地应力测量概述资料课件

第四章地应力及其测量4.1概论4.2地应力直接测量法4.3地应力间接测量法

4.1概论4.1.1概述nnnnn4.1.2地应力测量的必要性4.1.3地应力的成因4.1.4地应力分布的一般规律4.1.5地应力测量的基本原理和方法

4.1.1概述一、定义1.地应力(天然应力、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。∧∧++++++→←→←++++++++++++↓↓↑↑相对于第2洞室的天然应力重分布应力天然应力

4.1.1概述二、地应力的组成及起源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.起源（主要指构造运动的起源）：?板块运动挤压区?地幔热对流拉张区?地球自转速度变化

4.1.2地应力测量的必要性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。c)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。

4.1.2地应力测量的必要性e)对地应力的传统认识有误。1912年，瑞士地质学家海姆首次提出了地应力的概念，静水压力假设式中，σ为水平应力；σ为垂直应力；γ为上覆岩层容重；hvH为深度。1926年，苏联学者金尼克修正海姆假设，根据弹性力学理论推出：式中，v为上覆岩层的柏松比。

4.1.2地应力测量的必要性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。nn地应力测量发现存在于地壳上部的最大主应力几乎处处是水平或接近水平的，从根本上动摇了地应力是静水压力的理论和以垂直应力为主的观点。

4.1.3地应力的成因1）岩体自重应力场垂直应力：侧压力：—平均密度，KN/m3—侧压力系数H—总深度（m）岩体自重垂直应力

4.1.3地应力的成因2）地幔热对流（碰撞、俯冲、海岸）

4.1.3地应力的成因3）板块边界受压

4.1.3地应力的成因4）岩浆侵入

4.1.3地应力的成因5)地质构造应力

4.1.3地应力的成因6）地形、地表剥蚀对地应力影响图地形对初应力的影响

4.1.3地应力的成因7）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。

4.1.4地应力分布的一般规律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。2）实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量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的比值随深度增加而减小，但在不同地区，变化的速度很不相同。

4.1.4地应力分布的一般规律一、分区性（以中国为例）以东经100～105为界分东西两区。oq强度上：西强东弱（西高东低）q方向上：西：NNE-SSW为主，东：近E-W。

4.1.4地应力分布的一般规律v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。?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??迹线：N-NE-SSE1

4.1.4地应力分布的一般规律二、铅直应力（?）Vl上覆岩体自重l?多为压应力Vl?多为最小主应力，V少数为中间主应力与最大主应力

4.1.4地应力分布的一般规律三、水平应力（?）h岩体中天然应力常以水平应力为主，即??，特别nhv是??,据统计资料：?/?hmaxvhv，说明岩体中水平天然应力主要受地区现代构造应力场的控制;nn水平应力具有强烈的各向异性，即?≠?，我国华h1h2北?/?≈0.2-0.8，华南?/?。原因a.岩体hminhmaxhminhmax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，仅在一些裂谷区、地堑区出现拉应力，且是以一向压，一向拉多见。另外在地表卸荷带影响区，也可能出现水平应力为拉应力的现象。n

4.1.4地应力分布的一般规律六、高天然应力l标志–开挖洞室时，常产生岩爆、剥离；–收敛变形

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