第6章 岩体中的天然应力

第 六
2、铅直应力 （V）
章
上覆岩体自重
V 2.7gh
岩 体 中 的
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
天 应力
然
应
力
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第 3、 水平应力（ h）
六 章
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
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
§6.1 概 述
六 章
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。
岩
–收敛变形大，使开挖断面变小；
体
–软弱夹层内的物质被挤出，节理闭合；
中
的
–饼状岩心；
天
–水下开挖无水渗出。
然
应
力 精品课件
第 六 7、影响天然应力的因素 章
(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
岩 体
中
+
h
的
+
++++
天
+
然
应
力 精品课件
第 (2)地表剥蚀
i gzi
h1
h2
1
E|| E
V
2z2 3z3
i zi
的
天
然
应
力 精品课件
…
A · h
第 六 (3)垂直层状岩体 章
V
gz
岩 体 中 的
h1
1
E E|
V
h2
1
V
z
…
·
A
h
天 然 应 力
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第
六 章
2、天然应力的量测
天
水压致裂法
岩 体 中 的 天
然 应
应力恢复法（扁千斤顶法）
天 然
GPS测量 地震震源机制解
应
力 精品课件
第 六 1、根据自重应力理论确定岩体中的天然 章 应力
地质构造简单、地层平缓、当地侵蚀基准面
岩 (1)均质各向同性岩体
体
中 的 天 然

z
A ·h
应
力 精品课件
第 六 章 (2)水平层状岩体
1z1
岩 体 中
V
n i 1
受地区现代构造应力场的控制;
岩 体 中
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 。
的 原 因a.岩体各向异性;b.构造运动的方向性;
天 水平天然应力以压应力为主，仅在一些裂谷区、
然 地堑区出现拉应力，且是以一向压，一向拉多
岩 1932年，在美国胡佛水坝下的隧道中，首次
体
成功地测定了岩体中的天然应力
中 到目前天然应力测点遍布全球，有几十万个
的
测点。大部分是浅部，最深5108米（美国密
天
执安水压致裂法）。
然 ②中国：
应 50年代末开始天然应力量测，有几万个测点，
力
最深的有3958米（天津大港）。
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第
六 章
(2)研究意义
第 六 章
❖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）
岩 体 中 的 天 然 应 力
•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-SSE
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应 见。另外在地表卸荷带影响区，也可能出现水
力 平应力为拉应力的现象。 精品课件
第 4、天然应力比值系数与深度z 的关系 六 章 定义：天然水平应力与铅直应力的比值为天
然应力比值系数()，它随深度增加而减小。
岩
体
中
的
天
然
应 力
(0.31z0)0ha v(0.51z5)0
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第 5、主应力与水平面的关系 六 章 据主应力与水平面的关系，可划分为：
应
力 精品课件
第
六 章
(3)结构面
……
1
…
岩 (4)岩体性质
体 硬岩往往可积累较高的应力，而软岩则相反
中 的
(5)地下水
天 产生渗流应力
然 应
(6)地温
力
产生温度应力
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第
六 §6.3
章
岩体天然应力的测量
自重应力理论
岩 天然 天然应力测量
体 中 的
应力 确定 方法
地变形量测
大地水准测量 三角网测量
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
岩 体
个应力轴与空间坐标一致，我国大陆范围 内属这种应力场;
中
的 非水平应力场—水平应力与水平面夹45° 天 左右，另一轴与水平面夹0~45 °左右，分 然 布于板块边缘。
应
力 精品课件
第
六 章
6、高天然应力
标志
–开挖洞室时，常产生岩爆、剥离；
六 章
gz0 h 0 0gz0
剥蚀
原地面
0 h
z0
z
现地面
岩 'gz0gz
体 g(z0z) gz
中 的 天
h'0 gz 1
· h
'
z
· h'
o
然 应
g(0z0
1
z)
g0(z
z) 1
z
力
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第
六
章
h' g0(zz)1z
'
gz
岩 体 中
001zz
的
天 该式说明：剥蚀后，岩体中一点 增大了， 然 当△Z大到一定值时，必有>1的情况出现。
力
套芯应力解除法
的
量
光弹法
测
方
声发射法
然 应
法
X射线法
力 精品课件
第 (1)水压致裂法 六 章
岩 pc1 体 中 ppcS2
的 p0
天
t
然 图7-3水压力随时间的变化曲线
应
力
hmin
A
岩 体
(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。
中
的 天 然 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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第 六
2、天然应力的组成及起源
章
(1)组成：
gh
•岩体自重→自重应力 •构造运动→构造应力
力岩 体 中 的 天 然 应
• 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 章
1、 分区性（以中国为例）
岩
体
中
的
天
然
以东经100～105o为界分东西两区。
应 力
强度上：西强东弱（西高东低） 方向上：西： NNE-SS精W品为课件主，东：近E-W。
V
h1
h2
1 V
•流体作用→渗流应力 pwg(hz)
岩
•其它（地温、地球化学作用等）
体
中 的
(2)起源（主要指构造运动的起源）：
天
• 板块运动
然
• 地幔热对流
拉张区 挤压区
应 • 地球自转速度变化
力 精品课件
第 3、天然应力的研究历史与研究意义 六 (1)研究历史 章 ①世界上 :
1878年海姆提出天然应力