地应力状态在场地稳定性评价中的运用.pptVIP

自然历史分析法之— 地应力状态在场地稳定性评价中的运用 1 前言 2 岩体的自重应力场 3 岩体的构造应力场 4 地应力分布的主要规律 5 地应力的工程应用 1 前言 地应力（天然应力/natural stress）是存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。岩体的地应力主要是由岩体的自重和地质构造运动所引起的。地面和地下工程的稳定状态与岩体的初始应力状态密切相关。通常情况下，对于岩石工程来说，主要考虑自重应力和地质构造应力。下面列举了一些与地应力有关的概念。 古应力场：在地史时期作用的应力场。 现应力场：现今作用的应力场。 构造应力场：由构造作用造成的应力场。从活动的地质时期划分：第三纪以前的构造应力场为古构造应力场；第三纪以来的构造应力场为现代构造应力场。（注：地质力学泛指燕山运动以前的构造应力场为古构造应力场） 地应力（天然应力/natural stress）：存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。 自重应力（gravitational stress）：由于上覆岩体重量引起的应力。 构造应力(tectonic stress)：由于岩石圈板块的相对位移引起的应力。 区域应力(regional stress)：在相对大的地质区域内的应力状态。 局部应力(local stress)：在相对小的地质区域内的应力状态。 感生应力(induced stress)：受工程活动扰动的天然应力。 残余应力(residual stress)：形成应力的机制停止作用后仍然在岩体中存在的应力，这种应力可被当作是在不受外界作用的隔离体内。 重点: 自重应力和构造应力。 2 岩体的自重应力场 （略） 3 岩体的构造应力场 地质构造运动产生的地质构造应力，在岩体中不可能无限地积累起来，视所处地区不同或地质条件不同，岩体的构造应力可能全部或部分释放，成为残余应力。一般认为自重应力是主应力之一；另两个为水平主应力。 3.1野外调查初步判别地应力状态的方法 3.1.1断裂构造与主应力方向的关系 1)断层与主应力方向的关系 正断层：最大主（压）应力轴σ1为垂直状态，中间主应力轴σ2与最小主（压）应力轴σ3为水平状态，断层走向与中间主应力轴平行。逆断层：最小主（压）应力轴σ3为垂直状态，最大主（压）应力轴σ1与中间主应力轴σ2为水平状态，断层走向与中间主应力轴平行。 平移断层：中间主应力轴σ2为垂直状态，最大主（压）应力轴σ1与最小主（压）应力轴σ3为水平状态。 3.2 水压致裂法测量地应力 3.2.1方法原理及技术 基本点是通过液压泵向钻孔内拟测量深处佳液压。将孔壁压裂，测定压裂过程中的各特征点压力及开裂方位，然后根据测得的压裂过程中泵压表头读数，计算测点附近岩体中地应力大小和方向。压裂点上、下用止水封隔器密封，其结构如图1。水压致裂过程中泵压变化及其特征压力示于图2。以垂直向的地应力σz为主应力之一，则其他两个地主应力为水平面的平面内。当孔壁出现垂直裂缝时，设孔周两个地应力分别为σ1h和σ2h，孔壁还受水压Pb。 图1 止水、压水工作原理 P0：岩体内孔隙水压或地下水压力； Pb：注入钻孔内液体压力将孔壁压裂的初始压裂压力； Ps：液体进入岩体内连续地将岩体劈裂的液体压力，称为稳定开裂压力； Ps0：关泵后压力表上保持的压力，称为关闭压力。如果围岩渗透性大，该压力将之间衰减； Pb0：停泵后重新开泵将裂缝重新张开的压力，称为开启压力。 图2 泵压变化及特征压力 3.2.2基本理论和计算公式 如图3。根据图4.2上各特征点压力及理论分析求得主应力及岩体抗拉强度T0值得关系，即： σ2h＝Ps0 Pb－Pb0＝T0 σ1h＝3σ2h－Pb＋T0 或σ1h＝3 Ps0＋Pb0 3.2.3应用的特点 1)设备简单：只需用普通钻探打孔，用双止水装置密封，用液压泵通过压裂装置压裂岩体，不需要复杂的电磁测量设备。 图3 孔壁开裂力学模型 2)操作方便：只通过液压泵向钻孔内注液压裂岩体，观测压裂过程中泵压、液量即可。 3)测值直观：可根据压裂时泵压（初始开裂泵压、稳定开裂泵压、关闭压力、开启压力）计算出地应力值，不需要复杂的换算及辅助测试，同时还可以求得岩体抗拉强度。 4)测值代表性大：所测得的地应力值及岩体抗拉强度是代表较大范围内的平均值，有较好的代表性。 5)适应性强：不需要电磁测量元件，不怕潮湿，可在干孔及孔中有水条件下作试验，不怕电磁干扰，不怕震动。 3.2.4缺点及解决办法 水压致裂法的缺点是地主应力方向难以确定，一般可以通过分析的方法来初步解决，即； 1)可用印模器或井下电视测出σ1h、σ2h的方位。即将压裂时安装的封隔器取出后，将印模器放