地应力形成及分布规律1

1、不同地质成因岩石的地应力分布规律，及其与成因关系，还需进一步研究。因此， 通过收集我国的大量实测资料，利用统计方法研究不同岩性的地应力分布规律，可 深化对地应力成因和影响因素的认识，对我国地质、水电和能源等行业的发展具 有重要意义。1、地应力成因及其分类1.1地应力的成因近儿十年来大量的实测资料表明，地应力是一个随着时空变化的具有相对稳定 性的非均匀应力场，地球本身的各种运动过程是使地壳产生各种应力场的主要因 素。一个地应力的来源,可以概括为：山岩体自重引起的地应力;构造（板块）运动引 起的地应力;地形地势引起的地应力;剥蚀引起的地应力;封闭应力，上述来源，经过 回归后的成因分析,我们认为在工

2、程地区岩体自重和构造运动是构成岩体地应力场 的主要因素，山于二者的影响效应所起作用不同,这就决定了地应力场总的分布规律 各异，地形（地势）可以引起山谷底部应力集中，造成水平应力大于垂直应力，并会改 变最大主应力方向，但在整个地应力场中只起局部调整作用，即只影响局部地应力场 的分布，而决不会影响整个地应力场的分布规律，剥蚀作用可以使垂直应力相应降 低,水平应力保持不变;封闭应力可以产生“岩饼”、“岩爆”等现象，但这对整 个地应力场来说都还是局部性的，不是形成地应力场的主要因素。总之，地应力是指地层中存在的应力，即指未受工程干扰的天然应力，但从广 义上讲，也包括由于工程施工破坏岩土平衡而产生的附加

3、应力。1.2地应力的分 类由于研究的方法和訂的有所侧重，对地应力的分类有很多种。根据形成因素和 调整因素，地应力场可以分为：以岩体自重为主导的地应力场；以构造运动为主导的 地应力场;调整因素形成的局部地应力场。本文将地应力的分为重力应力和构造应力。重力应力场:重力应力是最基本的，最简化的应力场。它假定远古时期地面是 无起伏的平地。地应力场的应力符合：竖直应力；，ghv,gh,水平应力；（其中为泊松比），h,l,可以看出：垂直应力大于水平应力，在应力场中占优势;且垂直应力随深度增加 而线性增加。但是，现实中很少会有纯粹的自重应力场。构造应力场:构造应力的作用效果有地层运动和对地层产生的应变与变形

4、，构 造应力并非是一种单一应力，而是多种应力的集中体现。现实生活中得应力场基本 上是山重应力场和构造应力场构成的。构造应力场普遍存在，而且很多地方的构造应力场近似为水平方向，常常构造 应力大于重力应力场中的水平应力分量，甚至也大于垂直应力分量。2垂直应力 随埋深分布规律山于应力解除法测深小，样本中有实测垂直应力的测点多在埋深1 500 m范圉 内，埋深1500 m以下仅有少量点。本文仅对1 500 m范围内的垂直应力资料进行了统讣分析，结果见图1。JOUI 200图1表明，垂直应力随埋深总体上呈线性增大少数点离散性大。在地壳浅层岩 体自重是垂直应力的最主要组成部分，但在浅层同时受到较高水平构造

5、应力、地 形地貌、近代地表地质作用和岩体各向异性等因素影响，造成部分测点垂直应力增 大。并且，不同的岩石的垂直应力变化也不一样。I ”h.iJ劇.酌二二:二茨琵劫:汽茁F,-；- 25M«倂渥lft;W麦变化址憎4 dG卯确中艘翱平琳平駆力庭11迪力燼狀內“離決豉蟻律山图3可知，岩浆岩在深度100 m以内的实测数据较少，大部分实测数据集 中为100, 500 m。图3给出了中国岩浆岩平均水平地应力与垂直地应力比值及其内 外包线随深度变化规律，对深埋地下结构讣算的荷载分析具有重要的参考价值和实 用意义。从图7的曲线对比来看，岩浆岩的平均水平地应力与垂直地应力的比值 k回归结果在约500

6、m以内大于沉积岩和变质岩，随着深度的增加则小于沉积岩和 变质岩且减小速率相对较大。从垂直应力随埋深的应力变化梯度看，变质岩最大，岩浆岩次之，沉积岩最 小，但沉积岩的线性关系最好，岩浆岩的线性关系最差。三大类岩石的垂直应力随 埋深变化梯度总体上等于岩石重度，表明岩层自重是的最主要组成部分。，V3水平应力随埋深的分布规律不同类岩石的水平主应力分布规律存在一定差别，岩浆岩是存在于上地幔和地 壳深处，最大水平主应力最高，水平差应力大;沉积岩是在近地表常温、常压条件 下，实测的最大水平主应力和水平差应力相对小。但因泊松效应大，浅部的最小水 平主应力反而较岩浆岩大;变质岩多形成于高温高压的环境中，该类岩石

7、的地应力 散点分布图离散性大。在地壳浅部存有较大水平应力，其主要来自水平构造应力和地形等。另oH, oh的应力变化梯度均小于岩石容重，说明随着埋深增大，oH, oh和ov大小 关系将发生变化，最后v o转变为最大应力。按所回归公式推算，当埋深超过约 3 000 m后，应力场以自重应力场为主。还有，岩石的水平剪应力随埋深呈线性关系变化。相同埋深条件下，岩浆岩的 水平剪应力大于沉积岩。从离散性角度看，在相同埋深范围内岩浆岩的离散性较 大。4结论1. 地应力场按其形成因素和调整因素可以分为三种：（1 ）以岩体自重为主导 的地应力场；（2 ）以构造运动为主导的地应力场；（3 ）调整因素形成的局部地应

8、力场。2. 不同岩性岩石的垂直应力、最大和最小水平应力、以及水平差应力在统计范 围内随埋深总体上呈线性关系，但三类岩性间的变化规律存在一定差别，其与岩石 成因密切相关。3. 不同成因岩石的地应力分布特点的差异，除与成岩时的内在性质和外在因素 不同有关外，还受后期地表地质作用影响，表现在岩浆岩因多受剥蚀作用，其最大 水平主应力的回归常数项较大。4. 由于初始地应力场具有复杂、受各种干扰因素多等特点，因此，初始地应力 场具有多样性、复杂性和长期性等特点。在分析中将初始地应力场作为一个系统看 待，影响初始地应力场的诸要素相互作用相互依赖。参考文献：1. 景锋等.不同地质成因岩石地应力分布规律的统计分析J（岩土力学,2008.2. 戚蓝等.初始地应力场系统分析理论与方法研究.天津大学建筑工程学院,20023. 王英豪.地应力的研究与分析.西部探矿工程，20084. 景锋，盛谦，张勇慧，刘元坤.不同地质成因岩石地应力分布规律的统计分 析岩土力学，20085. 景锋