初始应力的组成与计算岩体自重应力场

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隧道工程第二章-围岩分级

可采用定性划分和定量指标两种方法确定。
隧道工程
36
我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素 1 岩石坚硬程度将岩浆岩、沉积岩和变质岩三大岩类按岩性、物理力学参数、耐风化能力划分为硬质岩和软质岩两大类。然后根据单轴饱和极限抗压强度再分为5级，即极硬岩、硬质岩、较软岩、软岩、极软岩。
隧道工程
16
岩体的基本工程性质
（三）力学性质
试件尺寸(cm):15×15×30
3 裂隙岩体的强度性质试件强度(MPa):32.8~34.6
表中数值为试件的强度与岩石试件强度的比值
结构面强度：c=0.11MPa;φ=38
隧道工程
17
围岩分级概述
围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体（这里所指的岩体是土体与岩体的总称）。依据各种围岩的物理性质之间存在的内在联
隧道工程
26
围岩的分级方法
（二）以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法 1 以岩石强度为基础的分级方法
该方法单纯以岩石的强度为分级依据。该方法认
为：坑道开挖后，它的稳定性主要取决于岩石的
强度。岩石愈坚硬，坑道愈稳定；反之岩石愈松
软，坑道的稳定性就愈差。该法不全面！
隧道工程
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围岩的分级方法
节理较发育、节理发育、节理很发育4级。按照岩体风化程度的不同将围岩分为：风化轻微、较重、严重、极严重4级。
隧道工程
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我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素
围岩完整程度
指标1：结构面发育程度指标2：地质构造影响程度由此两指标，将岩体完整程度分为5个级别，见下表：

石油工程岩石力学-地应力

完整地层塌块小，井眼长轴在最小水
平地应力方位
地应力纵向分布规律计算
不同深度，不同性质的地层其地应力大小及非均匀性不同，即地应力不是随井深增加而线性增大，对不同地层要分层计算地应力。
地应力主要来自于上覆岩层的自重及地质构造运动产生的构造应力，用公式表示为：
H
H
H
T
地应力纵向分布规律计算
hmin
HMAX >> v > hmin
第二节地应力的测量方法
垂直主应力的求取：
垂直地应力是由重力作用产生的（岩石的重量）；在任意深度，垂直地应力等于上覆岩层压力：
v = gz （密度×重力加速度×深度）通常垂直地应力通过对密度测井数据积分获得；在海上钻井要包含泥线以上海水产生的压力；
B A
C
largely unfractured shale
static basal sheet
compression
四、进行地应力研究的意义：
是所有地质力学问题中重要的初始条件；是勘探、钻井及油藏等石油工程的重要参数；是钻井工程中井壁稳定分析的重要参数；是采油工程中出砂防砂分析的重要参数；是油气层增产改造措施制定的重要参数；
直井井眼周围地层应力状态
由水平最大地应力 H所引起的井周应力分布
r
H 2
(1
R2 r2 )
H 2
(1
3R 4 r4
4R2 r 2 ) cos2
H 2
(1
R2 r2
)
H 2
(1
3R 4 r4
) cos2
r
H 2
(1
3R 4 r4
2R2 r2
) sin 2

(完整版)岩石力学试卷二及答案-知识归纳整理

知识归纳整理20～20学年第学期级专业试题学号：姓名：……………………………………密…………封……………线…………………………………一二三四五六七八九总分一、简答题：（30分）1、岩石的常用物理指标有哪些？它们与岩石的强度之间大致有什么关系？（5分）2、现场测定岩体变形指标的试验想法有哪些？（5分）3、简述水对岩石强度的影响。

（5分）4、影响岩石应力-应变曲线主要因素有哪些？是怎么影响的？（5分）5、什么是岩体初始应力场？岩体内产生应力的原因有哪些？（5分）第1页共6 页求知若饥，虚心若愚。

20～20学年第学期级专业试题学号：姓名：……………………………………密…………封……………线…………………………………6、何谓喷锚支护，它与传统的老式支护有何区别？（5分）二、作图题（5分）什么是岩石的蠕变？试作图说明岩石流变三阶段的特点：三、填空题: （0.5/空）(共20分)1、岩石力学是研究岩石的，是探讨岩石对。

