第六章 岩体的初始应力.pptVIP

1. 掌握初始应力、构造应力的概念，掌 握自重应力的计算方法； 2. 了解原岩应力的一般规律及影响原岩应分布的因素； 3. 了解岩应力的实测方法 ;1 岩体初始应力状态的概念与意义 ;研究岩体初始应力状态的工程意义： 正确确定开挖岩体过程中的岩体内部应力变化 合理设计地下工程的支护尺寸 ;2、 组成岩体初始应力状态的各种应力场及其计算;; 对于具有一定粘聚力的松散岩体，侧向应力?x与垂直应力?z之间的关系为 （6-9） ? 显然，在一定深度范围，側向应力?x 有可能为负； 令?x=0，则由上式可得： （6-10） ? 当HH0时，才开始出现侧向应力?x，并随深度成正比增加。 二、岩体构造应力场 1．构造应力的确定 构造应力尚无法用数学力学的方法进行分析计算，而只能采用现场应力量测的方法来求得，但是构造应力的方向可以根据地质力学的方法加以判断。 ;（a）正断层（b）逆断层（c）平推断层（d）岩脉（e）褶皱 ? 图6-4 由地质特征推断的应力方向（a）~（e）均为平面图 ;2．地表剥蚀时侧压力系数的影响 ? 图6-5 侵蚀对某一深度上的应力的影响 ; 设某深度H0的一个岩石单元，该处初始侧压系数?0 上覆岩体剥蚀了厚度?H，使岩石单元受到卸载作用，卸载后，垂向应力?v减小了??H，水平应力?n则减少了??H ?/（1- ?）（按弹性卸载考虑） 则此时岩石单元的侧压力系数为： （6-11） 由于剥蚀后岩石单元埋深 H=H0 ??H，所以： ? 可见，由于上覆岩体被剥蚀，使侧压力系数?有增加的趋势， 当深度小于一定数值时，会出现水平应力?n大于垂直应力?v。;三、影响岩体初始应力状态的其他因素 （一）地形 山谷谷底的应力很大: 与岩体的均质程度有关（图6-6 ) 地形对岩体初始应力影响的另一特征: (图6-7）;（二）地质条件对自重应力的影响 图6-8 背斜: 两翼应力增大, 中部应力降低; 向斜: 两翼应力降低, 核部应力增大. 图6-8 断层: 山峰地应力低, 山谷地应力高 （三）水压力和热应力 ;3．岩体初始应力状态的现场量测方法;二、水压致裂法 （一）方法原理及技术 基本原理 ：? Po——孔隙水压或地下水压力。 Pb——初始压裂压力。 Ps——液体进入岩体内连续地 将岩体劈裂的液压，称为稳定 开裂压力。 Pso——关泵后压力表上保持的 压力，称关闭压力。 Pbo——开启压力。 ;（二）基本理论和计算公式 室内及现场资料表明：钻孔壁在液压下的初始开裂经常是垂直的。 设孔周水平地应力为?1h、?2h孔壁还受有水压Pb，此时，钻孔周围岩体内应力： ? ?r=1/2(?1h + ?2h)(1-a3/r2)+ Pb a2/r2 +1/2(?1h - ?2h)(1- 4a2/r2 + 3a4/r4)cos2? ? ? =1/2(?1h + ?2h)(1+a3/r2)- Pb a2/r2 （6-13） -1/2(?1h - ?2h)(1- 3a4/r4)cos2? ? 当? = a，即孔壁处，则， ?r= Pb ? ? = (?1h + ?2h)- Pb -2 (?1h - ?2h) cos2? （6-14） 当? = 0时，??有最小值，即： ; 按最大拉应力理论有： ?? ? ?To （6-16） 时，孔隙开裂，式中，To为岩体抗拉强度。 据此，可求得孔壁破裂的应力条件为： 3?2h ??1h ?Pb +T0=0 （6-17） 或?1h =3?2h ?Pb +T0 （6-18） 如果岩体中有孔隙水压力Pw时，则式6-18）变为： ?1h =3?2h ?Pb +T0 –Pw （6-19） 若水泵重新加压使裂缝重新开裂的压力Pbo称为开启压力，即 此时To=0 ，则式（6-19） ?1h =3?2h ?Pb0 –Pw （6-20） ; 对比式（6-19）与式（6-20），可得， Pb –Pb0 =T0 （6-21） 在关闭压力Pso这一特征点上，孔壁已开裂，即To=0，所以 ，此时，Pso等于与裂隙面垂直的应力，亦即： ?2h =Pso （6-22） 由此通过分析：可得出主应力及岩体抗拉强度 值： ?2h =Pso Pb