岩石力学应力.pptxVIP

第1页/共79页岩石力学应力第2页/共79页第五章 岩体应力与围岩应力分布 一、岩体应力种类和分布二、高地应力问题三、岩体渗流荷载分析 四、 围岩应力分析 第3页/共79页第五章 岩体应力与围岩应力分布 一、岩体应力种类和分布1．岩体应力种类1）．自重应力由岩体的自重所引起的应力称为岩体的自重应力。2）．构造应力由地壳构造运动在岩体中所引起的应力称为构造应力3）．温度应力由岩体内地温梯度的影响而产生的应力称温度应力4）．成岩应力岩石生成过程中在成岩作用下所产生的应力。如结晶作用，变质作用，沉积作用，固结作用，脱水作用等。5）．渗流荷载地下水在岩体中运动所产生的荷载。渗流荷载一般作为外荷载第4页/共79页第五章 岩体应力与围岩应力分布 一、岩体应力种类和分布1．岩体应力种类6）附加应力 由建筑物在岩基中所引起的应力。7）围岩应力①应力重分布： 地下洞室开挖后，使岩体中原来的应力发生改变，把应力的这种变化称为应力重分布。②围岩： 把应力重分布影响范围内的岩体称为围岩。③围岩应力： 围岩内的应力叫围岩应力。第5页/共79页第五章 岩体应力与围岩应力分布 一、岩体应力种类和分布2、地应力概念 1）. 地应力 地应力是指岩体中各种应力的总称（一般不包括渗流荷载）2）. 应力场 应力在空间有规律的分布状态称为应力场。如自重应力场，构造应力场。3）. 天然应力（或初始应力） 天然应力是指工程施工前就存在于岩体中的应力，如自重应力、构造应力、温度应力、渗流荷载。在天然应力中，成岩应力仅在岩石生成过程中起作用，温度应力在地表浅部作用较小。所以，对地表浅部的工程，岩体中天然应力主要是构造应力和自重应力，两者构成了天然应力场的主要部分。对深部工程，岩体的天然应力中还包括温度应力。第6页/共79页第五章 岩体应力与围岩应力分布 一、岩体应力种类和分布3、天然地应力分布岩体在长期的地质作用过程中，已处于一种天然的平衡状态，但在工程建设中，不仅会施加附加应力，还会引起应力重分布，正是由于工程建筑，岩体的天然稳定状态将随之改变。岩体中的天然应力状态：非常复杂。影响因素：地形地貌第7页/共79页第五章 岩体应力与围岩应力分布 一、岩体应力种类和分布3、天然地应力分布影响因素： 地质构造 第8页/共79页第五章 岩体应力与围岩应力分布 一、岩体应力种类和分布3、天然地应力分布影响因素： 岩石分布和岩性 岩体中的天然应力大小及分布规律的认识仍是初步的。到目前为止，对天然应力还缺乏完整的系统理论，还无法进行较完善的理论计算，只能由实测来确定。这就给天然应力场的确定造成很大困难。第9页/共79页第五章 岩体应力与围岩应力分布 一、岩体应力种类和分布3、天然地应力分布1）岩体应力分布的本构模型 设岩体为均质各向同性的弹性体，按弹性力学原理有下列定解问题。（1）平衡方程 (x、y、z是体积力)，可推出第10页/共79页第五章 岩体应力与围岩应力分布 一、岩体应力种类和分布3、天然地应力分布1）岩体应力分布的本构模型 （2）应变与位移方程 可写成（3）物理方程（应力与应变关系式） 或 第11页/共79页第五章 岩体应力与围岩应力分布 一、岩体应力种类和分布3、天然地应力分布1）岩体应力分布的本构模型 （4）边界条件（a）位移边界条件： {u}={u0}（b）应力边界条件： {Pn}=[σij]{α}或{σ}={σ0}?解法： ①?位移解法； ② 应力解法特殊形状规则条件简单可得解析解。然而，天然岩体并非理想的弹性体，一般用有限元。第12页/共79页第五章 岩体应力与围岩应力分布 一、岩体应力种类和分布3、天然地应力分布2）自重应力场在讨论岩体自重应力时假定：岩体为均质，各向同性的连续介质，这样可按弹性力学原理求解自重应力。对于平面问题，若体积力为重力，则有 （a）式中γ为岩石的容重。对于没有承受荷载的水平地表，由（a）得第13页/共79页第五章 岩体应力与围岩应力分布 一、岩体应力种类和分布3、天然地应力分布2）自重应力场a、均质各向同性介质体取z轴重直向下，x、y面与地表一致的半无限体，在深度z处的垂直应力 γ－岩体的容重（KN/m3）在水平方向上，有:考虑半无限体中的任一单元体 都不可能产生侧向变形，则 第14页/共79页第五章 岩体应力与围岩应力分布 一、岩体应力种类和分布3、天然地应力分布2）自重应力场a、均质各向同性介质体按广义虎克定律： 得到 为岩石的静止侧压力系数，μ－泊松比特点：①垂直和水平应力都是压应力。②在近地表浅部，或具有垂直张裂隙的岩体，在自重应力下，侧向变形不受限制，则有 即 K0＝0第15页/共79页第五章 岩体应力与围岩应力分布 一、岩体应力种类和分布3、天然地应力分布2）自重应力场a、均质各向同性介质体③一般情况，岩石的实验室测定的