第六章巖體的初始應(yīng)力

1、 1 1 巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的概念與意義巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的概念與意義 巖體。巖體。應(yīng)力應(yīng)力（亦稱（亦稱初始應(yīng)力初始應(yīng)力或或地應(yīng)力地應(yīng)力）：）：定義之一：定義之一：應(yīng)力。應(yīng)力。定義之二：巖體在天然定義之二：巖體在天然應(yīng)力分為應(yīng)力分為自重應(yīng)力場自重應(yīng)力場和和構(gòu)造應(yīng)力場構(gòu)造應(yīng)力場。 由上覆巖體的自重所引起的應(yīng)力稱為由上覆巖體的自重所引起的應(yīng)力稱為自重應(yīng)力；自重應(yīng)力；地層中由于地層中由于過去地質(zhì)構(gòu)造運動產(chǎn)生和現(xiàn)在正在活動與變化的過去地質(zhì)構(gòu)造運動產(chǎn)生和現(xiàn)在正在活動與變化的應(yīng)力，地質(zhì)應(yīng)力，地質(zhì)作用殘存的應(yīng)力統(tǒng)稱為作用殘存的應(yīng)力統(tǒng)稱為構(gòu)造應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力。研究研究巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的工程意義：巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的工程

2、意義：1.1. 正確確定開挖巖體過程中的巖體內(nèi)部應(yīng)力變化正確確定開挖巖體過程中的巖體內(nèi)部應(yīng)力變化2.2. 合理設(shè)計地下工程的支護尺寸合理設(shè)計地下工程的支護尺寸2、 組成巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的各種應(yīng)力場及其計算組成巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的各種應(yīng)力場及其計算（6-3）所以，側(cè)壓力系數(shù)= = / =(1-sin)/ (1+sin)(6-8)zyxniiizh1 對于具有一定粘聚力的松散巖體，側(cè)向應(yīng)力x與垂直應(yīng)力z之間的關(guān)系為（6-9） 顯然，在一定深度范圍，側(cè)向應(yīng)力x 有可能為負(fù)；令x=0，則由上式可得：（6-10） 當(dāng)HH0時，才開始出現(xiàn)側(cè)向應(yīng)力x，并隨深度成正比增加。二、巖體構(gòu)造應(yīng)力場1構(gòu)造應(yīng)力的確定 構(gòu)

3、造應(yīng)力尚無法用數(shù)學(xué)力學(xué)的方法進行分析計算，而只能采用現(xiàn)場應(yīng)力量測的方法來求得，但是構(gòu)造應(yīng)力的方向可以根據(jù)地質(zhì)力學(xué)的方法加以判斷。sin1cos2sin1sin1cHzx)sin1 (cos20cH（a）正斷層（b）逆斷層（c）平推斷層（d）巖脈（e）褶皺 圖6-4 由地質(zhì)特征推斷的應(yīng)力方向（a）（e）均為平面圖2地表剝蝕時側(cè)壓力系數(shù)的影響 圖6-5 侵蝕對某一深度上的應(yīng)力的影響Z0K0Z0)(1)1(100000HHHHHHvvnHHH1)1()(003巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的現(xiàn)場量測方法巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的現(xiàn)場量測方法（二）基本理論和計算公式室內(nèi)及現(xiàn)場資料表明：鉆孔壁在液壓下的初始開裂經(jīng)常是垂直的。

4、設(shè)孔周水平地應(yīng)力為1h、2h孔壁還受有水壓Pb，此時，鉆孔周圍巖體內(nèi)應(yīng)力： r=1/2(1h + 2h)(1-a3/r2)+ Pb a2/r2+1/2(1h - 2h)(1- 4a2/r2 + 3a4/r4)cos2 =1/2(1h + 2h)(1+a3/r2)- Pb a2/r2 （6-13）-1/2(1h - 2h)(1- 3a4/r4)cos2 當(dāng) = a，即孔壁處，則， r= Pb = (1h + 2h)- Pb -2 (1h - 2h) cos2 （6-14）當(dāng) = 0時，有最小值，即：（三）根據(jù)水壓致裂法試驗結(jié)果計算地應(yīng)力 水壓致裂法的主要缺點是地主應(yīng)力方向難以確定，可由式（ 6-

5、23）分析確定。 （1）、一般z=h，作為地主應(yīng)力之一，若z1，則，2h肯定為最小地主應(yīng)力。 由開裂方向可確定，2h或1h的方位，則三個地主應(yīng)力的 方位也可以相應(yīng)地確定。（2）若2h h，且孔壁開裂后孔內(nèi)巖體出現(xiàn)水平裂縫，則此時，z=h為最小地應(yīng)力，2h與1h各為中間地主應(yīng)力及最大地主應(yīng)力，垂直開裂方向即為最大地主應(yīng)力方向。（四）水壓致裂法的特點（ 為簡化，設(shè)鉆孔方向與3方向一致，且認(rèn)為3=0，則此時通過孔徑位移值計算應(yīng)力的公式為：=d(1+2)+2(1 2)(1-2)cos21/E式中： 鉆孔直徑變化值, d 鉆孔直徑 測量方向與水平軸的夾角E、巖石彈性模量與泊松比 實際上，軸線方向的應(yīng)力和

6、變形對原巖應(yīng)力測量來說是很重要的待定參數(shù); 吳振業(yè)新近給出了軸向應(yīng)力應(yīng)變分量的嚴(yán)密的公式，這里只列出有關(guān)孔徑變形法測量的公式如下： 式中：px、py、pxy為待確定的與鉆孔垂直截面上的原巖應(yīng)力分量。2sin22cos)(2)2(2zxyyxyxppppppEdd32246112322411) 1(1332) 1(142yx式中：1x,yOA線上某點B的應(yīng)力分量 B點離槽中心O的距離的倒數(shù)。 當(dāng)在槽中埋設(shè)壓力枕，并由壓力枕對槽加壓，若施加壓力為P，則在OA線上B點產(chǎn)生的應(yīng)力分量為： 2x= -2p(4-4 2-1)/(2 +1)3 2y=-2p(4+1)/(2 +1)3(6-28)當(dāng)壓力枕所施加

7、的力p=1時，這時B點的總應(yīng)力分量為：x=1x+2x=2y=1y+2y=1主要試驗過程簡述： 15略, 6、由應(yīng)力應(yīng)變曲線求巖體應(yīng)力1=1e+1p=GF+FOo= op+ oe=KM+MN , oC 1H/ v=1 , ; , 1/=2 0 , 0為2 0 22311/=2 0i四、z0DBCHAWsinsin)sin(22iiHw)sin()sin(cossin2iicH0 . 1sintancosWWHcK cossintan)sincos(VWVUWcAK22/1wwZVcotcot)(12122iHZHW因次的形式： （8-11） (二) cottan)(cot)2(RSQSPRQPHcKsintantan222111QBCDcNABDcNKN1、N2分別為Qcos作用于滑面F1和F2的法向分量： N1 = Qcossin 2/sin(1+ 2) N2 = Qcossin 1 /sin(1+ 2)四面體