地应力及其测量教学课件PPT.ppt

侧压力： h总深度（m） 侧压力系数 岩体由多层不同性质岩层组成岩体由多层不同性质岩层组成 时时 第j层底面应力： 第n层底面应力： （4）当松散介质有一定粘聚力时）当松散介质有一定粘聚力时 (c0 ) 侧压力为：侧压力为： 图图 地形对初应力的影响地形对初应力的影响 图图 地形对地应力的影响地形对地应力的影响 解得解得 ： 地质学家分析地球表层（包括地壳和地幔）结构及其运地质学家分析地球表层（包括地壳和地幔）结构及其运 动规律和发展，提出了各种大地构造学说，最具代表的是地动规律和发展，提出了各种大地构造学说，最具代表的是地 质力学学说和板块构造学说。质力学学说和板块构造学说。 1、地质力学学说、地质力学学说 该学说认为地球自转速度的变化产生两种推动地壳运动的该学说认为地球自转速度的变化产生两种推动地壳运动的 力：一种是力：一种是 经向水平离心力经向水平离心力 ；一种是；一种是 纬向水平惯性力纬向水平惯性力 。 这两种力是引起地壳岩体中出现构造应力的根本原因。大这两种力是引起地壳岩体中出现构造应力的根本原因。大 量的实测资料说明岩体中量的实测资料说明岩体中水平应力大于垂直应力水平应力大于垂直应力水平应力大于垂直应力水平应力大于垂直应力，说明构造，说明构造 应力以水平应力为主。应力以水平应力为主。 2、板块构造学说、板块构造学说 该学说认为该学说认为 板块运动的核心是海底扩张板块运动的核心是海底扩张。海底扩张是由于海底扩张是由于 地幔对流引起的地幔对流引起的 。 破坏联系，解除应力；破坏联系，解除应力； 弹性恢复，测出变形；弹性恢复，测出变形； 根据变形，根据变形， 反反求应力。求应力。 在受力状态下，贴上应变片在受力状态下，贴上应变片，此此 时：时： 卸去外力，变形恢复，此时卸去外力，变形恢复，此时 ： 根据广义虎克定律：根据广义虎克定律： 解得：解得： (1) 由弹性原理：由弹性原理： (2) (3) (4) (5) (7) (6) (8) 、打大孔至测点，磨平孔底。、打大孔至测点，磨平孔底。 、在孔底粘贴电阻应变花探头。、在孔底粘贴电阻应变花探头。 、解除应力，测量其应变。、解除应力，测量其应变。 、取出岩心，测其弹性参数。、取出岩心，测其弹性参数。 、计算岩体应力。、计算岩体应力。 对于对于 等角应变花等角应变花等角应变花等角应变花 ，孔底平面内的应力按下式计算，孔底平面内的应力按下式计算 ： 对于对于 直角应变花直角应变花直角应变花直角应变花 ，孔底平面内的应力按下式计算：，孔底平面内的应力按下式计算： (9) 孔底平面位置处的原岩应力按下式经验公式计算：孔底平面位置处的原岩应力按下式经验公式计算： (9) 孔径变形法通过测定钻孔孔径变形孔径变形法通过测定钻孔孔径变形 求解岩体应力，其应力解除工序为：求解岩体应力，其应力解除工序为： 、打大孔至测点，磨平孔底、打大孔至测点，磨平孔底 、打同心小孔，安装、打同心小孔，安装孔径变形孔径变形孔径变形孔径变形 计探头计探头 、延伸大钻孔解除应力，测量孔径变、延伸大钻孔解除应力，测量孔径变 形形 、取出岩心，测其弹性参数、取出岩心，测其弹性参数 e、 、计算岩体应力、计算岩体应力 平面应力：平面应力： 平面应变平面应变 ： (10) (11) 、打大孔至测点，磨平孔底。、打大孔至测点，磨平孔底。 、打同心小孔，安装应变花探头、打同心小孔，安装应变花探头 。 、套孔解除应力，超过小孔底部、套孔解除应力，超过小孔底部 5cm,同时测量孔壁应变同时测量孔壁应变。 、取出岩心，测其弹性参数、取出岩心，测其弹性参数e、 、计算岩体应力。、计算岩体应力。 应变计探头孔壁布置应变计探头孔壁布置3个应变花，每个应变花由个应变花，每个应变花由3个应变个应变 片组成，采用直角应变花形式。片组成，采用直角应变花形式。 (12) 当当r=a时，即钻孔壁上的应力为：时，即钻孔壁上的应力为： 可见，钻孔壁上各点处于二向应力状态，在孔壁上的可见，钻孔壁上各点处于二向应力状态，在孔壁上的z-坐坐 标平面内布置应变花测量应变以求应力是可行的。标平面内布置应变花测量应变以求应力是可行的。 (13) 在在 -z 坐标系：坐标系： 由虎克定律：由虎克定律： (13) 由（由（ 14）式可由孔壁应变求出孔壁应力，由（）式可由孔壁应变求出孔壁应力，由（13）式即）式即 可求出原岩应力，令式中可求出原岩应力，令式中=/2, , 7/4, 。 (14) (13) 当当=/2 (15) 当当=7/4 (16) (17) 当当= 可见，求解可见，求解 6个原岩应力分量，只需选取上面其中个原岩应力分量，只需选取上面其中6方程即方程即 可。可。 孔壁应变法只打一个钻孔就可以确定一点的应力状态。孔壁应变法只打一个钻孔就可以确定一点的应力状态。 孔壁（孔壁（ r=)应力分量：应力分量： （1） 若若 r,得到具有圆孔的无限大薄板，或得到具有圆孔的无限大薄板，或 具有圆形孔道的无限大弹性体，其解答为：具有圆形孔道的无限大弹性体，其解答为： 若若r,得到：得到： 根据岩体力学应力符号规定，得孔壁切向应力：根据岩体力学应力符号规定，得孔壁切向应力： （2） 岩体破裂条件：岩体破裂条件： 于是：于是： （3） （4） （5） 联立解得：联立解得： （4） （5） （3） 岩石也具有声发射现象。岩石也具有声发射现象。 凯塞效应为岩石应力测量提供了途经。即从原岩中取样凯塞效应为岩石应力测量提供了途经