北科大巖石力學(xué)課件李長(zhǎng)洪地應(yīng)力及其測(cè)量(gaishu)ppt

1、12本節(jié)主要內(nèi)容 1概念概念 2研究地應(yīng)力的必要性研究地應(yīng)力的必要性 3 3地應(yīng)力的成因地應(yīng)力的成因 4 4地殼淺部地應(yīng)力分布的一般規(guī)律地殼淺部地應(yīng)力分布的一般規(guī)律34.1 概述4.1.1地應(yīng)力的概念地應(yīng)力：地應(yīng)力：是存在于地層中的未受工程擾動(dòng)的天 然應(yīng)力，也稱巖體初始應(yīng)力、絕對(duì)應(yīng) 力或原巖應(yīng)力。 44.1.2 地應(yīng)力測(cè)量的必要性及意義地應(yīng)力測(cè)量的必要性及意義a)它是引起各種地下或露天巖石開(kāi)挖工程變形和破壞的根本作 用力。 區(qū)別于結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)其他力學(xué)。b)傳統(tǒng)的巖石工程的開(kāi)挖設(shè)計(jì)和施工的經(jīng)驗(yàn)類比法有局限性。 小規(guī)模和地表的巖石工程，經(jīng)驗(yàn)類比的方法往往是有效的。 大規(guī)模和深部的巖石工程，經(jīng)

2、驗(yàn)類比法有不足。 5c) 是巖石工程數(shù)值分析方法計(jì)算分析的必要 前提條件。d)地應(yīng)力應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。 對(duì)地震預(yù)報(bào)、區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、油田油井的 穩(wěn)定性、核廢料儲(chǔ)存、巖爆、煤和瓦斯突出的研 究以及地球動(dòng)力學(xué)的研究等也具有重要意義。 6 20世紀(jì)50年代N.Hast實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)存在于地殼上部的最大主應(yīng)力方向接近水平的，而且最大水平主應(yīng)力一般為垂直應(yīng)力的12倍，甚至更多。 HvhHh1e) 對(duì)地應(yīng)力的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)有誤。 1912年A.Heim1926年A.H. 74.1.34.1.3 地應(yīng)力的成因地應(yīng)力的成因1）地幔熱對(duì)流84.1.34.1.3 地應(yīng)力的成因地應(yīng)力的成因地幔熱對(duì)流（碰撞、俯沖、海岸）94.1

3、.34.1.3 地應(yīng)力的成因地應(yīng)力的成因2）板板塊塊邊邊界界受受壓壓104.1.34.1.3 地應(yīng)力的成因地應(yīng)力的成因中中國(guó)國(guó)地地震震帶帶分分布布114.1.34.1.3 地應(yīng)力的成因地應(yīng)力的成因3）巖漿侵入）巖漿侵入124.1.34.1.3 地應(yīng)力的成因地應(yīng)力的成因垂直應(yīng)力：平均密度，KN/m3側(cè)壓力：H總深度（m）側(cè)壓力系數(shù) 圖 巖體自重垂直應(yīng)力Hzzyx4）巖體自重應(yīng)力場(chǎng)）巖體自重應(yīng)力場(chǎng)13（1 1）巖體假定處于巖體假定處于彈性狀態(tài)彈性狀態(tài) zx1由推出1得：01zyxyxE的取值有4種可能：14巖體由多層不同性質(zhì)巖層組成時(shí)巖體由多層不同性質(zhì)巖層組成時(shí)第j層底面應(yīng)力：jiiijzh1jz

