巖體天然應力及其測量

巖體天然應力及其測量第1頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月學習指導本章主要介紹了巖石的初始應力概念，包括自重應力和構造應力，介紹了初始應力的量測方法及原理，包括應力解除法和應力恢復法。第2頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月重點巖體的初始應力概念巖體初始應力的測量方法

第3頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1概述地殼在漫長的地質年代里始終處于不斷運動與變化之中，例如，由于地殼的構造運動常使巖層產生褶皺、斷裂和錯動，這些現象的出現都是巖層或巖體受力的結果。引起巖體產生應力的原因很多，有構造運動所產生的構造應力，由上覆巖體的重量所引的自重應力、氣溫變化所引起的溫度應力、地震力以及由于結晶作用、變質作用、沉積作用、固結作用、脫水作用所引起的應力，其次還有由于地下開挖在洞室圍巖中所引起的應力重分布和高壩等建筑物在巖基中所引起的附加應力等。巖體中的應力有的是由于人類活動而引起的，有的則在工程建筑之前早就產生了。凡是在工程施工開始前就已存在于巖體中的應力，稱為初始應力或天然應力或地應力(構造應力和自重應力都是初始應力)。初始應力的大小主要取決于上覆巖層的重量、構造作用的類型、強度和持續(xù)時期的長短等。第4頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2巖體的初始應力自重應力

靜止側壓力系數第5頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2巖體的初始應力海姆假說

當側壓力系數K=1時，就出現側向水平應力與垂直應力相等的所謂靜水壓力情況。這就是1878年著名瑞士地質學家海姆(Heim)所指出的情況。他根據在開挖橫貫阿爾卑斯山的大型隧洞的觀察中，發(fā)現隧洞的各個方向上都承受著很高的壓力。于是他提出了著名的海姆假說：在巖體深處的初始垂直應力與其上覆巖體的重量成正比，而水平應力大致與垂直應力相等。第6頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2巖體的初始應力構造應力

在漫長的地質年代里，由于地殼的構造運動，不僅在巖層或巖體中引起構造應力，同時也在巖層和巖體中引起相應的變形，這種變形表現為各種巖層和巖體以不同產狀、形狀和一定的幾何形態(tài)有規(guī)律地分布于地殼中。對于現時還在活動的構造應力場的研究，主要的手段之一就是進行構造應力的實測。對于過去所形成的古構造應力場的研究，最重要的手段就是在野外對于古時地殼運動所遺留下來各種蹤跡進行實地調查研究，并確定各種構造型式的存在和它們的構造特征。然后再采用各種相應的方法進行模擬實驗，同時配合有關應力場的理論分析進行研究。第7頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2巖體的初始應力初始應力的分布特點

1)一般情況下巖體中的初始應力場多數是三向不相等的空間應力場，最大水平主應力大于垂直應力，最小水平主應力的數值則變化較大。

2)初始應力的大小、方向與地質構造有著密切關系。很明顯，位于活動斷層的拐彎或交叉處的斷裂構造則產生較大的應力集中，其它部位的斷裂構造反而引起應力釋放，促使巖體應力的重新分布。

3)巖體上覆巖層的重量是形成巖體初始應力的基本因素之一

4)地形地貌對初始應力有一定的影響，因為地形被切割后必然引起新的重分布應力，這就使得河谷兩岸巖壁的最大主應力方向往往與山坡方向一致，而最小主應力方向則是谷坡的法線方向第8頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3巖體初始應力的量測方法應力解除法的基本原理第9頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3巖體初始應力的量測方法應力解除法的空間應力量測共面三孔交匯法確定三維應力第10頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3巖體初始應力的量測方法應力解除法的空間應力量測孔壁應變測試法第11頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3巖體初始應力的量測方法應力恢復法

利用應力恢復法量測巖體表面應力時，應在巖體表面沿不同方向安置三個應變