岩石力学-第五章0162484.pptVIP

《岩石力学》 《岩石力学》 * * 《岩石力学》 第五章 地应力 5.1地应力的基本概念 定义 地应力：系指天然环境下地壳岩土体内某一点所固有的应力状态，即未受人工开挖扰动的应力，称为地应力或原岩应力； 次生应力：受开挖、采动影响，在影响范围以内的原岩应力平衡状态被破坏后的应力称为次生应力或诱发应力； 应力重分布：原岩应力 次生应力的转换过程； * * 《岩石力学》 地应力的地位及重要性 地应力是地下工程围岩变形、破坏的根本渊源； 其地位相当于工程中习惯性理解的外荷载，但又与材料力学、弹性力学中泛指的外荷载有所不同； 地下工程是先受力，后开挖，并且地应力从开挖前到最终一直对围岩起着作用； 地应力是涉及地壳问题各个学科领域最基础的原始资料； * * 《岩石力学》 古典假说 海姆假说 海姆认为：原岩应力各向等压，即净水压力状态。他认为，铅重应力以上覆岩体的重量，历经漫长的地质年代后，由于材料的蠕变性及地下水平方向的约束条件，导致水平应力最终与铅重应力相均衡； 即： 式中， —水平应力； —垂直应力；—为上覆岩层容重； —为深度； 这一法则，仍为许多岩石力学家在认识深部地应力状态时所接受； * * 《岩石力学》 金尼克假说 认为：根据弹性力学理论，假定岩体是均匀的、连续的弹性介质体，得出水平应力总归小于铅重应力的结论； 即： 式中， —为上覆岩层的泊松比； 通常称 为侧应力系数； 岩石的泊松比的常值范围为0.15~0.30； 当 时， ，即海姆假说只是金尼克假说的一个特例； * * 《岩石力学》 地应力的成因 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 地温剃度引起的应力场 地表剥蚀产生的应力场 * * 《岩石力学》 中国板块主应力迹线图 * * 《岩石力学》 5.2 地应力的变化规律 地应力是个相对稳定的非稳定应力场； 实测铅垂应力基本等于上覆岩层重量； 水平应力普遍大于铅垂应力； 平均水平应力与铅垂应力的比值随深度增加而减小，但在不同地区，变化的速度很不相同； 最大水平主应力方向受地质构造影响最大； 见P134，图3-2，3-3， * * 《岩石力学》 世界各国垂直应力随深度的变化规律图 * * 《岩石力学》 世界各国平均水平应力与垂直应力的比值随深度变化的规律图 * * 《岩石力学》 5.3地应力的实测方法 地应力实测的基本原理 岩体中任一点三维应力状态示意图 * * 《岩石力学》 原位测量是目前取得工程需要的不同深度原岩应力可靠资料的唯一方法； 实测方法因其所用传感器原理和结构的不同而有许多种：孔径变形法、水压致裂法、孔壁应变法、空心包体应变法。其中，前二种是二维应力测量，可以测量与钻孔轴线垂直截面上的原岩应力分量；后二种是三维应力测量，可以一次测得全部六个应力分量； 原岩应力是岩体内一点各个方向的应力分量总体的度量； 任何一种实测方法都需要通过扰动（通常是打钻孔），打破原有状态，在从一种平衡状态到新的平衡状态过程中，通过对力或应力的效应的间接测定来实现； * * 《岩石力学》 力或应力引起的最常见的效应是产生应变和位移； 数据处理：它一般是一个由观测的应变到应力及分析过程，最终获得原岩应力状态的结果。 直接测量法：由测量仪器直接测量和记录各种应力量，如补偿应力、平衡应力，并由这些应力量和原岩应力的相互关系，通过计算获得原岩应力值； 间接测量法：不直接测量应力量，而是借助某些传感器元件或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的间接物理量的变化，如岩体中的变形或应变、弹性波传播速度变化等，然后由测得的间接物理量的变化，通过已知的公式计算岩体中的应力值； * * 《岩石力学》 水压致裂法 基本原理 建立在弹性力学平面问题理论的基础上； 三个假设条件：围岩是线性、均匀、各向同性的弹性体；围岩为多孔介质时，注入的液体按达西定律在岩石孔隙中流动；岩体中地应力的一个主应力为铅垂方向，与铅垂向测量孔一致； 注意：对钻孔横截面上二维地应力状态的测量，对测量钻孔是否为铅垂并无要求； * * 《岩石力学》 水压致裂法地应力测量原理示意图 水压致裂应力测量原理 * * 《岩石力学》 水压致裂法地应力测量压裂过程曲线 水压致裂法地应力测量压裂过程曲线 * * 《岩石力学》 套钻孔应力解除法 基本原理 基本假定：围岩是线性、均匀、各向同性的弹性体；岩体加载、卸载过程中具有同样的应力—应变关系；解除孔径不小于3倍测孔直径，可近似处理为厚壁圆筒问题； 原理示意