第六章_岩体的初始应力状态演示幻灯片.ppt

第六章 岩体的初始应力状态;第一节 初始应力状态的概念与意义;3．应力重新分布：由原岩应力平衡状态到次生应力平衡状态的转化过程，叫应力重新分布。 4．原岩应力的组成 1）自重应力—某一点的自重应力是上覆岩层 的自重所引起，与上覆岩层的质量和埋藏深 度有关 。 2） 构造应力—地质构造运动引起的地下某点 的应力。与岩体的特性（节理分布、岩体 弹塑性、粘性特性）和地质构造现象有关。 ; 3） 其它作用—地形、地震、水、地温等均可 产生地应力。 三种作用中，自重应力与地质构造应力是主要的，普遍存在着地应力 。 5．围岩—地下开挖后影响开挖范围稳定性的周围岩体 。 6．研究初始应力状态的意义—确定应力变化、设计工程支护 。;第二节 初始应力状态的应力场计算;;图6-1 岩体自重垂直应力 ;推导 ： 100米处岩体应力： ;则： ; 广义虎克定律（弹性力学应力关系） ; 即： ;图6-3 松散岩体内的侧向应力 ;几种自重应力理论的解释 ;第三节 岩体初始应力状态的现场量测方法; 原岩应力是岩体内一点各个方向上应力分量总体的量度。一般情况下，六个应力分量是非零的，处于相对静止平衡状态，无法直接得知。因此，任何一种实测方法都需要经过扰动（通常是打钻孔），打破原有平衡状态，在从一种平衡状态到新的平衡状态的过程中，通过对力或应力效应的间接测量来实现。力或应力引起的最常见的效应是产生应变或位移，借助传感器将受到的应变或位移的变化传递给二次仪表取得测量数据，进一步根据测量的应变（位移）经力学反分析，最终获得原岩应力状态的结果。; 4．原岩应力测量方法 1）应力解除法 2）应力恢复法 3）水压致裂法 ;表6-1 地应力测量方法一览表;第四节 初始应力现场量测方法 ;（二）基本理论和计算方式 ;考察钻孔内压力P的变化导致孔裂的变化;T0—岩体抗拉强度的数值，0。 ;停泵后水压继续下降至Ps，为裂缝闭合压力。 ;即 ;图6-11 压裂过程泵压变化及特征压力;图中：;（三）水压致裂法的特点 1．设备简单。只需用普通钻探方法打钻孔，用双端止水装置密封，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。 2．操作方便。只通过液压泵向钻孔内注液压压裂岩体，观测压裂过程中泵压、液量即可。 3．测值直观。它可根据压裂时泵压（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。这一方法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。 因此，这一方法越来越受到重视和推广。但它存在一个较大的缺陷，即主应力方向定不准。;三、应力解除法 1）原理：当需要测定岩体中某点的应力状态时，人为地将该处的岩体单元与周围岩体分离，此时，单元体上的应力将解除。同时，该单元体的几何尺寸也将产生弹性恢复，应用一定的测定手段测定弹性恢复的应变，借助弹性理论的解答等计算应力状态。 2） 应力解除法的具体方法很多，按测试深度可以分为表面应力解除、浅孔应力解除及深孔应力解除。按测试变形或应变的方法不同，又可以分为孔径变形测试，孔壁应变测试及钻孔应力解除法等。 下面主要介绍常用的钻孔应力解除法。 ; 钻孔应力解除法可分为岩体孔底应力解除法和岩体钻孔套孔应力解除法。 （一）岩体孔底应力解除法 岩体孔底应力解除法是向岩体中的测点先钻进一个平底钻孔，在孔底中心处粘贴应变传感器（例如电阻应变花探头或是双向光弹应变计），通过钻出岩芯，使受力的孔底平面完全卸载，从应变传感器获得的孔底平面中心的恢复应变，再根据岩石的弹性常数，可求得孔底中心处的平面应力状态。由于孔底应力解除法只需钻进一段不长的岩芯，所以对于较为破碎的岩体也能应用。; 孔底应力解除法主要工作步骤参见图6-13，应变观测系统参见图6-14。并将应力解除钻孔的岩芯，在室内测定其弹性模量E 和泊松比，即可应用公式计算主应力的大小和方向。由于深孔应力解除测定岩体全应力的六个独立的应力分量需用三个不同方向的共面钻孔进行测试，其测定和计算工作都较为复杂，在此不再介绍。 （二）岩体钻孔套孔应力解除法 采用本方法对岩体中某点进行应力量测时，先向该点钻进一定深度的超前小孔，在此小钻孔中埋设钻孔传感器，再通过钻取一段同心的管状岩芯而使应力解除，根据恢复应变及岩石的弹性常数，即可求得该点的应力状态。 ;;; 该岩体应力测定方