4、jjyjxznniiizh yx1jj1j第n層底面應(yīng)力：1515 . 0（2 2）HeimHeim假設(shè)（塑性狀態(tài)）假設(shè)（塑性狀態(tài)） 當(dāng)原始應(yīng)力超過(guò)一定的極限，巖體就會(huì)處于潛塑狀態(tài)或塑性狀態(tài)。（相當(dāng)于 ）16（3 3）巖體為理想松散介質(zhì)）巖體為理想松散介質(zhì) （c=0,風(fēng)化帶、斷層帶） 由極限平衡理得sin1sin1zxsin1sin1zyzxxzsin17（4 4）當(dāng)松散介質(zhì)有一定粘聚力時(shí)）當(dāng)松散介質(zhì)有一定粘聚力時(shí) (c0 )(c0 )sin1cos2sin1sin1cHx側(cè)壓力為：側(cè)壓力為：18注：當(dāng) 說(shuō)明無(wú)側(cè)壓力 sin1cos2CHO0 x0 x無(wú)側(cè)壓力深度 195)5)地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力地質(zhì)

5、構(gòu)造應(yīng)力205)5)地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力Fujianshanghang，某地應(yīng)力場(chǎng)某地應(yīng)力場(chǎng)受斷層影響情況受斷層影響情況215)5)地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力Hebeihandan，某旋轉(zhuǎn)地應(yīng)力場(chǎng)某旋轉(zhuǎn)地應(yīng)力場(chǎng)受旋鈕構(gòu)造影響。受旋鈕構(gòu)造影響。22圖圖 地形對(duì)初應(yīng)力的影響地形對(duì)初應(yīng)力的影響6）地形、地表剝蝕對(duì)地應(yīng)力影響237 7）水壓力、熱應(yīng)力）水壓力、熱應(yīng)力 a.孔隙水壓力、流動(dòng)水壓力(影響小)、靜水壓力（懸浮作用） b.一般地溫梯度： 巖體的體膨脹系 數(shù)： ，巖體彈模E=104MPa；地溫梯度引起的溫度應(yīng)力 約為： zMPazMPaEzT003.0101003.045 z-z-深度/m。溫

6、度應(yīng)力是同深度的垂直應(yīng)力的1/9，并呈靜水壓力狀態(tài)。-510 100/3mC244.1.4 4.1.4 地殼淺部（地殼淺部（3000m3000m以內(nèi)）地應(yīng)力分布的主要規(guī)律以內(nèi)）地應(yīng)力分布的主要規(guī)律 1）地應(yīng)力是一）地應(yīng)力是一個(gè)具有相對(duì)穩(wěn)個(gè)具有相對(duì)穩(wěn)定性的非穩(wěn)定定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)，它是應(yīng)力場(chǎng)，它是時(shí)間和空間的時(shí)間和空間的函數(shù)。函數(shù)。254.1.4 4.1.4 地殼淺部（地殼淺部（3000m3000m以內(nèi)）地應(yīng)力分布的主要規(guī)律以內(nèi)）地應(yīng)力分布的主要規(guī)律 垂直應(yīng)力 隨深度線性增加。平均密度約為27KN/m3kPaHv272）垂直應(yīng)力隨深度的變化規(guī)律）垂直應(yīng)力隨深度的變化規(guī)律26垂直應(yīng)力平均水平應(yīng)力K

7、3.0100KZ5.01500KZ4.1.4 地殼淺部（地殼淺部（3000m以內(nèi)）地應(yīng)力分布的主要規(guī)律以內(nèi)）地應(yīng)力分布的主要規(guī)律 3）水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力；）水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力；4）平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比隨深）平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比隨深 度增加而減小，且趨近于度增加而減小，且趨近于1274.1.4 地殼淺部（地殼淺部（3000m以內(nèi)）地應(yīng)力分布的主要規(guī)律以內(nèi)）地應(yīng)力分布的主要規(guī)律 5）最大水平主應(yīng)力與）最大水平主應(yīng)力與 最小水平主應(yīng)力隨最小水平主應(yīng)力隨 深度增加線性增長(zhǎng)深度增加線性增長(zhǎng)6）最大水平主應(yīng)力與）最大水平主應(yīng)力與 最小水平主應(yīng)力之最小水平主應(yīng)力之 差隨深度增加而增差隨深度增加而增 大大7090110130150170190210230250036