地應(yīng)力形成及分布規(guī)律1

1、不同地質(zhì)成因巖石的地應(yīng)力分布規(guī)律，及其與成因關(guān)系，還需進(jìn)一步研究。因此， 通過收集我國的大量實(shí)測(cè)資料，利用統(tǒng)計(jì)方法研究不同巖性的地應(yīng)力分布規(guī)律，可 深化對(duì)地應(yīng)力成因和影響因素的認(rèn)識(shí)，對(duì)我國地質(zhì)、水電和能源等行業(yè)的發(fā)展具 有重要意義。1、地應(yīng)力成因及其分類1.1地應(yīng)力的成因近兒十年來大量的實(shí)測(cè)資料表明，地應(yīng)力是一個(gè)隨著時(shí)空變化的具有相對(duì)穩(wěn)定 性的非均勻應(yīng)力場(chǎng)，地球本身的各種運(yùn)動(dòng)過程是使地殼產(chǎn)生各種應(yīng)力場(chǎng)的主要因 素。一個(gè)地應(yīng)力的來源,可以概括為：山巖體自重引起的地應(yīng)力;構(gòu)造（板塊）運(yùn)動(dòng)引 起的地應(yīng)力;地形地勢(shì)引起的地應(yīng)力;剝蝕引起的地應(yīng)力;封閉應(yīng)力，上述來源，經(jīng)過 回歸后的成因分析,我們認(rèn)為在工

2、程地區(qū)巖體自重和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是構(gòu)成巖體地應(yīng)力場(chǎng) 的主要因素，山于二者的影響效應(yīng)所起作用不同,這就決定了地應(yīng)力場(chǎng)總的分布規(guī)律 各異，地形（地勢(shì)）可以引起山谷底部應(yīng)力集中，造成水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力，并會(huì)改 變最大主應(yīng)力方向，但在整個(gè)地應(yīng)力場(chǎng)中只起局部調(diào)整作用，即只影響局部地應(yīng)力場(chǎng) 的分布，而決不會(huì)影響整個(gè)地應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律，剝蝕作用可以使垂直應(yīng)力相應(yīng)降 低,水平應(yīng)力保持不變;封閉應(yīng)力可以產(chǎn)生“巖餅”、“巖爆”等現(xiàn)象，但這對(duì)整 個(gè)地應(yīng)力場(chǎng)來說都還是局部性的，不是形成地應(yīng)力場(chǎng)的主要因素?？傊貞?yīng)力是指地層中存在的應(yīng)力，即指未受工程干擾的天然應(yīng)力，但從廣 義上講，也包括由于工程施工破壞巖土平衡而產(chǎn)生的附加

3、應(yīng)力。1.2地應(yīng)力的分 類由于研究的方法和訂的有所側(cè)重，對(duì)地應(yīng)力的分類有很多種。根據(jù)形成因素和 調(diào)整因素，地應(yīng)力場(chǎng)可以分為：以巖體自重為主導(dǎo)的地應(yīng)力場(chǎng)；以構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為主導(dǎo)的 地應(yīng)力場(chǎng);調(diào)整因素形成的局部地應(yīng)力場(chǎng)。本文將地應(yīng)力的分為重力應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力。重力應(yīng)力場(chǎng):重力應(yīng)力是最基本的，最簡化的應(yīng)力場(chǎng)。它假定遠(yuǎn)古時(shí)期地面是 無起伏的平地。地應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力符合：豎直應(yīng)力；，ghv,gh,水平應(yīng)力；（其中為泊松比），h,l,可以看出：垂直應(yīng)力大于水平應(yīng)力，在應(yīng)力場(chǎng)中占優(yōu)勢(shì);且垂直應(yīng)力隨深度增加 而線性增加。但是，現(xiàn)實(shí)中很少會(huì)有純粹的自重應(yīng)力場(chǎng)。構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng):構(gòu)造應(yīng)力的作用效果有地層運(yùn)動(dòng)和對(duì)地層產(chǎn)生的應(yīng)變與變形

4、，構(gòu) 造應(yīng)力并非是一種單一應(yīng)力，而是多種應(yīng)力的集中體現(xiàn)?，F(xiàn)實(shí)生活中得應(yīng)力場(chǎng)基本 上是山重應(yīng)力場(chǎng)和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)構(gòu)成的。構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)普遍存在，而且很多地方的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)近似為水平方向，常常構(gòu)造 應(yīng)力大于重力應(yīng)力場(chǎng)中的水平應(yīng)力分量，甚至也大于垂直應(yīng)力分量。2垂直應(yīng)力 隨埋深分布規(guī)律山于應(yīng)力解除法測(cè)深小，樣本中有實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力的測(cè)點(diǎn)多在埋深1 500 m范圉 內(nèi)，埋深1500 m以下僅有少量點(diǎn)。本文僅對(duì)1 500 m范圍內(nèi)的垂直應(yīng)力資料進(jìn)行了統(tǒng)訃分析，結(jié)果見圖1。JOUI 200圖1表明，垂直應(yīng)力隨埋深總體上呈線性增大少數(shù)點(diǎn)離散性大。在地殼淺層巖 體自重是垂直應(yīng)力的最主要組成部分，但在淺層同時(shí)受到較高水平構(gòu)造

