第六章地应力资料

4.2 地应力场的分布规律
➢ 1、地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是 时间和空间的函数。
➢ 2. 实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量。 ➢ 3. 水平应力普遍大于垂直应力。 ➢ 4. 平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小。 ➢ 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
➢ 当前的应力状态主要由最近一次的构造运动所控制，但也 与历史上的构造运动有关。
4.1 概 述
4.1.2 地应力的成因、组成影响因素
②自重应力和构造应力
(1)岩体的自重应力 gravitational stress
➢ 自重应力：地壳上部各种岩体由于受地心引力的作用而引起的应力，是由岩 体的自重引起的。
①地应力成因
地应力产生的原因十分复杂，至今尚不十分清楚 ➢ 大陆板块边界受压引起的应力场； ➢ 地幔热对流引起的应力场； ➢ 由地心引力引起的应力场； ➢ 岩浆侵入引起的应力场； ➢ 地温梯度引起的应力场；
➢ 地表剥蚀产生的应力场。
4.1 概 述
4.1.2 地应力的成因、组成影响因素
1915年，德国地球物理 学家魏格纳提出了大陆漂移 学说。到20世纪六十年代， 板块构造学说问世。认为连 续的地震活动带把岩石圈分 裂分割成若干个大小不同的 板块在软流圈上漂移。实际 上，不仅大陆板块在漂移， 大洋板块也在漂移。科学家 们在古气候、古生物、古地 磁和深海钻探等方面都找到 了大陆飘移的证据。
4.2 地应力场的分布规律
4.2 地应力场的分布规律
4.2 地应力场的分布规律
我国可分为三类基本反映构造应力场状态的地区：
➢ 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；
➢ 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；
关系。
➢ 6. 最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大， 显示出很强的方向性。
➢ 7. 地应力的上述分布规律还会受到地形、地表剥蚀、风化、 岩体结构特征、岩体力学性质、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。
4.2 地应力场的分布规律
中国大陆板块边界所受的外力分布
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。
活动构造应力（ active tectonic stress ），即狭义的地应力，是地壳 内现在正在积累的能够导致岩石变形和破裂的应力。 剩余的构造应力（ residual tectonic stress ）是古构造运动残留下来 的应力。
➢ 近代地质力学的观点认为，在全球范围内构造应力的总规 律是以水平应力为主。我国地质学家李四光认为，因地球 自转角度的变化而产生地壳水平方向的运动是造成构造应 力是水平应力为主的重要原因。
4.1 概 述
4.1.2 地应力的成因、组成影响因素
板块运动的驱动力 地幔对流
4.1 概 述
4.1.2 地应力的成因、组成影响因素
4.1 概 述
4.1 概 述
4.1.2 地应力的成因、组成影响因素
地应力分布理论
海姆（A.Heim)静水应力假设（1878，瑞士）：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
4.1 概 述
4.1.1 地应力基本概念
➢ 地应力（天然应力、初始应力等， virginal stress ） 人类工程活动之前存在于岩体中的应力。
➢ 重分布应力（二次应力、诱导应力等，induced stress ） 由于工程活动改变了的岩体中的应力。
4.1 概 述
4.1.2 地应力的成因、组成影响因素
岩石力学
第四章：岩体地应力及其测量方法
Rock mass stress and its measurement
4.1 概 述
岩体介质有别于其他任 何介质的主要特征在 于，岩体内部应力和 自重及地质构造运动 有着密不可分的联系。 受其影响导致岩体内 部初始应力场分布相 当复杂。
在工程荷载作用下，岩 体内部应力重新分布 导致工程产生变形和 破坏，所以了解初始 应力场在岩体内分布 情况就显得非常重 要。
金尼克弹性力学假设（1926年，苏联） 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。
4.1 概 述
4.1.2 地应力的成因、组成影响因素
地应力是静水压力？ 地应力以垂直应力为主？
➢ 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形成影响最大。
➢ 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。
x
y
n z
n 1 n
n
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4.1 概 述
4.1.2 地应力的成因、组成影响因素 ②自重应力和构造应力
(2)构造应力 techtonic stress ➢ 岩石圈运动在岩体内形成的应力称为构造应力。构造应力
在空间有规律的分布状态称为构造应力场。 ➢ 构造应力又可称为活动构造应力和剩余构造应力。
➢ 岩体自重作用不仅产生垂直应力，而且由于岩体的泊松效应和流变效应也会 产生水平应力。
➢ 研究岩体的自重应力时，一般把岩体视为均匀、连续且各向同性的弹性体， 因而，可以引用连续介质力学原理来探讨岩体的自重应力问题。
Hale Waihona Puke .1 概 述4.1.2 地应力的成因、组成影响因素
②自重应力和构造应力
(1)岩体的自重应力 gravitational stress
地下某深度处的岩体重力为： z H
若将此处岩体视作均匀弹性体，考虑广义胡克定律：
x
y
1 E 1 E
x y
y
z
z x
0
0
x
y
1
z
z
4.1 概 述
4.1.2 地应力的成因、组成影响因素
当岩体由多层不同密度的岩层组成时，其中的自重应力可 用如下公式计算：
n
z ihi i 1