岩石力学研究的主要领域可概括为、、。

研究想法主要有、、、。

2、岩石的破坏形式：、、。

3、影响岩石抗压强度的主要因素普通有：、和、、、、、、、等。

4、格里菲斯理论把岩石看作为有材料，岩石之所以破坏是由于在引起细小裂隙的发生发展所致。

修正的格里菲斯理论则以为岩石破坏除拉第2页共6 页20～20学年第学期级专业试题应力集中所致外，还可以是引起裂隙沿裂隙长轴方向发生。

5、已知材料的弹性模量E 和泊松比μ，用它们来表示G:λ：、K:。

6、在1=ok 的周围等压地应力场rH vh==σσ作用下，围岩中的径向应力rσ都岩体中的初始应力；切向应力θσ则岩体中的初始应力，在洞壁上达最大值。

由理论上可以证明，开挖洞室的影响范围是。

7、岩压力是由于洞室开挖后岩体和而形成的。

由于岩体而对支护或衬砌的压力，称为“变形压力”；将由于岩体而而对支护或衬砌的压力，称为“松动压力”。

8、按压力拱理论分析，在可形成压力拱的洞室内，压力拱的高度是，洞室顶部的最大垂直压力在拱轴线上大小为，洞室任何其它点的垂直山岩压力等于。

原岩应力及其分布

②构造应力分布不均匀，在地质构造变化比较剧烈的地区，最大主应力的大小和方向往往有很大变化。
③
岩体中的构造应力具有明显的方向性，最大
水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大。
④ 构造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍，
在软岩中贮存构造应力很少。
正断层
逆断层
平推断层
岩脉
褶皱
由地质特征推断构造应力方向的平面图
2 1 1 2 2 2 H 2 3E 1
由以上两式可知，岩体中积聚的弹性能与应力状态有关，并随着开采深度的增加，与开采深度的平方成正比关系增长。
应当指出，采矿活动破坏原岩应力状态，在岩
硐周围岩体内形成应力集中，应力集中系数k=3～5，
高应力导致岩体内积聚的弹性能增长数倍。这种大量能量的突然释放，将产生矿山动压现象。
（四）讨论
由上述关系式可得以下几个主要结论：
①在双向等压应力场中，圆孔周边全处于压缩应力状态。
②应力大小与弹性常数E、μ 无关。
③ σ t、σ r的分布和角度无关，皆为主应力，即切向和径向平面均为主平面。 ④双向等压应力场中孔周边的切向应力为最大应力，其最大应力集中系数K=2，且与孔径的大小无关。当σt=2γH超过孔周边围岩的弹性限时，围岩将进入塑性状态。

岩石的泊松比为0.2～0.3，＝0.25～0.43。 1 2、静水应力状态假说：在埋藏较深条件下，垂直压应力相当大，岩石呈现明显的塑性＝ 1.0 H

1
1
z
x
y
二.构造应力
构造应力是由于地壳构造运动在岩体中引起的应力，岩体构造应力可以分为现代构造应力和地质构造残余应力。前者是指正在经受地

2、3.矿山岩体的原岩应力及其重新分布

成。
39
3.3.2 直接顶厚度
直接顶初次垮落后，杂乱堆积，岩体碎胀，碎胀堆积高度大于直接顶岩层原来的厚度。它与老顶之间留下的空隙Δ 为：
h M K p h M h K p 1
当冒落的直接顶将充满采空区时，Δ =0，忽略老顶的弯曲下沉。
h M Kp 1
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压力拱假说解释：工作面前后的支承压力、回采工作空间处于减压范围，仍然是经典的解释。
没有分析：拱的特性，岩层变形、移动和破坏的发展过程，支架与围岩的相互作用。
28
3.1.2 悬臂梁假说
此假说认为，顶板可视为一端固定于煤壁前方岩体内，另一端处于悬伸状态的梁，悬臂梁弯曲下沉后，受到已垮落岩石的支撑，当悬伸长度很大时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期来压。
31
3.1.4 砌体梁假说
“砌体梁”结构是基于采动岩体移动的如下特征而提出的：
Ⅰ－垮落带，Ⅱ－裂缝带，Ⅲ－弯曲下沉带，A－煤壁支承区，B－离层区，C －重新压实区
(1) 采动上覆岩层的岩体结构的骨架是覆岩中的坚硬岩层。可将上覆岩层划分为若干组，每组以坚硬岩层为底层，其上部的软弱岩层可视为直接作用于骨架上的载荷。
16
图 2-13 矩形孔周围应力分布图
a—最大、最小正应力； b—切向应力 c—周围切向应力
17
3 采场顶板活动规律
3.1 几个概念 3.2 有关采场上覆岩层“大结构”的假说 3.3 直接顶的垮落 3.4 老顶的断裂形式 3.5 老顶的初次断裂步距 3.6 老顶断裂后的“砌体梁”结构及其S-R
(5) 表土冲积层可视为均布载荷作用。
33
3.1.5 传递岩梁假说
H
m2 m1 m2

