岩土力学课件-第六章岩体的初始应力.ppt

1、2020/7/26，课件，1，1。熟悉初始应力、施工应力的概念，掌握自重应力计算方法。2.了解原岩应力的一般规律和影响原岩分布的因素。3.岩体应力的实测方法、基本要求、第6章岩体初始应力状态、2020/7/26、课件、2，1岩体初始应力状态的概念和意义、原岩：不受工程影响，处于自然平衡状态的癌症。圆臂应力(也称为初始应力或应力):定义之一：圆臂中存在的应力。定义2:岩体在自然状态下存在的内部应力。一般习惯将原岩应力分为自重应力场和施工应力场。上复岩体自重产生的应力称为自重应力。在地层中，由于科举地质构造运动而发生，现在活动及变化中的应力，留下地质作用的应力统称为构造应力。2020/7/26，课

2、件，3，研究岩体初始应力状态的工程意义：岩石发掘过程中正确确定岩体内部应力变化，合理设计地下工程的支撑尺寸，2020/7/26，课件，4，2，构成岩体初始应力状态的各种应力场和计算岩体初始应力状态h岩体单位深度(m)处的复岩体平均重力密度(kN/m3)侧压力系数如果岩体被视为等向弹性体，则x=0，y=0，将被视为广义老虎X=1/Ex -(y z )=0 y=1=x/z=(1-sin)/(1 sin) (6-8)，2020 X=0时，可以从上面获得。(6-10) HH0时，横向应力x开始出现，并按深度成比例增加。第二，岩石结构应力场1结构应力的晶体结构应力还不能用数学动力学的方法解释，只能用现场

3、应力测量方法得到，但结构应力的方向可以根据地质力学的方法来判断。2020/7/26，课件，7，(a)正断层(b)逆断层(c)平面推断层(d)岩脉(e)褶皱也是由6-4地质特征估算的应力方向(a)，2020/7/26，课件，10，3，影响岩体初始应力状态的其他因素(1)地形河谷底部应力大的：与岩体的均匀性有关(图6-6)地形对岩体初始应力的另一特征3360(图6)岩体初始应力测量和地下工程应力分布测量岩体应力测量常用方法：应力解除法、应力恢复法及水压致裂法。在工程中，应力测量方法的准确度可以调节0.4MPa以下的误差，结果一般认为是满意的。常用应力测量方法表6-1，2020/7/26，课件，13

4、，2，水压崩裂法(1)方法原理和技术基本原理：Po孔水压或地下水压力。Pb初始压裂压力。Ps液体进入岩石并持续分裂岩石的油压称为稳定裂纹压力。Pso关闭泵后在压力计中保持的压力，称为关闭压力。Pbo开口压力。2020/7/26，课件，14，(2)根据基本理论和计算公式室内和现场资料，钻孔壁液压下的初始裂纹往往是垂直的。孔主水平应力为1h，2h孔壁也具有水压Pb，钻孔围岩内部应力：r=1/2(1h 2h)(1-a3/R2)Pb a2/R2 1/2(1h-2h)(1h如果32h 1h Pb T0=0 (6-17)或1h=32h Pb T0(6-18)岩体中存在孔水压Pw，则6-18将变更为1h。规

5、则(6-19) 1h=32h pb0pw (6-20)，2020/7/26，课件，16，对比度(6-19)和样式(6-20)2h=PSO Pb pb0=t0 (6-23) 1h=32h Pb t0，2020/(1)，常规z=h，其中一个支柱应力，如果为Z1，则2h必须是最小支柱应力。根据裂纹方向确定2h或1h的方向，三个支柱应力的方向也可以相应地确定。(2)存在2h，孔壁开裂后，孔内岩体发生水平裂纹，z=h为最小应力，2H和1h分别为中间支柱应力和最大支柱应力，垂直裂纹方向为最大支柱应力方向。(4)水压致裂法的特点，2020/7/26，课件，18，(3)应力解除法，基本原理：应力释放，应变测量

6、，弹性解可根据检测深度分离：表面应力解除法，浅孔应力解除和深孔应力解除根据测试程度的不同，变化的方法有孔径变形测试、孔壁变形测试、钻孔应力释放方法等。钻孔应力释放方法：岩石孔底应力释放方法和岩石钻孔应力释放方法。(1)岩孔底应力解除图6-13应用条件：各种岩体条件(包括相对破碎的岩体)。测量和计算更加复杂。(稍)、2020/7/26、课件、19、图6-13，2020/7/26、课件、20应力释放方法中使用的钻孔传感器可以分为变位传感器和变形传感器两个茄子类别。中科院武汉岩土研究所研究(第)的36-2型钻孔应变计，应变计直径为32毫米，适应性测量孔直径为36毫米。岩土力学(中国水利水电出版社张振

