第四章岩体地应力与其测量方法.ppt

第四章  岩体地应力及其测量方法; ;§4-1 概述 1、基本概念;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。 自重应力场：自重应力在空间有规律的分布状态称为自重应力场。 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。 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。;诱导应力（二次应力）:岩体开挖扰动了原岩的自然平衡状态，使一定范围内的原岩应力发生变化，变化后的应力称为诱导应力或二次应力。 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。 ;2、地应力的成因、组成成分和影响因素;二、自重应力和构造应力 （1）岩体的自重应力 在均匀岩体中，深度为z处的岩体的竖向自重应力为：;得：;在均匀岩体中，岩体的自重初始应力状态为：;对于均质成层岩体：;对于各向异性体，例如薄层状沉积岩：;岩体自重应力的特点： （a）水平应力σx、σy小于垂直应力σz ； （b） σx、σy、σz均为压应力； （c） σz只与岩体密度和深度有关，而 σx、σy还同时与岩体弹性常数E、μ有关； （d）结构面影响岩体自重应力分布。;在地壳浅部，可认为岩体处于弹性状态，μ=0.20~0.35,在深部，岩体转入塑性状态， μ=0.50 ，λ＝1，则有： σx= σy= σz＝γz 各向等压的应力状态，又称为静水压力状态。 著名的海姆假说（瑞士地质学家1878） ;（2）构造应力;b、构造运动的起因;§4-2 地应力分布规律; 四、平均水平应力σH与垂直应力σv 的比值随深度增加而减小。;七、地应力的分布规律还受地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。 地形：谷底是应力集中部位，最大主应力在谷底或河床中心近于水平，在岸坡则向谷底或河床倾斜，大致与坡面平行； 断层和结构面附近是应力降低区，断层端部、拐角处应力集中区，主应力方向大多平行或垂直于断层走向。;§4-3 高地应力区特征;倚插巍锦碘迁讲湾蕴兼锌河蚁浅烟唾羚姐刑肪深谋佑恢即览盏灿河庸喇策第四章岩体地应力与其测量方法第四章岩体地应力与其测量方法;2、高地应力现象 （1）岩芯饼化现象 （2）岩爆。在岩性坚硬完整或较完整的高地应力地区开挖隧洞或探洞的过程中时有岩爆发生。岩爆是岩石被挤压到弹性限度，岩体内积聚的能量突然释放所造成的一种岩石破坏现象。; (3)探洞和地下隧洞的洞壁产生剥离，岩体锤击为嘶哑声并有较大变形，在中等强度以下的岩体中开挖探洞或隧洞，高地应力状况不会像岩爆那样剧烈，洞壁岩体产生剥离现象．有时裂缝一直延伸到岩体浅层内部，锤击时有破哑声。在软质岩体中洞体则产生较大的变形，位移显著，持续时间长，洞径明显缩小。 (4)岩质基坑底部隆起、剥离以及回弹错动现象。在坚硬岩体表面开挖基坑或槽，在开挖过程中会产生坑底突然隆起、断裂，并伴有响声；或在基坑底部产生隆起剥离。在岩体中，如有软弱夹层，则会在基坑斜坡上出现回弹错动现象。 ;(5)野外原位测试测得的岩体物理力学指标比实验室岩块试验结果高。;4.3.2 岩爆及其防治措施;1.岩爆的类型、性质和特点 岩爆的特征可从多个角度去描述，目前主要是根据现场调查所得到的岩爆特征，考虑岩爆危害方式、危害程度以及对其防治对策等因素，分为破裂松脱型、爆裂弹射型、爆炸抛射型。 (1)破裂松脱型 围岩成块状、板状、鳞片状，爆裂声响微弱，弹射距离很小，岩壁上形成破裂坑，破裂坑的深度主要受围岩应力和强度的控制。 (2)爆裂弹射型 岩片弹射及岩粉喷射，爆裂声响如同枪声、弹射岩片体积一般不超过0.33m3，直径5~10cm。洞室开凿后，一般出现片状岩石弹射、崩落或成笋皮状的薄片剥落，岩片的弹射距离一般为2~5m。岩块多为中间厚，周边薄的菱形岩片。 (3)爆炸抛射型 岩爆发生时巨石抛射，其声响如同炮弹爆炸，抛射岩块的体积数立方米到数十立方米，抛射距离几米到十几米。 ;此外，也有把岩爆分为应变型、屈服型及岩块突出型的。 应变型，指坑道周边坚硬岩体产生应力集中，在脆性岩石中发生激烈的破坏，是最一般的岩爆现象； 屈服型，指在有相互平行的裂隙的坑道中，坑道壁的岩石屈服，发生突然破坏，常常是由爆破振动所诱发的； 岩块突出型，是因被裂隙或节理等分离的岩块突然突出的现象，也是因爆破或地震等而诱发的。 岩爆的规模基本上可以分为三类，即小规模的、中等规模的和大规模的。 ;2、岩爆产生的条件;