第6章+岩体中的天然应力.ppt

第6章岩体中的天然应力,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、研究意义二、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、天然应力组成及起源岩体自重自重应力构造运动构造应力（板块理论）流体作用渗流应力其它（地温、地球化学作用等）,以东经100105o为界分东西两区。强度上：西强东弱（西高东低）方向上：西：NNE-SSW为主，东：近E-W。,一、分区性（以中国为例）,6.2岩体天然应力的分布特征,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,二、铅直应力（V）,三、水平应力（h）天然应力常以水平应力为主，即hv。原因:a.岩体各向异性；b.构造运动的方向性；水平天然应力以压应力为主。,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、主应力与水平面的关系据主应力与水平面的关系，可划分为：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，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045左右，分布于板块边缘。,六、高天然应力标志开挖洞室时，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；水下开挖无水渗出；饼状岩心。,锦屏电站坝区的饼状岩心,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,该式说明：剥蚀后，岩体中一点增大了，当Z大到一定值时，必有1的情况出现。,2.地表剥蚀,3.结构面,4.岩体性质硬岩往往可积累较高的应力，而软岩则相反5.地下水产生渗流应力6.地温产生温度应力,6.3岩体天然应力确定,天然应力确定方法,一、根据自重应力理论确定岩体中的天然应力,地质构造简单、地层平缓、当地侵蚀基准面以上,1、均质各向同性岩体,2、水平层状岩体,3、垂直层状岩体,二、天然应力量测,天然应力的量测方法,1、水压致裂法,水压力随时间的变化曲线,可得测点的天然应力为：天然应力方向：据岩体破裂方向确定,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,步骤：,在岩壁上选择测点，固定A、B两点。d15厘米；刻槽应力释放、变形d0d；安装扁千斤顶；加压应力恢复dd0，到d=d0时的千斤顶压力即为；,2、应力恢复法（扁千斤顶法）,重复测量另一个方向的W；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基本原理,钻孔,设天然应力为水平应力场,计算公式：应变计互成45，据上式有,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,选点、钻孔：130cm，深度一般小于30m；在孔底打一测量孔：36cm，深度一般50cm，并洗干净；安装应变计：并与应变仪连接，测记稳定初始读数；套钻解除：在应力解除过程中，测记应变计读数，至应变完全解除为止；折断岩心，在室内求取岩石的Em；按前述公式求解：天然应力hmax，h