重应力是主应力之一，
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，
岩脉、褶曲均可推断构造应 力方向，见图6-3。
（四）水 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）。
（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； 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。
6.2.3
影响岩体初始应力状态的因素
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
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 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。
6.1 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。
6.3.2
实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量
全世界实测V统计 资料分析表明，深度 25~2700m， V线性增 加，大致为=27kN/m3计 算的自重应力，部分地 区存在偏差（测量误差、 板块移动、岩浆侵入、 扩容、不均匀膨胀等）。 霍克（E.Hoek）与布朗 （E.T.Brown）
6.3.3水平应力普遍大于垂直应力
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
绝大多数地区为以水平应力为主的三向不等压且非 稳定（大小与方向随空间与时间变化而变化）应力场；
在某些地震带，方向与大小随时间变化而变化非常 明显，地震前应力大小积累增大，地震中集中应力释 放而大幅降低，而方向地震时明显改变，地震后慢慢 调整后恢复地震前状态。
故，山峰处初始应力低，沟谷处初始应力高
（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。
（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。
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
n
源自文库
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
z i hi
i 1
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：
解上式得水平应力x、 y为：
实测表明，大多地区两个主应力方向水平或接 近水平，其与水平面夹角一般不大于30°。最大水 平主应力h,max普遍大于垂直应力v ，其比值一般 为0.5~5.5，大多数情况，比值大于2。 h,max与h,min 的算术平均值h,av与v的比值一般为0.5~5.0，大多 数为0.8~1.5。这说明在地壳浅部岩体平均水平应力 普遍大于垂直应力。 垂直应力大多时为最小主应力；少数时为中间 主应力；个别时为最大主应力。这是由于构造应力 主要以水平应力为主。
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。
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
x y
1
1 x x y z E 1 y y z x E
z z
其中λ 为侧压力系数， 岩体（0.2-0.3），则（0.25-0.43）； xy yz zx 0 另外，
据地质力学的方法加以判断。 另一主应力与断裂构造系正交。
例如，对于断层、褶曲等一般认为自重应力是主应力之一，
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，
岩脉、褶曲均可推断构造应 力方向，见图6-3。
（四）水 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）。
（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； 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。