第5章2010-地应力及其量测.pptVIP

1、海姆假说 海姆(Heim ,1878)指出: 当侧压力系数为1时，就出现侧向水平应力与垂直应力相等?静水压力情况。 2.研究意义 5.2 岩体中的天然应力 5.2.1 岩体自重应力 5.2.2 岩体构造应力 1.岩体构造应力 ? 在地壳运动和造陆运动中积累或剩余的一种分布力。 2.构造应力场?动态变化。 3.影响构造应力场的主要因素很多、程度也不同。 4.目前研究构造应力场的主要的手段?构造应力的实测。 5.2.3 岩体中的天然应力分布规律（7点） 1．地应力是时间与空间的函数（相对稳定） ； 2．实测垂直应力 ? 上覆岩层的重量； P147图5-3 3．水平应力 垂直应力；P147表5-1 4．水平应力与垂直应力的比值随深度变化；P148图5-4 5．最大\最小水平主应力与深度变化有关；式（5-8） 6．水平应力有明显方向性; P149表5-2 7．分布规律受地形地貌等影响。 临时作业 目的： （1）了解岩体中存在的应力大小和方向； （2）为分析岩体的工程受力状态以及为支护及岩体加固提供依据； （3）预报岩体失稳破坏以及预报岩爆的有力工具。 原理 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；套孔钻出岩芯，使孔底平面完全卸载，应变传感器测得孔底平面中心恢复应变；在室内测得岩石的弹性常数；计算孔底中心处的平面应力状态。由于孔底应力解除法只需要钻进一段不长的岩芯，所以对较破碎的岩体也能应用。 （2）具体方法： 把高压水泵入到由栓塞隔开的试段中。当钻孔试段中的水压升高时，钻孔孔壁的环向压应力降低，并在某些点出现拉应力。 泵入水压力不断升高，钻孔孔壁的拉应力逐渐增大。 当钻孔中水压力引起的孔壁拉应力达到孔壁岩石抗拉强度σt时，就在孔壁形成拉裂隙。 若设形成孔壁拉裂隙时，钻孔的水压力为pi，拉裂隙一经形成后，孔内水压力就要降低，然后达到某一稳定的压力ps，称为“封井压力”。 这时，如人为地降低水压，孔壁拉裂隙将闭合，若再继续泵入高压水流，则拉裂隙将再次张开，这时孔内的压力为pr(图5-7,P153)。 4).在水压力作用下，钻壁产生拉破裂的条件为: 3).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： 2).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： （3）求解天然应力： 1).天然应力为水平应力场，其铅直应力： A柯西解答受力示意图 B拉裂隙形成情形 柯西解答受力图示 维持破裂展开，又不继续发展的条件为 联立上两式有 若考虑孔隙水压力为 ,则有 若裂隙再张开压力为 ,则有 联立(5-12)与(5-14)两式有 3、钻孔套芯应力解除法 1)基本原理 ++++++ ++++++ ++++++ 仪器 套芯解除 3、钻孔套芯应力解除法 1)基本原理 钻孔 同心套钻 放应变计 应力解除 应力计算 位移恢复 ①设天然应力为水平应力场 45° 45° ②计算公式：应变计互成45°，据上式有 2)结果处理 *湖南科技大学阳生权 第5章 地应力及其量测 * 第5章 地应力及其测量 5.1 概述 5.2 岩体中的天然应力** 5.3 岩体中天然应力的测量*** 岩体地应力及其组成，初始应力的量测方法及原理 5.1 概述 一、定义 1.地应力 (原岩应力、初始应力）：存在于地层中未受扰动的天然应力。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）：由于工程活动改变了的岩体中的应力。 ++++++ ++++++ ++++++ 天然应力 → ← 重分布应力 ↓ ↑ → ← ↓ ↑ 相对第2洞室的 天然应力 拉张区 挤压区 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 2.起源（主要指构造运动）： 板块运动 地幔热对流 地球自转速度变化 流体作用→渗流应力?水压力 其它（地温、地球化学作用等） 三、研究历史与意义 基于阿尔卑斯山大型隧洞地应力观察，提出海姆假说： 在岩体深处的初始垂直应力与其上覆岩体的重量成正比，而水平应力大致与垂直应力相等。 1878年海姆提出天然应力； 1926年，金尼克修正了海姆的静水压力假设，地