巖體初始應(yīng)力場及其影響因素汶川地震

巖體初始應(yīng)力場及其影響因素汶川地震第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日一、初始應(yīng)力的概念與意義意義（1）工程穩(wěn)定性分析的原始參數(shù)。（2）確定開挖方案與支護(hù)設(shè)計(jì)的必要參數(shù)。初始應(yīng)力：天然狀態(tài)下巖體內(nèi)的應(yīng)力，又稱地應(yīng)力、原巖應(yīng)力。因素：自重地質(zhì)構(gòu)造地形地貌地震力水壓力地?zé)?。第二頁，共二十六頁?022年，8月28日二、初始應(yīng)力的組成

巖體的初始應(yīng)力場包括構(gòu)造應(yīng)力場和自重應(yīng)力場組成。

能夠計(jì)算的是巖體的自重應(yīng)力場，巖體構(gòu)造應(yīng)力只能判斷、測試，不能計(jì)算。第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日.構(gòu)造應(yīng)力場是指一定區(qū)域內(nèi)具有生成聯(lián)系的各種構(gòu)造形跡在不同部位應(yīng)力狀態(tài)的總體。1、巖體構(gòu)造應(yīng)力場.它是空間和間的函數(shù)，是隨構(gòu)造形跡的發(fā)生發(fā)展而變化的非穩(wěn)定應(yīng)力場。.實(shí)際應(yīng)用中，可以近似地把構(gòu)造應(yīng)力場看成是不隨時(shí)間而變化，只隨空間而變化的應(yīng)力場。第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日形成構(gòu)造應(yīng)力場的因素有很多，主要有：(1)大陸板塊邊界受壓引起的應(yīng)力場;第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日中國大陸板塊受到外部印度洋板塊和太平洋板塊兩塊板快的推擠，速度為每年數(shù)厘米，同時(shí)受到了西伯利亞板塊和菲律賓板塊的約束。在這樣的邊界條件下，板塊發(fā)生變形，產(chǎn)生水平受壓應(yīng)力場，其主應(yīng)力跡線如圖。印度洋板塊和太平洋板塊的移動(dòng)促成了中國山脈的形成，控制了我國地震的分布。第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日

印度板塊向亞洲板塊俯沖，造成青藏高原快速隆升。高原物質(zhì)向東緩慢流動(dòng)，在高原東緣沿龍門山構(gòu)造帶向東擠壓，遇到四川盆地之下剛性地塊的頑強(qiáng)阻擋，造成構(gòu)造應(yīng)力能量的長期積累，最終在龍門山北川-映秀地區(qū)突然釋放。

汶川大地震的成因以2008年5月12日的汶川大地震為例第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日龍門山斷裂帶是一條特別大的裂縫，它綿延長約500公里，寬達(dá)70公里，規(guī)模巨大，沿著四川盆地西北緣底部切過，位置十分特殊，地殼厚度在此陡然變化，在其以西為60-70公里，以東則在50公里以下。此處，雪山聳列，江河縱橫，地形復(fù)雜，溝谷交錯(cuò),不知道經(jīng)過了多少次斷裂才形成了如此地貌。第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日(2)地幔熱對流引起的應(yīng)力場;地下賦存著眾多的放射性物質(zhì)，由于放射性物質(zhì)的衰變和巖石物理化學(xué)狀態(tài)的改變，使巖層中積累了巨大的熱能，再加上上部巖石的巨大壓力，使地球內(nèi)部物質(zhì)具有了可塑性和流動(dòng)性。由于各部分巖石性質(zhì)的不同，使溫度、壓力的分布不均衡，這樣重力作用下，地球內(nèi)部的塑性物質(zhì)就會(huì)象液體一樣發(fā)生對流。第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日地核中的高溫物質(zhì)上升到地幔，把熱量傳給地殼巖石，使高溫物質(zhì)發(fā)生水平向的移動(dòng)，帶動(dòng)地殼隨之移動(dòng)，引起地殼下面的水平切向應(yīng)力。當(dāng)冷卻后開始下沉?xí)r又會(huì)造成地殼下沉。下降部位同時(shí)會(huì)受到兩側(cè)來的壓力，使得地殼產(chǎn)生擠壓變形，形成褶皺。地幔內(nèi)部進(jìn)行的熱對流循環(huán)作用，必然會(huì)使內(nèi)部物質(zhì)產(chǎn)生分異現(xiàn)象，這種分異現(xiàn)象是長期而緩慢進(jìn)行著的，并引起了地殼的沉降運(yùn)動(dòng)，這種沉降會(huì)在不同地區(qū)產(chǎn)生擠壓和引張，從而造成巖層的褶皺和破壞，導(dǎo)致地震。第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日高溫物質(zhì)的對流運(yùn)動(dòng)需要積累相當(dāng)多的熱能，釋放一次后，要有一段時(shí)期再次積累，因此地幔中的對流作用在時(shí)間和空間上都是不連續(xù)的，使構(gòu)造運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)不連續(xù)性，有活躍期和寧靜期之分，統(tǒng)計(jì)，寧靜期延續(xù)的時(shí)間往往比活躍期長數(shù)倍。這種構(gòu)造活動(dòng)的不連續(xù)性可能就是造成地震活動(dòng)出現(xiàn)活躍期和寧靜期的原因。第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日(3)巖漿浸入引起的應(yīng)力場；巖漿浸入擠壓、冷凝收縮和成巖，均在周圍巖層中產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力場。第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日

(4)地溫梯度引起的應(yīng)力場;地層溫度隨著深度增加而升高，由于溫度梯度引起地層中不同深度產(chǎn)生相應(yīng)膨脹，引起地層中的正應(yīng)力。巖體局部寒熱不均，產(chǎn)生收縮和膨脹，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生局部應(yīng)力場。一般地溫度：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：

溫度應(yīng)力是同深度的垂直應(yīng)力的1/9，并呈靜水壓力狀態(tài)。第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日(5)地表剝蝕引起的應(yīng)力場。地表因?yàn)閹r體風(fēng)化、侵蝕和雨水沖刷搬運(yùn)而產(chǎn)生剝蝕作用。剝蝕后，由于巖體內(nèi)顆粒結(jié)構(gòu)的變化和應(yīng)力松弛趕不上這種變化，導(dǎo)致巖體內(nèi)仍然存在著比由地層厚度所引起的自重應(yīng)力還要大得多的水平應(yīng)力值。第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日

由地心引力引起的應(yīng)力場；即為自重應(yīng)力場，是在各種應(yīng)力場中唯一能夠計(jì)算的應(yīng)力場。2、巖體自重應(yīng)力場第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日垂直應(yīng)力：—平均密度，KN/m3側(cè)壓力：H—總深度（m）—側(cè)壓力系數(shù)的取值有3種可能巖體自重垂直應(yīng)力第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日（1）巖體假定處于彈性狀態(tài)

由推出得：巖體由多層不同性質(zhì)巖層組成時(shí)第j層應(yīng)力：原始垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力：第二十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日第二十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日（2）Heim假設(shè)（塑性狀態(tài)）當(dāng)原始應(yīng)力超過一定的極限，巖體就會(huì)處于潛塑狀態(tài)或塑性狀態(tài)。（相當(dāng)于）（3）巖體為理想松散介質(zhì)（風(fēng)化帶、斷層帶）由散體力學(xué)得到.第二十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日

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