【2017年整理】六岩体的初始应力状态.ppt

原岩：未经工程开挖而又不受开挖影响仍处于自然平衡状态的岩体，称为原岩。 ? 原岩应力：原岩中天然赋存的应力称为原岩应力，又称为初始应力或地应力。 围岩：受工程开挖影响应力发生重新分布的岩体。 围岩应力：洞室开挖后，周围岩体失去原来的支撑，开始向洞内位移，引起洞周一定范围内岩体应力改变，重新调整形成新的应力，称为围岩应力，也称次生应力或二次应力。 自重应力：地壳上部各种岩体由于受到地心引力的作用而产生的应力。它是由岩体自重引起的。 ;构造应力：由地质构造作用产生的应力称为构造应力。或地壳中长期存在着一种促使构造运动发生和发展的内在力量，这就是构造应力。 原岩应力场：原岩应力在岩体空间有规律的分布状态称为原岩应力场，又称为初始应力场。即未经采动的岩体在天然状态下所具有的应力状态。 构造应力场：构造应力在空间有规律的分布状态称为构造应力场。 原岩应力≈自重应力＋构造应力 迄今为止，对原岩应力还无法进行较完善的理论计算，而只能依靠实际测量来建立岩体中初始应力状态。;在均匀岩体中，岩体的垂直应力?z等于上浮岩体的重量：; 若认为岩体为均质、连续且各向同性体，各岩体单元横向变形为0，即?x= ?y=0，则由广义胡克定律： ; 岩体自重应力随着深度呈线性增加，浅部处于弹性状态；超某一临界深度（砂岩500m、花岗岩2500m），岩体处于潜塑状态或塑性状态（开挖前为弹性，开挖后呈塑性），此时，其?近于0.5，则?近于1.0，岩体所受垂直与水平应力相等，即静水压力状态，该现象瑞士地质学家海姆（A.Heim）1987年在研究阿尔卑斯山深大隧道时发现，称为海姆假说。;;正断层：?1自重应力， ?3与断层走向正交 逆断层：?3自重应力， ?1与断层走向正交 平移断层：?2自重应力， ?1与断层走向成30°~45°夹角，且?1与?2均为水平方向， 岩脉、褶曲均可推断构造应力方向，见图6-3。; 除地质构造和自重应力外，地形、地质构造形态、岩体力学性质、水、温度等。 （一）地形;（二）地质构造形态;（三）岩体力学性质;（五）温度; 目前，原岩应力实测深度达3000m。在这一深度内，原岩应力变化规律大致可归纳为以下几点：; 全世界实测?V统计资料分析表明，深度25~2700m， ?V线性增加，大致为?=27kN/m3计算的自重应力，部分地区存在偏差（测量误差、板块移动、岩浆侵入、扩容、不均匀膨胀等）。 霍克（E.Hoek）与布朗（E.T.Brown）; 实测表明，大多地区两个主应力方向水平或接近水平，其与水平面夹角一般不大于30°。最大水平主应力?h,max普遍大于垂直应力?v ，其比值一般为0.5~5.5，大多数情况，比值大于2。 ?h,max与?h,min的算术平均值?h,av与?v的比值一般为0.5~5.0，大多数为0.8~1.5。这说明在地壳浅部岩体平均水平应力普遍大于垂直应力。 垂直应力大多时为最小主应力；少数时为中间主应力；个别时为最大主应力。这是由于构造应力主要以水平应力为主。; 表6-1为世界部分国家水平应力与垂直应力比值统计。; 图6-8为世界部分国家取得的实测结果。; 图6-8表明，深度不大的情况下， ?h,av/?v的值相当分散。随着深度增加，该值的变化范围逐步缩小，并趋近于l，这说明在地壳深部有可能出现静水压力状态。 霍克和布朗根据图6-8所示结果回归出以下公式：; 通过研究南部非洲、美国、日本、冰岛及加拿大等地区的初始应力量测结果，得到地壳内水平应力随深度增加呈线性关系增大是普遍规律。 斯蒂芬森（O.Stephansson）等人根据实测结果给出了芬诺斯堪的亚古陆最大水平主应力和最小水平主应力随深度H（m）变化的线性方程：; 一般，最小水平主应力与最大水平主应力的比值相差较大，显示出很强的方向性，其比值通常为0.2~0.8，多数情况为0.4~0.8 ，见表6-2。;量测目的：了解岩体中应力的大小与方向，为岩体工程受力状态及岩体支护与加固提供依据，也可预报岩体失稳和岩爆发生；分为初始地应力和地下工程应力分布量测。 量测方法：一种是硐室表面测量，再把开挖扰动考虑进入（不准确，甚至完全错误；二是硐室表面打小孔进入原岩应力区后小孔内进行测量，应力解除法与水压致裂法）。 具体的方法：据量测原理的不同有应力恢复法、应力解除法、应变恢复法、应变解除法、水压致裂法、声发射法、X射线法、重力法共八类。;1、基本原理 对测试段钻孔用特制封隔器密封起来，然后对密封段加高压水直至孔壁岩石产生张裂隙。根据裂