水电工程地质岩体力学第5章 岩体天然应力及其测量.ppt
第5章岩体天然应力及其测量岩石力学课程组华北水利水电学院
学习指导本章主要介绍了岩石的初始应力概念，包括自重应力和构造应力，介绍了初始应力的量测方法及原理，包括应力解除法和应力恢复法。
重点岩体的初始应力概念岩体初始应力的测量方法
5.1概述地壳在漫长的地质年代里始终处于不断运动与变化之中，例如，由于地壳的构造运动常使岩层产生褶皱、断裂和错动，这些现象的出现都是岩层或岩体受力的结果。引起岩体产生应力的原因很多，有构造运动所产生的构造应力，由上覆岩体的重量所引的自重应力、气温变化所引起的温度应力、地震力以及由于结晶作用、变质作用、沉积作用、固结作用、脱水作用所引起的应力，其次还有由于地下开挖在洞室围岩中所引起的应力重分布和高坝等建筑物在岩基中所引起的附加应力等。岩体中的应力有的是由于人类活动而引起的，有的那么在工程建筑之前早就产生了。但凡在工程施工开始前就已存在于岩体中的应力，称为初始应力或天然应力或地应力(构造应力和自重应力都是初始应力)。初始应力的大小主要取决于上覆岩层的重量、构造作用的类型、强度和持续时期的长短等。
5.2岩体的初始应力自重应力静止侧压力系数
5.2岩体的初始应力海姆假说当侧压力系数K=1时，就出现侧向水平应力与垂直应力相等的所谓静水压力情况。这就是1878年著名瑞士地质学家海姆(Heim)所指出的情况。他根据在开挖横贯阿尔卑斯山的大型隧洞的观察中，发现隧洞的各个方向上都承受着很高的压力。于是他提出了著名的海姆假说：在岩体深处的初始垂直应力与其上覆岩体的重量成正比，而水平应力大致与垂直应力相等。
5.2岩体的初始应力构造应力在漫长的地质年代里，由于地壳的构造运动，不仅在岩层或岩体中引起构造应力，同时也在岩层和岩体中引起相应的变形，这种变形表现为各种岩层和岩体以不同产状、形状和一定的几何形态有规律地分布于地壳中。对于现时还在活动的构造应力场的研究，主要的手段之一就是进行构造应力的实测。对于过去所形成的古构造应力场的研究，最重要的手段就是在野外对于古时地壳运动所遗留下来各种踪迹进行实地调查研究，并确定各种构造型式的存在和它们的构造特征。然后再采用各种相应的方法进行模拟实验，同时配合有关应力场的理论分析进行研究。
5.2岩体的初始应力
5.3岩体初始应力的量测方法应力解除法的根本原理
5.3岩体初始应力的量测方法应力解除法的空间应力量测共面三孔交汇法确定三维应力
5.3岩体初始应力的量测方法应力解除法的空间应力量测孔壁应变测试法
5.3岩体初始应力的量测方法应力恢复法利用应力恢复法量测岩体外表应力时，应在岩体外表沿不同方向安置三个应变计，以便能够测出岩体沿这三个不同方向的伸缩变形。先读出应变计的初始读数。然后，沿着与所测应力相垂直的方向开挖一狭长槽，如以以下图。