第六章岩体的初始应力状态

T0
（三）根据水压致裂法试验结果计算地应力
（1）一般来讲 z h 作为地主应力之一。我们可以将 z 与 2 h 作比较，若 z 1h ，则可以肯定此时 2 h 为最小主应力；进一步将与 z 1h 作比较，也就可以以此确定地应力的三个主应力。
因为开裂点方位或开裂裂缝方向可以确定 2 h 的方位或 1h 的方向，所以三个地主应力的方位也就可以相应确定。（2）如果 2 h h ，并且孔壁开裂后孔内岩体出现水平裂缝，则此时 z h 为最小地应力， 2 h 与 1h 各为中间主应力及最大地主应力，垂直开裂方向即为最大地应力方向。
T z E 0.03 10 5 10 4 zMPa 0.003 zMPa
z--深度/m。
温度应力是同深度的垂直应力的1/9，并呈静水压力状态。返回
第三节岩体初始应力状态的现场量测方法一、岩体应力现场量测方法概述 1.目的：（1）了解岩体中存在的应力大小和方向（2）为分析岩体的工程受力状态以及为支护及岩体加固提供依据（3）预报岩体失稳破坏以及预报岩爆的有力工具
工作步骤
应变观测系统
（2）套孔应力解除法
•孔径变形测试，孔壁应力解除法，均属于套孔应力解除法。前者测试套孔应力解除后的孔径变化；后者测试套孔应力解除后的孔壁应变。其操作步骤和原理基本相同
原理要点对岩体中某点进行应力量测时，
先向该点钻进一定深度的超前小孔，在此小孔中埋设钻孔传感器，再通过钻取一段同心的管状岩芯而使应力解除，根据恢复应变及岩石的弹性常数，即可求得该点的应力状态。
直角应变花
等边三角形应变花
应力解除槽
表面应力解除法
钻孔的深度必须超过开挖影响区，才能测到岩体内的原始应力，否则测出的是二次应力。

《岩石力学》复习题贵大

一、解释或说明1、岩石：是指矿物、岩屑按一定规律聚集起来的集合体。

2、岩石的蠕变：岩石应力保持不变应变随时间增长而增加的现象。

3、岩石的饱水率4、岩体结构面：指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带5、岩石质量指标（RQD）6、岩石的松弛：岩石应变保持不变应力随时间增加而减小的现象。

7、岩体的初始应力：：存在于地层中未受工程扰动的天然应力为原岩应力。

包括岩体自重应力，岩体构造应力，水压力和温度压力等，主要由自重应力和构造应力组成8、岩石的吸水率9、山岩压力二、简答题1、岩石的破坏有哪几种形式及其特点？2、简述影响岩石抗压强度的主要因素。

3、简述格里菲斯强度理论的基本观点？：基本观点格里菲斯理论认为固体材料在结构构造上并非绝对均匀与连续，其内部包含有大量的微裂纹和微孔洞，在即使平均应力幅值不大的外力作用下，材料微裂纹或微孔洞边缘上的应力集中导致边缘局部区域很大的拉应力，当拉应力达到或超过其抗拉强度时，微裂纹扩展，一系列的微裂纹发生，扩展，汇聚最终导致宏观破裂。

格里菲斯只适用于脆性岩石的拉破坏情况4、对于潜在的小规模岩坡滑动，常常采用哪些方法来进行岩坡加固？5、何谓岩石地基的极限承载力？在计算岩基的极限承载力时，必需满足哪两个条件？6、工程上需要测定岩石的抗剪强度主要有哪几种？测定抗剪强度的方法有哪些？7、某岩石单轴压缩试验所得的应力－应变全过程曲线如下图所示，试分析该曲线的各变形阶段及其变形机理。

8、简述工程岩体分类的目的与原则。

三、计算题1、将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到100MPa 时即发生破坏，破坏面与最大主应力作用面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角)为45°，假定岩石抗剪强度遵循库仑莫尔破坏准则，试计算：⑴岩石内摩擦角ϕ和凝聚力c 。

⑵在上述试验中与最大主应力作用面成25°夹角的那个平面上的抗剪强度)30(f τ。

《岩石力学》地应力及其测量

1. 地壳是静止不动的还是变动的？怎样理解岩体的自然平衡状态？答：地壳是变动的。

自然平衡状态是指：岩体中初始应力保持不变的状态。

2. 初始应力、二次应力和应力场的概念。

答：未受影响的应力称为初始应力工程开挖时，受工程开挖影响而形成的应力称为二次应力地应力是关于时间和空间的函数，可以用“场”的概念来描述，称之为地应力场。

3. 何谓海姆假说和金尼克假说？答：海姆首次提出了地应力的概念，并假定地应力是一种静水应力状态，即地壳中任意一点的应力在各个方向上均相等，且等于单位面积上覆岩层的重量，即σℎ=σv=γH金尼克认为地壳中各点的垂直应力等于上覆岩层的重量，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K。

