地应力及其原理.ppt

2024/11/28第六章地应力及其测量6地应力及其测量
6.1概述
6.1.1基本概念
地应力：系指天然环境下地壳岩土体内某一点所固有的应力状态，即未受人工开挖扰动的应力，称为地应力或原岩应力。6地应力及其测量
6.1概述
6.1.1基本概念
次生应力：受开挖、手动影响，在影响范围以内的原岩应力平衡状态被破坏后的应力称为次生应力或诱发应力。
应力重分布：原岩应力到次生应力的转换过程。6.1概论b重要性：决定洞室布置的决定性因素之一。稳定性分析的重要参数。

1)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。
2)传统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。b重要性：决定洞室布置的决定性因素之一。

3)岩石工程数值分析方法计算分析的必要前提条件
4)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。6.1.2地应力的特点及其重要性
地应力是引起采矿、水利水电、土木建筑和其他各种地下工程或露天岩石开挖工程变形和破坏的原始动力，
是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析，实现岩石工程开挖设计和决策的必要前提条件。6.1.2地应力的特点及其重要性
为了对各种岩石工程进行科学合理的开挖设计和施工，就必须对影响工程稳定性的各种因素进行充分调查，
只有详细了解了这些工程影响因素，通过定量计算和分析，才能做出既经济又安全实用的工程设计。对于矿山来说，只有掌握了具体工程区域的地应力条件，才能合理确定矿山总体布置，确定巷道和采场的最佳断面形状、断面尺寸等。
在确定巷道和采场走向时，也应考虑地应力的状态，最理想的走向是与最大主应力方向平行，
当然，在实际工程中还要综合考虑工程需要和其它影响因素。

应用领域：
地应力在地震预报、区域地壳稳定性评价、
油田油井的稳定性、核废料存储、
岩爆、瓦斯突出及地球动力学研究等最基础的原始资料。
综上所述，地应力的特点及其重要性如下：
1、地应力是地下工程围岩变形破坏原始动力；
2、地位相当于工程中习惯性理解的外荷载，但又与材力、弹力中泛指的外荷载有所不同；
3、地下工程是先受力，后开挖，并且地应力从开挖前到最终一直对围岩起着作用；
4、地应力是涉及地壳问题、地下工程问题理论分析、计算中最基础的原始资料。关于地应力的古典假设
1、海姆假设：
在前言中我们已经介绍过，人们认识地应力还只是近百年的事，1912年瑞士的地质科学家海姆（A.Heim）在大型越岭隧道的施工过程中，通过观察与分析，首次提出了地应力的概念，关于地应力的古典假设
1、海姆假设：
假设地应力是静水应力状态，即地壳中任意一点的应力在各个方向上均相等，并且等于单位面积上覆盖岩层的重量，即：

式中：—水平应力；—垂直应力；—覆盖岩层的容重；—覆盖岩层的深度。海姆认为：
（1）原岩应力各向等压，即静水压力状态。
（2）上覆岩体的重量，历经漫长的地质年代后，由于材料的蠕变性及地下水平方向的约束条件，导致水平应力最终与铅重应力相均衡。

这一法则，仍为许多岩石力学家在认识深部地应力状态时所接受。2、金尼克假设
1926年，原苏联学者金尼克修正了海姆的静水压力假设，
他认为地壳中各点的垂直应力等于上覆盖岩层的重量，
而侧向应力（水平应力）是泊松效应的结果，其值应为乘以一个修正系数。2、金尼克假设
金尼克根据弹性理论（假定岩体是均匀的、连续的弹性介质体，得出水平应力总归小于铅垂应力的结论），
认为这个测压系数等于，即：

式中：—上覆盖岩层的泊松比，岩石的泊松比的常值范围为0.15~0.30。此时，当时，，即海姆假说只是金尼克假说的一个特例。
同期的其他一些人主要关心的也是如何用一些数学公式来定量地计算地应力的大小，并且也都认为地应力只与重力有关，即以垂直应力为主，他们不同点只在于测压系数的不同。小结我国的地质学家李四光：
20年代指出“在构造应力的作用仅影响地壳上层一定厚度的情况下，水平应力分量的重要性远远超过垂直应力分量”。50年代，哈斯特在测试地应力时也发现地壳上部的最大主应力几乎处处是水平或接近水平的，而且最大水平应力主应力一般为垂直应力的1～2倍。
这样就从根本上动摇了地应力是静水压应力的理论和垂直应力为主的观点。3）李四光：在构造应力的作用仅影响地壳上层一定厚度的情况下，水平应力分量的重要性远远超过垂直应力分量。
4）哈斯特：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。
5）近期研究：重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因，其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响