7、英编撰，6667)，2020/7/26，课件，21，说明牙齿方法要拿出足够长的整个核心，一方面保证直径变化测量的可靠性，在弹匣状态下才能应用弹性理论。另一方面，要用来测量岩石的弹性系数。牙齿方法是测量垂直于钻孔轴平面的孔直径变形值，因此，与孔底平面应力释放方法一样，必须测量三个茄子不同方向的钻孔，才能得到岩体总应力的六个单独应力分量。2020/7/26，课件，22，为了简化，如果钻孔方向与3方向匹配，并认为3=0，则通过孔径变位值计算应力的公式为=d (1 2) 2 (12) (1-2)，误诊为最近轴向应力变形元件提出了严格的公式此处仅列出了孔直径变形方法的公式。px、py、pxy是钻孔法向剖

8、面的圆臂应力分量。2020/7/26，课件，23，4，应力恢复法目的：直接测量岩石应力大小。用途：仅用于岩石表面，在知道一个基岩的主应力方向时，使用牙齿方法更方便。基本原理：根据槽的竖直线OA的应力状态、H、H穆斯西比理论，可以将槽视为缝。(6-27)，格式中：1x，yOA线中一点B的应力分量，将压力枕头埋在2020/7/26插槽中，通过压力枕头对槽施加压力时，OA线B点产生的应力分量为2X=-2P (4-4 2-1)此时，b点的总应力分量为x=1x 2x=2 y=1y 2y=1主要实验程序简述：15稍，6，从应力变形曲线开始，岩石应力1=1e 1p=gf fo=op OE=km Mn，oc

9、1；4岩体初始应力状态分布的主要规则1，垂直应力随深度的大部分变化：v/H1 2，水平应力随深度的增加而线性关系增大。第三，水平应力与法向应力之比K一般K1，根据深度，K=1 4，两个水平应力之间的关系，2020/7/26，课件，26，5节高地应力区的主要岩石力学问题，1，研究的必要性(1)，岩石应力与其他力学领域有本质区别岩体中的初始应力(2)、岩体的本结构关系、破坏标准和岩体中的应力传播规律都必须随应力大小而变化。低应力，低偏置：速度岩体的脆性、各向异性、不连续性也明显，高应力下：岩体的塑性明显，各向异性减弱，出现连续性(3)、中、西部开发，高地应力区出现特殊压力现象2、高地应力判定标准和

10、高地应力现象(1)(3)，工程岩半分级标准(GB50218-94) Rc/max4，称为高初始应力。Rc/max=47是高地应力。max是垂直孔轴方向的最大初始应力1 (2)，高地应力现象1，核心蛋糕现象：生成条件：中等强度以下的岩石力学原因：剪切膨胀破裂2，岩石爆炸现象经常发生在埋深大、应力高的地下工程发掘过程中，岩石爆炸不是岩石破坏或破坏的实现，而是岩石体内积累的弹性应变，2020/7/表达：围岩为透镜或片状切割。发生位置：主应力方向线与隧道外轮廓线相切的部分(应力集中的最大部分)力学机制：从岩石力学的角度来看，岩石是由于压缩应力作用下的场破裂或剪切破坏而形成的碎片。图6-25，2020/

11、7/26，课件，29，岩石爆炸的预测应结合工程实际进行具体分析，如果没有实测应力资料，可以从以下方面预测岩石爆炸可能发生的部分：(1)地形条件。法向应力与地形相关，一般深度越大，应力越大。(2)施工情况。地震区和救援活动区的应力一般较大。水平应力较大时，法向应力可能相应增加。如果洞穴轴垂直于配置主应力放置，则挖掘周围应力要大于平行主应力方向放置。(3)建筑物挖掘。平行建筑物之间的岩石柱、隧道从两侧几乎穿透的部分、建筑物体的变化(例如在曲线上)等都是应力集中较大的地方，容易发生爆炸。2020/7/26，课件，30，(4)根据分析，根据计算出的岩石应力条件是否接近或小于岩石强度，预测出岩床可能发生的部分。当岩石有爆炸的应力条件时，岩石越新鲜、完整、干燥，岩石就越脆、越坚硬，发生岩性的可能性就越大。隧道中垂直应力大，水平应力小，边缘拱部位容易发生爆炸。在应力非常不同的区域，平行最大主应力或中间主应力方向的孔壁中经常发生岩石。2020/7/26，课件，31，水平应力大，垂直应力高时，上部拱和下部容易发生爆炸。掘进中端面应力高，整个端面容易发生岩体。隧道与陡坡平行，陡坡附近的上拱容易爆炸。隧道分叉的尖端应力大，容易产生爆炸性。使用初始应力与切向应力和单轴压缩强度之比的经验判断，是在实际工程中总结出来的，因为实用性强，经常用于爆炸性预测。通常， Iadorch