他根据弹性力学理论，认为这个系数等于μ1−μ，即σv=γH，σℎ=μ1−μγH4. 地应力是如何形成的？答：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、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场。

5. 什么是岩体的构造应力？构造应力是怎样产生的？土中有无构造应力？为什么？答：岩体中由于地质构造运动引起的应力称为构造应力。

关于构造应力的形成有两种观点：地质力学观点认为是地球自转速度变比的结果；大地构造学说则认为是出于地球冷却收缩、扩张、脉动、对流等引起的，如板块边界作用力。

土中没有构造应力，由于土本身是各向同性介质，不存在地质构造。

6. 试述自重应力场与构造应力场的区别和特点。

答：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惟一能够计算的应力场。

地壳中任一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量，即σG=γH。

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。

6、岩体的初始应力状态

第六章岩体的初始应力状态第一节初始应力状态的概念与意义岩体的初始应力，是指岩体在天然状态下所存在的内在应力，在地质学中，通常又称它为地应力。

岩体的初始应力主要是由岩体的自重和地质构造运动所引起的。

岩体的地质构造应力是与岩体的特性(例如，岩体中的裂隙发育密度与方向，岩体的弹性、塑性、粘性等)有密切关系，也与正在发生过程中的地质构造运动以及与历次构造运动所形成的各种地质构造现象(例如，断层、褶皱等)有密切关系。

因此，岩体中每一单元的初始应力状态随该单元的位置不同而有所变化。

此外，影响岩体初始应力状态的因素还有地形、地质构造形态、水、温度等，但这些因素大多是次要的，只是在特定的情况下才需考虑。

对于岩体工程来说，主要考虑自重应力和构造应力，二者叠加起来构成岩体的初始应力场。

地面和地下工程的稳定状态与岩体的初始应力状态密切相关。

岩体的初始应力状态可以指在没有进行任何地面或地下工程之前，在岩体中各个位置及各个方向所存在的应力的空间分布状态，它是不取决于人类开挖活动的自然应力场。

在岩体中进行开挖以后，改变了岩体的初始应力状态，使岩体中的应力重新分布，引起岩体变形，甚至破坏。

在高地应力地区，开挖后常会出现岩爆、洞壁剥离、钻孔缩径等地质灾害。

对于地下洞室工程来讲，我们把与洞室本身稳定密切相关的周围岩体称为围岩。

洞室的开挖引起围岩的应力重分布和变形，这不仅会影响洞室本身的稳定状态，而且为了维持围岩的稳定，需施作一定的支护结构或衬砌。

合理地设计支护结构，确定经济合理的衬砌尺寸，是与岩体的初始应力状态紧密相关。

所以，研究岩体的初始应力状态，就是为了正确地确定开挖过程中岩体的应力变化，合理地设计岩体工程的支护结构和措施。

第二节组成岩体初始应力状态的各种应力场及其计算一、岩体自重应力场及计算地心对岩体的引力，使原岩体处于受力状态，由此而引起的岩体应力称为重力应力。

它可以通过计算获得，其计算理论一般是建立在假定岩体为均匀连续介质的基础之上的。

试论隧道围岩与支护结构间的相互作用

试论隧道围岩与支护结构间的相互作用摘要：隧道工程中，隧道围岩结构的稳定性与工程安全存在密切联系，大部分施工单位都认识到了保持隧道围岩稳定的重要性，但受到技术水平限制和设计能力限制，很难处理好隧道围岩和支护结构之间的关系，致使在相互作用关系无法有效控制的情况下，可能对隧道围岩结构的稳定性造成不良影响。

一般而言，隧道施工中，仅注重提升支护结构的荷载性能以及抗压性能，并未认识到支护结构还可能会带给围岩结构一个方向作用力，在其作用力过大的情况下就极易影响围岩结构稳定性，这也突出了对二者的相互作用关系进行研究的重要性。

关键词：隧道围岩；支护结构；相互作用一、隧道围岩与支护结构的力学特征分析在进行隧道施工之前，围岩结构与其他地质构造属于平衡受力的状态，而在操作施工后，进行隧道开挖时，会使原本的平衡状况被打破，此时受到围岩结构自身重力和与其他地质构造关系的双重影响，很容易产生围岩位移的现象。

