地应力及其测量

关于地应力及其测量2本节主要内容1概念2研究地应力的必要性3地应力的成因4地壳浅部地应力分布的一般规律第2页,共30页，2024年2月25日，星期天34.1概述4.1.1地应力的概念地应力：是存在于地层中的未受工程扰动的天

然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。第3页,共30页，2024年2月25日，星期天44.1.2地应力测量的必要性及意义a)它是引起各种地下或露天岩石开挖工程变形和破坏的根本作用力。区别于结构力学、材料力学其他力学。b)传统的岩石工程的开挖设计和施工的经验类比法有局限性。

小规模和地表的岩石工程，经验类比的方法往往是有效的。

大规模和深部的岩石工程，经验类比法有不足。第4页,共30页，2024年2月25日，星期天5c)是岩石工程数值分析方法计算分析的必要

前提条件。d)地应力应用领域广泛。对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究等也具有重要意义。

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20世纪50年代N.Hast实测发现存在于地壳上部的最大主应力方向接近水平的，而且最大水平主应力一般为垂直应力的1～2倍，甚至更多。e)对地应力的传统认识有误。

1912年A.Heim1926年A.H.Динник

第6页,共30页，2024年2月25日，星期天74.1.3地应力的成因1）地幔热对流第7页,共30页，2024年2月25日，星期天84.1.3地应力的成因地幔热对流－－（碰撞、俯冲、海岸）第8页,共30页，2024年2月25日，星期天94.1.3地应力的成因2）板块边界受压第9页,共30页，2024年2月25日，星期天104.1.3地应力的成因中国地震带分布第10页,共30页，2024年2月25日，星期天114.1.3地应力的成因3）岩浆侵入第11页,共30页，2024年2月25日，星期天124.1.3地应力的成因垂直应力：—平均密度，KN/m3侧压力：H—总深度（m）—侧压力系数

图

岩体自重垂直应力4）岩体自重应力场第12页,共30页，2024年2月25日，星期天13（1）岩体假定处于弹性状态

由推出得：的取值有4种可能：第13页,共30页，2024年2月25日，星期天14岩体由多层不同性质岩层组成时第j层底面应力：第n层底面应力：第14页,共30页，2024年2月25日，星期天15（2）Heim假设（塑性状态）

当原始应力超过一定的极限，岩体就会处于潜塑状态或塑性状态。（相当于）第15页,共30页，2024年2月25日，星期天16（3）岩体为理想松散介质

（c=0,风化带、断层带）

由极限平衡理得第16页,共30页，2024年2月25日，星期天17（4）当松散介质有一定粘聚力时(c>0)侧压力为：第17页,共30页，2024年2月25日，星期天18注：当

说明无侧压力

无侧压力深度

第18页,共30页，2024年2月25日，星期天195)地质构造应力第19页,共30页，2024年2月25日，星期天205)地质构造应力Fujianshanghang，某地应力场受断层影响情况第20页,共30页，2024年2月25日，星期天215)地质构造应力Hebeihandan，某旋转地应力场受旋钮构造影响。第21页,共30页，2024年2月25日，星期天22图

地形对初应力的影响6）地形、地表剥蚀对地应力影响第22页,共30页，2024年2月25日，星期天237）水压力、热应力

a.孔隙水压力、流动水压力(影响小)、静水压力（悬浮作用）

b.一般地温梯度：岩体的体膨胀系数：，岩体弹模E=104MPa；地温梯度引起的温度应力约为：

z--深度/m。温度应力是同深度的垂直应力的1/9，并呈静水压力状态。第23页,共30页，2024年2月25日，星期天244.1.4地壳浅部（3000m以内）地应力分布的主要规律

1）地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数。第24页,共30页，2024年2月25日，星期天254.1.4地壳浅部（3000m以内）地应力分布的主要规律

垂直应力随深度线性增加。平均密度约为27KN/m32）垂直应力随深度的变化规律第25页,共30页，2024年2月25日，星期天264.1.4地壳浅部（3000m以内）地应力分布的主要规律

3）水平应力普遍大于垂直应力；4）平均水平应力与垂直应力之比随深度增加而减小，且趋近于1第26页,共30页，2024年2月25日，星期天274.1.4地壳浅部（3000m以内）地应力分布的主要规律

5）最大水平主应力与最小水平主应力随深度增加线性增长6）最大水平主应力与最小水平主应力之差随深度增加而增大Hebeitangshan，某地应力与深度关系第27页,共30页，2024年2月25日，星期天28图