5、應(yīng)力、地 形地貌、近代地表地質(zhì)作用和巖體各向異性等因素影響，造成部分測(cè)點(diǎn)垂直應(yīng)力增 大。并且，不同的巖石的垂直應(yīng)力變化也不一樣。I ”h.iJ劇.酌二二:二茨琵劫:汽茁F,-；- 25M«倂渥lft;W麥變化址憎4 dG卯確中艘翱平琳平駆力庭11迪力燼狀內(nèi)“離決豉蟻律山圖3可知，巖漿巖在深度100 m以內(nèi)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較少，大部分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)集 中為100, 500 m。圖3給出了中國巖漿巖平均水平地應(yīng)力與垂直地應(yīng)力比值及其內(nèi) 外包線隨深度變化規(guī)律，對(duì)深埋地下結(jié)構(gòu)訃算的荷載分析具有重要的參考價(jià)值和實(shí) 用意義。從圖7的曲線對(duì)比來看，巖漿巖的平均水平地應(yīng)力與垂直地應(yīng)力的比值 k回歸結(jié)果在約500

6、m以內(nèi)大于沉積巖和變質(zhì)巖，隨著深度的增加則小于沉積巖和 變質(zhì)巖且減小速率相對(duì)較大。從垂直應(yīng)力隨埋深的應(yīng)力變化梯度看，變質(zhì)巖最大，巖漿巖次之，沉積巖最 小，但沉積巖的線性關(guān)系最好，巖漿巖的線性關(guān)系最差。三大類巖石的垂直應(yīng)力隨 埋深變化梯度總體上等于巖石重度，表明巖層自重是的最主要組成部分。，V3水平應(yīng)力隨埋深的分布規(guī)律不同類巖石的水平主應(yīng)力分布規(guī)律存在一定差別，巖漿巖是存在于上地幔和地 殼深處，最大水平主應(yīng)力最高，水平差應(yīng)力大;沉積巖是在近地表常溫、常壓條件 下，實(shí)測(cè)的最大水平主應(yīng)力和水平差應(yīng)力相對(duì)小。但因泊松效應(yīng)大，淺部的最小水 平主應(yīng)力反而較巖漿巖大;變質(zhì)巖多形成于高溫高壓的環(huán)境中，該類巖石

7、的地應(yīng)力 散點(diǎn)分布圖離散性大。在地殼淺部存有較大水平應(yīng)力，其主要來自水平構(gòu)造應(yīng)力和地形等。另oH, oh的應(yīng)力變化梯度均小于巖石容重，說明隨著埋深增大，oH, oh和ov大小 關(guān)系將發(fā)生變化，最后v o轉(zhuǎn)變?yōu)樽畲髴?yīng)力。按所回歸公式推算，當(dāng)埋深超過約 3 000 m后，應(yīng)力場(chǎng)以自重應(yīng)力場(chǎng)為主。還有，巖石的水平剪應(yīng)力隨埋深呈線性關(guān)系變化。相同埋深條件下，巖漿巖的 水平剪應(yīng)力大于沉積巖。從離散性角度看，在相同埋深范圍內(nèi)巖漿巖的離散性較 大。4結(jié)論1. 地應(yīng)力場(chǎng)按其形成因素和調(diào)整因素可以分為三種：（1 ）以巖體自重為主導(dǎo) 的地應(yīng)力場(chǎng)；（2 ）以構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為主導(dǎo)的地應(yīng)力場(chǎng)；（3 ）調(diào)整因素形成的局部地應(yīng)

8、力場(chǎng)。2. 不同巖性巖石的垂直應(yīng)力、最大和最小水平應(yīng)力、以及水平差應(yīng)力在統(tǒng)計(jì)范 圍內(nèi)隨埋深總體上呈線性關(guān)系，但三類巖性間的變化規(guī)律存在一定差別，其與巖石 成因密切相關(guān)。3. 不同成因巖石的地應(yīng)力分布特點(diǎn)的差異，除與成巖時(shí)的內(nèi)在性質(zhì)和外在因素 不同有關(guān)外，還受后期地表地質(zhì)作用影響，表現(xiàn)在巖漿巖因多受剝蝕作用，其最大 水平主應(yīng)力的回歸常數(shù)項(xiàng)較大。4. 由于初始地應(yīng)力場(chǎng)具有復(fù)雜、受各種干擾因素多等特點(diǎn)，因此，初始地應(yīng)力 場(chǎng)具有多樣性、復(fù)雜性和長期性等特點(diǎn)。在分析中將初始地應(yīng)力場(chǎng)作為一個(gè)系統(tǒng)看 待，影響初始地應(yīng)力場(chǎng)的諸要素相互作用相互依賴。參考文獻(xiàn)：1. 景鋒等.不同地質(zhì)成因巖石地應(yīng)力分布規(guī)律的統(tǒng)計(jì)分析J（巖土力學(xué),2008.2. 戚藍(lán)等.初始地應(yīng)力場(chǎng)系統(tǒng)分析理論與方法研究.天津大學(xué)建筑工程學(xué)院,20023. 王英豪.地應(yīng)力的研究與分析.西部探礦工程，20084. 景鋒，盛謙，張勇慧，劉元坤.不同地質(zhì)成因巖石地應(yīng)力分布規(guī)律的統(tǒng)計(jì)分 析巖土力學(xué)，20085. 景鋒