在隧道开挖质量得到有效控制的情况下，断面形态良好，此时的围岩结构位移变化较小，且在一定的时间内停止位移，此时的围岩结构将趋于平稳。

相反的，当隧道开挖施工不合理时，围岩的位移量将不断增大，最终产生围岩结构整体稳定度降低的问题。

隧道施工的作业环境决定了其需要面临较为复杂的安全隐患，其中以围岩结构坍塌的安全影响最为严重，为此，在具体施工中需要结合施工实际，在隧道部分搭建支护结构，用于稳定围岩结构。

支护结构的主要作用为，借助支架的支撑作用力代替原有围岩结构的支撑力，有效维护围岩结构的受力平衡，从而为隧道施工营造安全的作业环境。

相关研究认为，受到流变力的影响，围岩结构的平衡状态在被打破后，其结构的变形量会随着时间的推移而加剧，在采用支护结构的情况下，虽然可以在短时间内控制围岩变形量，但在后期也会由于围岩结构的变形量影响增加支护结构的荷载压力，而此时的支护结构也会给出围岩结构一个反向的作用力，在反向作用力的影响下，围岩结构的蠕变特性将受到直接影响。

初始应力的组成与计算

∆Di σv = 10
图6-1 岩体自重垂直应力
∑ρ
i =0
n
i
2、水平地应力确定方法（1）两向相等地应力计算方法
金尼克模型。 ① 金尼克模型。假设地层在沉积过程中水平方向的变形受到限制，应变为零，假设地层在沉积过程中水平方向的变形受到限制，应变为零，水平方向上的应力是由上覆岩层重力产生的，方向上的应力是由上覆岩层重力产生的，则。因此，根据虎克定律有：因此，根据虎克定律有：
µs + β )(σv − pp ) + pp σH = ( 1− µs µs σh = ( + γ )(σ v − pp ) + p p 1− µs
式中：为反应两个水平方向上构造应力大小的两个常数，式中：β 和 γ为反应两个水平方向上构造应力大小的两个常数，对于给定的地区是一个定值，但因地区而异；为岩石静态泊松比。的地区是一个定值，但因地区而异； s 为岩石静态泊松比。 µ
σ H = σ h = Ki (σV − pP ) + pP
此模型认为Ki是常数，不随深度而变化。此模型认为Ki是常数，不随深度而变化。 Ki是常数 ③ Terzaghi根据模型 Terzaghi根据模型 Terzaghi根据井壁处岩石应力分布，以及多孔弹性理论， Terzaghi根据井壁处岩石应力分布，以及多孔弹性理论，假定根据井壁处岩石应力分布地层是线弹性的各向同性的孔隙介质，以及有效地应力定义，地层是线弹性的各向同性的孔隙介质，以及有效地应力定义，计算水平地应力用如下方程：水平地应力用如下方程：
3、影响岩体初应力状态的其它因素
（1）地形-自重的减小或增大地形-
图6－3
地形对初应力的影响
地质条件对初应力的影响。（2）地质条件对初应力的影响。

岩石力学-第六章岩体的初始应力状态

• （2）岩爆。在岩性坚硬完整或较完整的高地应力地区开挖隧洞或探洞时，在开挖过程中时有岩爆发生。
6.5.2 高地应力的判别标准和高地应力现象
• （3）探洞和地下隧洞的洞壁产生剥离，岩体锤击为嘶哑声并有较大变形，在中等强度以下的岩体中，开挖探硐或隧洞，高地应力状况不会像岩爆那样剧烈，洞壁岩体产生剥离现象，有时裂缝一直延伸到岩体浅层内部，锤击时有破哑声。在软质岩体中则产生洞体较大的变形，位移显著，持续时间长，洞径明显缩小。
性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。
6.4 岩体初始应力分布的主要规律
初始应力场是一个非稳定应力中国大陆板块边界所受的外力分布场
中国大陆板块受到外部印度板块每年以5厘米速度和太平洋板块每年以数厘米速度的推挤，同时受到西伯利亚板块和菲律滨板块的约束。板块变形，形成主应力迹线，印、太板块的移动促成了中国山脉的形成，控制了地震的分布。
=0.8 ＋ 0.0329H(MP a)
6.4 岩体初始应力分布的主
要规律
平均水平应力 K 垂直应力
4. 平均水平应力与垂直应
力的比值随深度增加而减
小。
K
1500 H
0.5
5. 最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线
性增长关系
6. 最大水平主应力和最小
水平主应力之值一般相差
K 100 0.3 H
极高地应力高地应力一般地应力
我国工程岩体分级基准
<4
4～7
>7
（GB50218-94）
法国隧道协会
<2
2～4
>4
日本新奥法指南（1996年） > 2
4～6

