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岩体地应力及其测量方法综述

塔里木大学水利与建筑工程学院杨保存农一师勘测设计院邱林

［摘要］岩体中的地应力场是一个具有三维空间的复杂应力场，它的大小和分布规律受岩体自重、地质构造运动、地形地貌及剥蚀
作用等多种因素的影响，选择合理有效的地应力测量方法对地应力场的测量至关重要。作者对地应力的分布规律、影响因素、地应力
测量前后应考虑的问题进行分析，对几种常用的地应力测量方法进行对比，对地应力测量研究中的主要问题进行分析。在关键地域
建立地应力监测系统，进行长期的地应力实时监测，同时重点研究开展深部地应力测量和构造应力场研究。
［关键词］地应力剥蚀作用应力解除法重力因子

1.地应力的成因及其分类受温度的影响两个方面。由于地温梯度而产生的地温应力，岩体的温度
地应力一般是质地壳岩体处在未经人为扰动的天然状态下所具有应力场为静压力场，可以与自重应力场进行代数迭加，如果岩体局部寒
的内应力，或称初始应力，主要是在重力和构造运动综合作用下形成的热不均，就会产生收缩和膨胀，导致岩体内部产生应力。
应力，有时也包括在岩体的物理、化学变化及岩浆浸入等作用下形成的综上所述，岩体中的地应力场是一个具有三维空间的复杂应力场，
应力。它的大小和分布规律受到多种因素的影响，这也对地应力场的测量带
1.1地应力的成因来了很大的影响和不确定因素。
产生地应力的原因是十分复杂的，地应力的形成主要与地球的各3.岩体地应力测量应注意的问题
种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应3.1测量孔位和深度的确定
力、地心引力、地球旋转、岩浆浸入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不地应力测量孔位的选定应考虑地形地貌、测孔周围的断裂分布、岩
均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的应力性、人工活动、地表风化等因素。地应力测量孔位应尽可能选在地形相
场。其中，构造应力场和自重应力场为现今地应力场的主要组成部分。对平缓地段，为配合重大工程建设需要,测量孔位应尽量较均匀分布在
1.2地应力的分类研究区具有代表性的构造部位，以便对研究区应力分布有总体了解，并
地应力按不同起源分为：自重应力、构造应力、剩余应力和变异应与模拟实验结果相互验证。研究区测孔应尽量选同一岩性，这样可避免
力。值得注意的是剩余应力与残余构造应力是完全不同的：剩余应力不测值之间的岩性校正，便于对比分析。对于峡谷区，在测量之前应作一

具有方向性，常是σx=σy；而残余应力引起的高水平应力具方向性，σx与定的前期分析，大致确定所测地段非构造应力的影响深度，以确定测孔

σy相差较大。钻探深度，避免测量未超过非构造应力影响范围而影响研究区区域应
2.岩体地应力的影响因素力场分析。
地壳深层岩体地应力分布复杂多变，造成这种现象的根本原因在3.2地形地貌对地应力测量状态的影响分析
于地应力的多来源性和多因素影响，但主要还是由岩体自重、地质构造关于地形地貌对地应力的影响，国内外许多科学家已作了大量研
运动和剥蚀决定。水平初始应力随深度的变化并不存在线性增大的变究。谭成轩等学者在前人研究的基础上，依据实测资料，运用大量室内
化关系，在地壳浅部与深部的变化规律是不同的。在众多的地应力分布三维模拟分析讨论了地形地貌对地应力大小的影响，并提出构造应力
影响因素中，地质构造历史、岩性和河谷切割地貌是主要因素。面的概念。沟谷宽度影响非构造应力集中范围大小和形状，而不影响构
2.1岩体自重的影响造应力面的深度；山体高度不仅影响非构造应力集中范围大小和形状，
岩体应力的大小等于其上覆岩体自重，研究表明：在地球深部的岩还影响构造应力面的深度。水平侧压力和山体高度是影响构造应力面
体的地应力分布基本一致。但在初始地应力的研究中人们发现，岩体初深度的主要因素。当水平侧压力随深度变化梯度与重力梯度相等时，在
始应力场的形成因素众多，剥蚀作用难以合理考虑，在常规的反演分析沟谷底部构造应力面深度近似等于山体高度。当水平侧压力随深度变
中，通常只考虑岩体自重和地质构造运动。以重力因子表示反演重度与化梯度增大构造应力面深度与其呈线性增加，同时在沟谷或坡角非构
实测重度的比值，在初始应力场的反演中，重力因子往往大于1，即反演造应力集中强度加强。
所得岩体重度大于实测重度，这一现象未得到合理解释，常引起研究者3.3断裂对地应力测量状态的影响分析
和工程师的困惑。易达、陈胜宏运用有限元数学模型回归分析法，考虑断裂发育的复杂程度与地应力状态的变化密切相关，高建理等，李
自重、剥蚀和构造作用，通过算例进行了分析，得出地表剥蚀作用是导方全等学者研究认为：断裂越发育，地应力状态的变化幅度越大，在断
致重力因子大于1的主要原因。裂极为发育的地区，应力方向极为分散，应力大小变化异常，并且断裂
2.2地形地貌