岩体天然应力的分布特征

第二节岩体天然应力的分布特征

一、中国天然应力的分区性

中国板块处在四大板块环绕中，西南面受印度板块向NNE挤压（5mm/a），东面受太平洋板块向W俯冲（1cm/a），南面受菲律宾板块向N俯冲，北面受西伯利亚板块阻挡。如下图：

在它们碰撞挤压下，形成了中国大陆岩体中的天然应力，大致可以以东经100～105°为界分东西两区。东西两区的天然应力特征差别很大。例如：

（1）天然应力强度：西强东弱（西高东低）

（2）最大水平应力方向：西区以NNE-SSW为主，东区近E-W方向，如下图：

二、铅直应力（σV）

铅直应力主要由上覆岩体自重构成，因此可用下式估算：

因此，σV随深度的增加而线性增加。天然应力的实测结果也证实了这一点。铅直应力与埋藏深度关系的实测结果见下图。

σV多为压应力，且σV多为最小主应力，少数为中间主应力与最大主应力。

三、水平应力（σh )

1、岩体中天然应力常以水平应力为主，即σh > σV ，特别是 σhmax > σV ,据统计资料： σh /σV ≈0.8-3.0 ，说明岩体中水平天然应力主要受地区现代构造应力场的控制;

2、水平应力具有强烈的各向异性，即σh 1≠ σh 2 ，我国华北σhmin / σhmax ≈0.2-0.8，华南σhmin /

σhmax ≈0.3-0.75 。原因a.岩体各向异性;b.构造运动的方向性;

3、水平天然应力以压应力为主，仅在一些裂谷区、地堑区出现拉应力，且是以一向压，一向拉多见。另外在地表卸荷带影响区，也可能出现水平应力为拉应力的现象。

四、天然应力比值系数λ与深度z 的关系

1、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(λ)。

2、特点：天然应力比值系数随深度增加而减小。见右下图。

五、主应力平面与水平面的关系

据主应力平面与水平面的关系，天然应力状态划分为：

1、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，三个应力轴与空间坐标一致，我国大陆范围内属这种应力场;

2、非水平应力场：水平应力与水平面夹45°左

右，另一轴与水平面夹0~45°左右，分布于板块边缘。

六、高天然应力

有些部位岩体天然应力极高，对工程建设影响极大。 高天然应力标志主要有以下几点：

•开挖洞室时，常产生岩爆、剥离；

•收敛变形大，使开挖断面变小；

•软弱夹层内的物质被挤出，节理闭合；

•饼状岩心；

•水下开挖无水渗出。

七、影响天然应力的因素

1、地形起伏

水平应力向负地形集中，向正地形释放，见下图

在斜坡附近，应力方向发生偏转，见下图

2、地表剥蚀

地表剥蚀后，天然应力比值系数必有>1的情况出现。

3、岩体性质

硬岩往往可积累较高的应力，而软岩则相反

4、地下水

产生渗流应力

5、地温

产生温度应力