51岩体中的地应力.ppt

第五章　岩体天然应力与洞室围岩第五章　岩体天然应力与洞室围岩的应力分布的应力分布本章内容：本章内容：5.1 天然应力的概念及量测方法天然应力的概念及量测方法　5.2 洞室周边应力分布规律洞室周边应力分布规律　5.1　岩体中的地应力及量测方法　岩体中的地应力及量测方法岩岩体体中中的的地地应应力力天然应力（初天然应力（初始应力）始应力）附加应力：工程施工引起的，如洞室开挖引起的应力重附加应力：工程施工引起的，如洞室开挖引起的应力重分布；建筑物荷载在岩基中引起的应力增量等分布；建筑物荷载在岩基中引起的应力增量等自重应力自重应力构造应力构造应力地震应力地震应力温度应力温度应力工程施工前就工程施工前就存在的存在的天然应力的天然应力的量测方法：量测方法：应力解除法和应力恢复法应力解除法和应力恢复法一、地应力的变化规律一、地应力的变化规律（一）属不稳定应力场，（一）属不稳定应力场，是时间和空间的函数是时间和空间的函数 1、、地应力场是三向不等压的空间应力场地应力场是三向不等压的空间应力场2、、三个主应力的大小和方向是随着空间和时间而变化的三个主应力的大小和方向是随着空间和时间而变化的二）（二）实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量地壳浅部（地壳浅部（3000m3000m以内）地应力的变化规律：以内）地应力的变化规律：世界各国垂直应力世界各国垂直应力σσv v与随深度与随深度H H的变化规律图的变化规律图 该图是霍克（该图是霍克（E.HoekE.Hoek）和布朗（）和布朗（E.T.BrownE.T.Brown）总结出的）总结出的（三）（三）水平应力普遍大于垂直应力水平应力普遍大于垂直应力 由于构造应力以水平应力为主，造成浅层地壳中平均水平应由于构造应力以水平应力为主，造成浅层地壳中平均水平应力普遍大于垂直应力。

实测资料见表力普遍大于垂直应力实测资料见表5 5－－1 1变化范围：变化范围：H H为深度，单位为为深度，单位为m m（四）（四）平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小 侧压比：侧压比：二、自重应力与海姆假说二、自重应力与海姆假说（一）自重应力（一）自重应力假定岩体假定岩体为为均匀、均匀、连续连续且各向同性且各向同性的的弹弹性体，将岩体性体，将岩体视为视为半无限体，半无限体，则则岩体中某点的自重岩体中某点的自重应应力力为为：：因岩体视为各向同性的弹性体，由于岩体单元在各个方向都因岩体视为各向同性的弹性体，由于岩体单元在各个方向都受到与其相邻岩体的约束，不可能产生横向变形，即：受到与其相邻岩体的约束，不可能产生横向变形，即： 考虑广义虎克定律，则有：考虑广义虎克定律，则有：由此可得：由此可得：若令：若令：则：则：K K0 0－－岩石的静止－－岩石的静止侧压力系数，其定力系数，其定义为某点的水平某点的水平应力与力与该点垂直点垂直应力的比力的比值 一般在试验室条件下：一般在试验室条件下：若岩体由多若岩体由多层不同重力密度的岩不同重力密度的岩层所所组成，如成，如图：： 则第第n n层底面岩体的自重底面岩体的自重应力力为：：侧压系数侧压系数K0与与深度深度H关系关系18781878年年，，海姆海姆，提出，提出地应力是一种静水应地应力是一种静水应力状态，即地壳中任意一点的应力在各个力状态，即地壳中任意一点的应力在各个方向上均相等，方向上均相等，并与其上覆岩体的重量成并与其上覆岩体的重量成正比，正比，即即：：（二）海姆假说（二）海姆假说当当K K0 0＝＝1 1时，就出现静水压力状态，即：时，就出现静水压力状态，即：三、地应力的现场量测三、地应力的现场量测目的：目的： （（1）了解岩体中存在的应力大小和方向。

了解岩体中存在的应力大小和方向 （（2）为分析岩体的工程受力状态，以及为支护）为分析岩体的工程受力状态，以及为支护和岩体加固提供依据和岩体加固提供依据 （（3）预报岩体失稳破坏以及预报岩爆的有力依）预报岩体失稳破坏以及预报岩爆的有力依据量测方法：量测方法：应力解除法和应力恢复法应力解除法和应力恢复法（一）应力解除法的原理（一）应力解除法的原理1、岩体内有原岩应力、岩体内有原岩应力2、原岩应力已使岩体产生变、原岩应力已使岩体产生变形形3、将岩块从岩体母体分离出、将岩块从岩体母体分离出来，原岩应力得到解除，变来，原岩应力得到解除，变形将恢复形将恢复4、测量恢复的变形值，根据、测量恢复的变形值，根据应力应变关系，计算引起变应力应变关系，计算引起变形的应力值形的应力值应力解除法实测的基本原理：应力解除法实测的基本原理：切断联系解除应力应变恢复测试应变计算应力流程流程要点要点应力解除法的要点应力解除法的要点应力解除法计算公式：应力解除法计算公式：一般岩体任一点的应力状态由六一般岩体任一点的应力状态由六个应力分量，如图示：个应力分量，如图示：每一钻孔可确定两个应力分量，每一钻孔可确定两个应力分量，一般通过三个钻孔可确定六个应一般通过三个钻孔可确定六个应力分量。

力分量方法有：方法有：1、共面三钻孔法确定、共面三钻孔法确定2、孔壁应变测试法、孔壁应变测试法（二）应力恢复法的原理（二）应力恢复法的原理要点：要点：1、安置三个应变计，读初始读数、安置三个应变计，读初始读数2、挖槽，应力被解除，应变计有变化、挖槽，应力被解除，应变计有变化3、扁千斤顶装于槽中加压，直到应变、扁千斤顶装于槽中加压，直到应变计恢复，计恢复，4、这时扁千斤顶的压力为槽壁上原有、这时扁千斤顶的压力为槽壁上原有的应力的应力。