岩体的初始应力状态.doc

第三讲岩体的初始应力状态一、内容提要：本讲主要讲述岩体初始应力的基本概念、量测方法及岩体初始应力状态的分布规律；二、重点、难点：岩体初始应力场及其计算；岩体初始应力的影响因素；岩体初始应力的分布规律；对于岩体初始应力水压致裂法及应力解除法的基本原理作一般了解；三、内容讲解：一、岩体初始应力的基本概念(一)初始应力状态的概念与意义所谓岩体的初始应力，是指在天然状态下存在于岩体内部的应力。在地质学中，通常又称它为地应力。岩体的初始应力主要是由岩体的自重和地质构造运动所引起的。显然，岩体的地质构造应力是与岩体的特性(例如岩体中的裂隙发育密度与方向，岩体的弹性、塑性、粘性等)有密切关系，也与正在发生过程中的地质构造运动以及与历次构造运动所形成的各种地质构造现象(例如断层、褶皱等)有密切关系。因此，岩体中每一单元的初始应力状态都是随该单元的位置不同而有所变化。此外，影响岩体初始应力状态的因素还有地形、地震力、水压力、热应力等，但这些因素所产生的地应力，大都是次要的，只是在特定的情况下才需考虑。因此，对于岩石工程来说，主要应考虑自重应力和地质构造应力。【例题1】下列各项有关岩体初始应力的叙述，正确的选项为（）。A.岩体的初始应力是由岩体的自重和地质构造运动引起的；B.地形、地震力、水压力、热应力等因素不会产生地应力；C.岩体中每一单元的初始应力状态与该单元的位置无关；D.对于岩石工程而言，主要应考虑自重和地质构造应力；答案:D【例题2】岩体的的初始应力主要由下列哪些因素引起（）。A.地震力B.热应力C.地形D.构造运动答案:D地面和地下工程的稳定状态与岩体的初始应力状态密切相关。岩体在开挖以后，改变了岩体的初始应力状态，使岩体应力重新分布，有可能使得岩体中某些部位形成应力集中，从而引起岩体的变形或破坏。对于地下洞室工程来讲，我们把与洞室本身稳定性密切相关的岩体称为围岩。洞室的开挖引起围岩的应力变化，这将影响洞室本身的稳定状态。而且为了维持围岩的稳定，岩体工程能正常运营，必须进行人工支护。合理地设计支护结构，确定经济合理的衬砌尺寸，都与岩体的初始应力状态紧密相关。所以，研究岩体的初始应力状态，就是为了正确地确定开挖岩体过程中的岩体内部应力变化，合理地设计岩体工程的加固措施。(二)岩体初始应力场及其计算1.岩体自重应力场岩体自重应力场的计算，大都是建立在假定岩体为均匀连续介质基础之上的。因此，可以应用连续介质力学的原理来计算岩体的自重应力场。设岩体为半无限体，地面为水平面，距地表深度为H处，有一单元体，其上作用的应力【例题3】某场地土层自地表以下20m深度范围内均为粉质粘土，地下水位在地表以下10m处，水位以上土的天然重度＝18.6KN/m3，饱和重度为20.1KN/m3，试确定：1、地表以下10m处土的自重应力值为（）。A.186kpaB.201kpaC.86kpaD.101kpa答案：A2、地表以下15m处土的有效自重应力值为（）。A.279kpaB.302kpaC.129kpaD.237kpa答案：D【例题4】在地下某深度处，岩体自重应力场中，垂直应力为2000kpa，水平应力为500kpa，则该深度处的侧压力系数为()。A.1B.0.75C.0.5D.0.25答案：D若岩体由多层不同重力密度的岩层所组成(图15-3-2)。每层岩层的厚度依次为hl，h2，…，hi…，hn，各层的重力密度依次分别为y1，y2，…，yi…，yn，则岩体的自重初始应力为:国外有资料说明，工程的现场量测结果中，侧压力系数并不符合海姆假说。这种情况往往与地质构造应力有密切关系。如果岩体由松散的碎石、砂及卵石组成，可以近似地认为岩体是理想松散介质，可由松散介质极限平衡条件来建立垂直应力与侧向应力的关系：【例题6】对于理想的松散岩体，其侧压力系数的大小只与岩体的（）有关。A.泊松比B.粘聚力C.内摩擦角D.重力密度答案：C【例题7】对于理想的松散岩体，其侧压力系数的大小为（）。A.1B.0.5C.0.33D.0.25答案：C实际破碎岩体一般不能视为理想松散介质，而把它看作为具有一定粘聚力的松散介质。2.岩体的构造应力场地壳的各种地质构造是在大范围内的巨大的地质构造应力场作用下发生和形成的。在各个不同的地质年代里，都有不同的地质构造运动发生，地质构造运动过程一般需要很长时间。在同一个地区，一个构造运动结束之后，或者就在这个构造运动发生的过程中，又有新的构造运动发生，就会形成新的构造应力场与老构造应力场的叠加，形成复杂的复合构造应力场。各种复杂的地质构造就是在长期的地质构造运动作用下形成的。由于地质构造运动，岩体经受了相当大的外力作用，形成了各种地质构造，例如向斜、背斜和各种褶皱，以及产生断裂而形成各种节理及断层等。在地质构造应力场作用下，使岩体产生弹性变形和塑性变形，