《岩体力学》第七章岩体中的天然应力

第七章岩体中的天然应力第一节概述地应力（天然应力）：自然状态下在原岩体中存在的由于岩体自重和构造应力形成的分布应力。

（1）天然应力（地应力）（Stress in the earth’s crust & Initial stress ）：—指岩体在天然状态下所存在内在应力。

—人类工程活动之前存在于岩体中的应力。

存在于地层中的未受工程扰动的天然应力—地应力（2）天然应力主要是由自重应力和构造应力组成，有时还存在流体应力和温差应力等。

（3）①1912年，瑞士地质学家海姆（A.Heim ）在大型越岭隧道的施工过程中，通过观察和分析，首次提出了地应力的概念。

是静水应力状态σn =σv =γH②1926年，苏联学者金尼克（A.H.пNHH иK ）修正了海姆的静水压力假设：⎪⎩⎪⎨⎧-==H Hh v γμμσγσ1③1951年，瑞典的哈斯特（N.Hast ）首先在斯堪的纳维亚半岛进行了地应力的量测工作，发现存在于地壳上部的最大主应力几乎处处是水平或接受水平的，而且max max )21(V h σσ-≅。

这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。

后来的进一步研究表明：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影响最大。

（4）地应力（天然应力）的形成：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧岩浆侵入作用地质构造运动重力作用（6）自重应力：由岩体自重所引起的应力。

自重应力场：自重应力在空间有规律的分布状态。

构造应力：由于地质构造作用在岩体内积存的应力。

活动构造应力：狭义地应力，是地壳内现在正在积累的能够导致岩体变形和破裂，形成地震和活动构造的应力。

残余构造应力：古构造运动残留下来的应力。

它的基本特征：具有较高的水平压应力，一般情况下，v h σσ>，并具有明显的各向异性。

到目前为止，岩体的天然应力状态主要还是靠实测方法确定。

求岩体中一点的自重应力？在地表近水平的情况下，假设岩体均质各向同性连续性，则：⎪⎩⎪⎨⎧=-====z zv h h v γμμλσσσγσ1 21在地表以下较深部位，岩体近于塑性状态，其λ→1，即处于静水压力状态。

隧道围岩分级及围岩压力

隧道围岩分级及围岩压力隧道所穿过的地层是千变方化的，可能遇到各种工程性质不同的围岩。

隧道围岩分级是评价隧道围岩稳定性的重要参数，也是隧道支护方案设计和施工工艺确定的主要依据。

分级的正确与否直接影响着隧道施工和运营安全，因此，正确划分隧道围岩分级就显得尤为重要。

在围岩分级确定的情况下，如何确定支护结构上的作用力（即围岩压力）就成为正确、合理设计隧道结构的关键。

4.1 围岩岩性与初始应力4.1.1 围岩岩性隧道工程围岩是指地壳中受开挖活动影响的那一部分岩土体。

这个范围在横断面上约为6～10倍的洞径。

围岩的工程性质，一般包括三个方面：物理性质、水理性质和力学性质。

而对围岩稳定性最有影响的是力学性质，即围岩抵抗变形和破坏的性能。

围岩既可以是岩体，也可以是土体。

本书仅涉及岩体的力学性质。

岩体是在漫长的地质历史中形成的地质体，被许许多多不同方向、不同规模的断层面、层理面、节理面和裂隙面等各种地质界面切割为大小不等、形状各异的各种块体。

这些地质界面称为结构面或不连续面，这些块体称为结构体，岩体可以看作由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地质体。

所以，岩体的力学性质主要取决于岩体的结构特征、结构体岩石的特性及结构面的特性。

环境因素，尤其地下水和地应力对岩体的力学性质影响也很大。

在软弱围岩中，节理和裂隙比较发育，岩体被切割破碎，结构面对岩体的变形和破坏都不起主导作用，所以岩体的特性与结构体岩石的特性并无本质区别。

在完整而连续的岩体中亦是如此。

反之，在坚硬的块状岩体中，由于受软弱结构面切割，块体之间的联系减弱，此时，岩体的力学性质主要受结构面的性质及其在空间的组合所控制。

由此可见，岩体的力学性质必然是诸因素综合作用的结果。

岩体与岩石相比，两者有着很大的区别：与工程总体尺度相比，岩石几乎可以被认为是均质、连续和各向同性的介质；而岩体则具有明显的非均质性、不连续性和各向异性。

岩体抗拉变形能力差，因此，岩体受拉后很容易沿结构面发生断裂。

工程地质分析原理

按成因，可对构成岩体应力的各组分作如下分类：岩体应力：天然应力和初始应力（virginal stress）自重应力（gravitational stress）构造应力（tectonic stress）活动的（active tectonic stress）剩余的（residual tectonic stress）变异及残余应力（altered and residual stress）感生应力（induced stress）
①潜在逆断型应力状态区主要分布于喜马拉雅山前缘一带，其主要特点是两个水平主应力均大于垂直主应力。
（σ3垂直， σ1和σ2水平）

