[教育]6天然应力分布.pptVIP

6 岩体中的天然应力 6.1 概 述 6.2 岩体天然应力的分布特征 6.3 岩体天然应力的确定 6.1 概 述 一）、定义 1.天然应力(地应力、初始应力等）人类工程活动之前存在于岩体中的应力。 2.重分布应力（二次分布应力、附加应力等）由于工程活动改变了的岩体中的应力。 三）、天然应力的研究历史与研究意义 1.研究历史 ①世界上 : 1878年海姆提出天然应力 1932年，在美国胡佛水坝下的隧道中，首次成功地测定了岩体中的天然应力 到目前天然应力测点遍布全球，有几十万个测点。大部分是浅部，最深5108米（美国密执安水压致法）。 ②中国： 50年代末开始天然应力量测，有几万个测点，最深的有3958米（天津大港）。 2.研究意义 1）区域稳定 2）地下洞室稳定 3）边坡稳定 4）地基岩体稳定 6.2 岩体天然应力的分布特征 二）、铅直应力 （?V） 上覆岩体自重 ?V多为压应力 ?V多为最小主应力，少数为中间主应力与最大主应力 四）、天然应力比值系数?与深度z 的关系 定义：天然水平应力与铅直应力的比值为天然应力比值系数 ?，它 随深度增加而减小。 五）、应力轴与水平面的关系 据应力轴与水平面的关系，天然应力状态划分为： 水平应力场— 两个应力轴近水平，或与水平面夹角很小，另一应力轴近铅直，他的三个应力轴与空间坐标一致，我国大陆范围内属这种应力场; 非水平应力场—水平应力与水平面夹45°左右，另一轴与水平面夹0~45 °左右，分布于板块边缘。 六）、高天然应力的标志： 开挖洞室时，常产生岩爆、剥离； 收敛变形大，使开挖断面变小； 软弱夹层内的物质被挤出，节理闭合； 饼状岩心； 水下开挖无水渗出。 七）、影响天然应力的因素 1.地形起伏 a.水平应力向负地形集中，向正地形释放 b.在斜坡附近，应力方向发生偏转 6.3 岩体天然应力的确定 3、垂直层状岩体 二）、天然应力的量测 1、水压致裂法 假设： 天然应力为水平应力场，其铅直应力 钻孔假设在均质、各向同性、连续的线弹性岩体中 的一个小圆孔。作用应力为 ，根据弹性理论中的柯西解 ，未加水压力时，A’A两点的应力为： ， 在水压力作用下，钻壁产生拉破裂的条件为: 维持破裂展开，又不继续发展的条件为 联立上两式有 而： 因此，可得测点 的天然应力为 方向：据岩体破裂方向确定 2、应力恢复法（扁千斤顶法） ⑤重复 测量一个方向的 ??W ; ⑥计算天然应力:假定天然应力为水平应力场,当测得侧壁应力??R和底板应力??W 时,则有: 3、钻孔套芯应力解除法钻孔套芯应力解除法： ①基本原理 用消元法解三元一次方程，得： 应变计互为60°时，可按下列公式计算 t pc1 ps pc2 p0 破裂平行于 ，垂直于 ，破裂方向由压痕，井下电视确定。 优点：测深大，z可达数百米，目前最深达5108米；施工技术简单，不需要应力计等仪器。 千斤顶 油泵 时间 千斤顶压力 pc 测点分离值 d0 d 步骤： ①在岩壁上选择测点，固定A、B两点。d≈15厘米； ②刻槽 应力释放、变形 d0? d; ③安装扁千斤顶; ④加压 应力恢复 d ? d0，到d=d0时的千斤顶压力即为 ； · ++++++ ++++++ ++++++ 仪器 套芯解除 钻孔 同心套钻 放应变计 应力解除 应力计算 位移恢复 设天然应力为水平应力场，在其中打一钻孔 45° 45° ∴ ∵ ②计算公式：应变计互成45°，据上式有 * * → ← 重分布应力 ↓ ↑ ∧ ++++++ ++++++ ++++++ 天然应力 → ← ↓ ↑ ∧ 相对于第2洞室的天然应力 二）、天然应力的组成及起源 1.组成： 岩体自重→自重应力 构造运动→构造应力 流体作用→渗流应力 其它（地温、地球化学作用等） 2.起源（主要指构造运动的起源）： 板块运动 地幔热对流 地球自转速度变化 拉张区 挤压区 中国板块处在四大板块环绕中，它们碰撞挤压，形成了中国大陆岩体中的天然应力。 西南：印度板块向NNE挤压（5mm/a） 东：太平洋板块向W俯冲（1cm/a） 南：菲律宾板块向N俯冲 北：西伯利亚板块的阻挡 ?1迹线：N-NE-S