岩体中的天然应力.ppt

1、2020/8/14,1,第六章 岩体天然应力,6.1 概 述 6.2 岩体天然应力的分布规律 6.3 岩体天然应力测量 6.4 岩体中天然应力的估算（自学） 6.4 岩体中天然应力场的回归分析（自学） 6.4 高地应力的若干特征,2020/8/14,2,6.1 概 述,一、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。,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,3,二、天然应力的组成及起源 1.组成： 岩体自重自重应力 构造运动构造应力 流体作用渗流应力 其它（地温、地球化学作用等）

2、 2.起源（主要指构造运动的起源）： 板块运动 地幔热对流 地球自转速度变化,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,4,三、天然应力的研究历史与研究意义 1.研究历史 世界上 : 1878年，海姆提出天然应力 1932年，美胡佛水坝下隧道中，首次成功测定了岩体中的天然应力 到目前天然应力测点遍布全球，有几十万个测点。大部分是浅部，最深5108米（美国密执安水压致裂法）。 中国： 50年代末开始天然应力量测，有几万个测点，最深的有3958米（天津大港）。,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,5,2.研究意义 1）区域稳定 2）地下洞室稳定 3）边坡稳定 4）地基岩体稳定,第六章

3、 岩体中的天然应力,2020/8/14,6,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,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,7,第六章 岩体中的天然应力,西南： 印度板块向NNE挤压（5mm/a） 东： 太平洋板块向W俯冲（1cm/a） 南： 菲律宾板块向N俯冲 北： 西伯利亚板块阻挡 1迹线：N-NE-SSE,中国板块处在四大板块环绕中，它们碰撞挤压，形成了中国大陆岩体中的天然应力。,2020/8/14,8,上覆岩体自重 多为压应力 多为最小主应力，少

4、数为中间主应力与最大主应力,第六章 岩体中的天然应力,二、铅直应力 （V）,2020/8/14,9,三、 水平应力（ h） 常以水平应力为主，即h v，hmax v 。h/v0.8-3.0 ，即岩体主要受地区现代构造应力场的控制； h具各向异性，即h1 h2 ，我国华北hmin/ hmax0.2-0.8，华南hmin/ hmax0.3-0.75 。原 因a.岩体各向异性;b.构造运动的方向性; h以压应力为主，仅在一些裂谷区、地堑区出现拉应力，且多见一向压，一向拉。在地表卸荷带影响区，可能出现水平应力为拉应力。,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,10,四、天然应力比值系数与深度z

5、的关系,天然应力比值系数()： h/v，随深度增加而减小。,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,11,五、主应力平面与水平面的关系 据主应力平面与水平面的关系，天然应力状态划分为： 水平应力场一个应力轴近水平，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。,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,12,六、高天然应力 标志 开挖洞室时，常产生岩爆、剥离； (在高地应力地区，由于洞壁围岩中应力高度集中，使围岩发生突发性变形破坏的现象。 ) 收敛变形

6、大，使开挖断面变小； 软弱夹层内物质被挤出，节理闭合； 饼状岩心； 水下开挖无水渗出。,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,13,六、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,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,14,2.地表剥蚀,剥蚀,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,15,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。,第六章 体中的天然应力,2020/8/14,16,3.结构面,第六章 岩体中的天然应力,4.岩体性质 硬岩常可积累较高的应力，而软岩则相反 5.地下水

7、 产生渗流应力 6.地温 产生温度应力,2020/8/14,17,6.3 岩体天然应力的确定,天然应力确定方法,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,18,二、天然应力的量测,天然应力的量测方法,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,19,1、水压致裂法,水压力随时间的变化曲线,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,20,假设： 天然应力 钻孔假设在均质、各向同性、连续线弹性岩体中 一小圆孔。作用应力 ，据弹性理论中柯西解，未加水压力时，AA两点应力： ，水压力下，钻壁产生拉破裂的条件:,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,21,维持破裂展开，又不继续发展的条

8、件： 联立上两式有 而： 因此，可得测点 的天然应力为,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,22,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。,方向：据岩体破裂方向确定,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,23,步骤：,在岩壁上选测点，固定A、B两点，d15cm； 刻槽 应力释放、变形 d0 d; 安装扁千斤顶; 加压 应力恢复 d d0，到d=d0时的千斤顶压力即为 ；,2、应力恢复法（扁千斤顶法）,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,24,重复 测量另一个方向的 W

9、 ; 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:,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,土木工程专业基础课岩体力学,25,3、钻孔套芯应力解除法 基本原理,钻孔,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,26,设天然应力为水平应力场,计算公式：应变计互成45，得,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,27,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,28,用消元法解方程，得：,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,29,应变计互为60时，可按下列公式计算,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,30,选点、钻孔：130cm ，深度一般30m ; 在孔底打一测量孔：36cm，深度一般50cm，并洗干净；,测量步骤：,第六章 岩体中的天然应力,2020/8/14,31,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