②潜在走滑型应力状态区主要分布于我国中西部广大地区，其主要特点是只有一个水平主应力大于垂直主应力，具中等挤压区的特征。。
（σ2垂直， σ1和σ3水平）
模型I

然而，天然岩体大多是一种粘-弹性介质，更符合于Ⅱ图所示的沃依特流变模型。与模型Ⅰ不同的是，以阻尼器（粘滞性约束元件）代替弹性约束元件B弹簧。因粘滞元件具有流变性，故随着时间的推移，其内部的拉应力将不断降低，从而导致整个应力体系的松弛。所以，从整体来看，这类残余应力体系始终处于内力缓慢降低的动平衡之中。

③潜在正断型和张剪性走滑应力状态区主要分布于我国的东部和东北部，其主要特点是：区内新生代以来正断层与地堑或断陷盆地十分发育，发育方向 NE、NEE，推积厚度数千米；区内KZ堆积具双层结构(图2-20)，E充填断陷盆地，N-Q掩埋了E时期的地堑和地垒，形成了现代的低平的平原地形，横向差异小；区内地震由两个方向断裂引起，即NNE 向断裂的右旋兼张性活动和NNW向断裂的左旋兼张性活动。

第四章岩体地应力及其测量方法_岩石力学

H
0.8 ~ 1.2
v 27H MPa
实测垂直应力随深度的变化
15
第4章岩体地应力及其测量方法
•3.平均水平应力随深度而增加水平应力普遍大于垂直应力。
16
第4章岩体地应力及其测量方法的比值随深度增加而减小
K
平均水平应力垂直应力
K
1500 0.5 H
K
100 0 .3 H
• 研究高地应力本身就是岩石力学的基本任务。 • 岩体的本构关系、破坏准则以及岩体中应力传播规律都要受到地应力大小的变化而变化。 • 随着采矿深度的增加，我国中西部的开发，尤其是水电工程建设，在高地应力地区出现特殊的地压现象，给岩体工程稳定问题
提出了新课题。
28
第4章岩体地应力及其测量方法
4.3.1 高地应力判别准则和高地应力现象
22
雅山形成示意图
第4章岩体地应力及其测量方法
23
地形三级阶梯
第4章岩体地应力及其测量方法
24
第4章岩体地应力及其测量方法
我国可分为三类基本反映构造应力场状态的地区：（ 1 ）强烈构造应力区：包括台湾、西藏、新疆、甘肃、青海、云南、宁夏、四川西部等；（ 2 ）中等构造应力区：包括河北、山西、陕西关中地区、山东、辽宁南部、吉林延吉地区、安徽中部、福建、广东沿海地区及广西等；（ 3 ）弱构造应力区：包括江苏、浙江、湖南、湖北、河南、贵州、四川东部、黑龙江、吉林及内蒙的大部分。同一类地区，其构造应力仍是不均匀分布，与小的地质构造运动（地壳变形）有关，有的地段强、有的地段弱。
h
在斜坡附近，应力方向发生偏转
地形对初应力的影响：山峰处地应力低沟谷处地应力高

初始应力的组成与计算岩体自重应力场课件

岩体自重应力是岩石力学中重要的基本概念，它描述了岩体在自重作用下所受到的应力状态。
岩体自重应力的研究有助于深入了解岩体的力学性质和变形行为，为工程设计和施工提供重要的理论依据。
岩体自重应力的大小和分布规律对于评估岩体的稳定性、预测岩体的变形和破坏具有重要意义。
岩体自重应力在工程设计中的应用
岩体自重应力在工程监测与安全评价中的应用
技术和设备投入。
岩体自重应力场的形成与分布
岩体自重应力场的形成
岩体自重应力场的形成是由于地球引力作用，使岩体在垂直方向上受到向下的力，即岩体自重。
岩体自重应力场的大小和分布取决于岩体的密度、厚度、地形地貌以及地球的重力加速度等因素。
在水平岩层地区，岩体自重应力场主要表现为水平压力；在倾斜岩层地区，则同时存在水平压力和垂直压力。
THANKS
关。
在地下工程中，岩体自重应力常常会对隧道、矿井等结构的稳定
性产生影响。
构造应力
温差应力
温差应力是由于岩体内部温度变化引起的应力。
在地下工程中，由于岩体深埋地下，温度变化较大，温差应力常常会对隧道、矿井等结构的稳定性产生影响。
温差应力的计算需要考虑岩体的热传导性质和温度分布情况。
岩体形变应力
岩体自重应力的计算模型
均质各向同性岩体的计算模型
均质各向同性岩体计算公式
均质各向异性岩体的计算模型
均质各向异性岩体
计算公式
非均质岩体的计算模型
非均质岩体
计算方法
需要考虑岩体的非均质性对自重应力场的影响，通常需要通过有限元分析等方法进行计算。
岩体自重应力的工程应用
岩体自重应力在岩石力学中的作用
岩体形变应力是由于岩体变形产生的应力。

国开作业岩土力学-第8章岩体初始应力及其测量（5分）86参考（含答案）

题目：岩体初始地应力主要包括（）
选项A：自重应力和成岩应力
选项B：自重应力和温度应力
选项C：构造应力和自重应力..
选项D：构造应力和渗流荷载
答案：构造应力和自重应力..
题目：孔壁应变法根据广义虎克定律等推测岩体中的初始地应力，需要通过测量应力解除过程中的哪些数据（）
选项A：孔壁的应变
选项B：孔壁上的应力
选项C：孔径的变化
选项D：钻孔的变形
答案：孔壁的应变
题目：如果不进行测量而想估计岩体的初始地应力状态，则一般假设侧压力系数为下列哪一个值比较好（）
选项A：1
选项B：1
选项C：1.0
选项D：0.5
答案：0.5
题目：下列关于岩石初始应力的描述中，哪个是正确的（）选项A：垂直应力一定大于水平应力
选项B：构造应力以水平应力为主
选项C：自重应力和构造应力分布范围基本一致
选项D：自重应力以压应力为主，亦可能有拉应力
答案：构造应力以水平应力为主
题目：初始地应力是指下列哪种应力（）
选项A：支护完成后围岩中的应力
选项B：未支护时的围岩应力
选项C：开挖后岩体中的应力
选项D：未受开挖影响的原始地应力
答案：未受开挖影响的原始地应力
题目：构造应力指的是（）
选项A：垂直方向的地应力分量
选项B：水平方向的地应力分量
选项C：地质构造运动引起的地应力
选项D：岩体自重引起的地应力
答案：地质构造运动引起的地应力。

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z--深度/m。
温度应力是同深度的垂直应力的1/9，并呈静水压力状态。
返回
说明无侧压力
x 0
无侧压力深度
HO
2C cos
1 sin
2、岩体构造应力（判断、测试，不能计算）当构造应力存在时 1 。
3、影响岩体初应力状态的其它因素
（1）地形-自重的减小或增大
图6－7 地形对初应力的影响
（2）地质条件对初应力的影响。
图6-8背斜褶曲对地应力的影响
图6-9 断层对地应力的影响
第二节初始应力的组成与计算 1、岩体自重应力场
垂直应力： Z
HA
A
H
z H
侧压力： X y Z
H—总深度（m）
—平均密度，KN/m3
—侧压力系数的取值有4种可能图6-1 岩体自重垂直应力
（1）岩体假定处于弹性状态
由
x
y
出
x 1
z
得：
1
•岩体由多层不同性质岩层组成时(图6-2)
（3）岩体为理想松散介质（风化带、断层带）
由极限平衡理得
sin z x x z
1 sin x z 1 sin
y 1 sin z 1 sin
（4）当松散介质有一定粘聚力时
侧压力为：
x
H
1 sin 1 sin
2C cos 1 sin
注：当 x 0
第j层应力：
j
z j ihi
x j y j j z j
i 1
原始垂直应力和水平应力：
n
j
j 1 j
z ihi x y n z
i 1
图6-2自重垂直应力分布
（2）Heim假设（塑性状态）
当原始应力超过一定的极限，岩体就会处
于潜塑状态或塑性状态。
1 （相当于 0.5 ）
（3）水压力、热应力
孔隙水压力、流动水压力(影响小，可不计)、静水压力（悬浮作用）热膨冷缩在岩体中产生热应力。地温升高会使岩体内地应力增加，一般地温梯度： 3C /100m 岩体的体膨胀系数： 10-5，岩体弹模E=104MPa；地温梯度引起的温度应力约为：
T zE 0.03 10 5 10 4 zMPa 0.003 zMPa