第六章岩体的初始应力

1、 1 1 岩体初始应力状态的概念与意义岩体初始应力状态的概念与意义 岩体。岩体。应力应力（亦称（亦称初始应力初始应力或或地应力地应力）：）：定义之一：定义之一：应力。应力。定义之二：岩体在天然定义之二：岩体在天然应力分为应力分为自重应力场自重应力场和和构造应力场构造应力场。 由上覆岩体的自重所引起的应力称为由上覆岩体的自重所引起的应力称为自重应力；自重应力；地层中由于地层中由于过去地质构造运动产生和现在正在活动与变化的过去地质构造运动产生和现在正在活动与变化的应力，地质应力，地质作用残存的应力统称为作用残存的应力统称为构造应力构造应力。研究研究岩体初始应力状态的工程意义：岩体初始应力状态的工程

2、意义：1.1. 正确确定开挖岩体过程中的岩体内部应力变化正确确定开挖岩体过程中的岩体内部应力变化2.2. 合理设计地下工程的支护尺寸合理设计地下工程的支护尺寸2、 组成岩体初始应力状态的各种应力场及其计算组成岩体初始应力状态的各种应力场及其计算（6-3）所以，侧压力系数= = / =(1-sin)/ (1+sin)(6-8)zyxniiizh1 对于具有一定粘聚力的松散岩体，侧向应力x与垂直应力z之间的关系为（6-9） 显然，在一定深度范围，側向应力x 有可能为负；令x=0，则由上式可得：（6-10） 当HH0时，才开始出现侧向应力x，并随深度成正比增加。二、岩体构造应力场1构造应力的确定 构

3、造应力尚无法用数学力学的方法进行分析计算，而只能采用现场应力量测的方法来求得，但是构造应力的方向可以根据地质力学的方法加以判断。sin1cos2sin1sin1cHzx)sin1 (cos20cH（a）正断层（b）逆断层（c）平推断层（d）岩脉（e）褶皱 图6-4 由地质特征推断的应力方向（a）（e）均为平面图2地表剥蚀时侧压力系数的影响 图6-5 侵蚀对某一深度上的应力的影响Z0K0Z0)(1)1(100000HHHHHHvvnHHH1)1()(003岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法（二）基本理论和计算公式室内及现场资料表明：钻孔壁在液压下的初始开裂经常是垂直的。

4、设孔周水平地应力为1h、2h孔壁还受有水压Pb，此时，钻孔周围岩体内应力： 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 当 = a，即孔壁处，则， r= Pb = (1h + 2h)- Pb -2 (1h - 2h) cos2 （6-14）当 = 0时，有最小值，即：（三）根据水压致裂法试验结果计算地应力 水压致裂法的主要缺点是地主应力方向难以确定，可由式（ 6-

5、23）分析确定。 （1）、一般z=h，作为地主应力之一，若z1，则，2h肯定为最小地主应力。 由开裂方向可确定，2h或1h的方位，则三个地主应力的 方位也可以相应地确定。（2）若2h h，且孔壁开裂后孔内岩体出现水平裂缝，则此时，z=h为最小地应力，2h与1h各为中间地主应力及最大地主应力，垂直开裂方向即为最大地主应力方向。（四）水压致裂法的特点（ 为简化，设钻孔方向与3方向一致，且认为3=0，则此时通过孔径位移值计算应力的公式为：=d(1+2)+2(1 2)(1-2)cos21/E式中： 钻孔直径变化值, d 钻孔直径 测量方向与水平轴的夹角E、岩石弹性模量与泊松比 实际上，轴线方向的应力和

6、变形对原岩应力测量来说是很重要的待定参数; 吴振业新近给出了轴向应力应变分量的严密的公式，这里只列出有关孔径变形法测量的公式如下： 式中：px、py、pxy为待确定的与钻孔垂直截面上的原岩应力分量。2sin22cos)(2)2(2zxyyxyxppppppEdd32246112322411) 1(1332) 1(142yx式中：1x,yOA线上某点B的应力分量 B点离槽中心O的距离的倒数。 当在槽中埋设压力枕，并由压力枕对槽加压，若施加压力为P，则在OA线上B点产生的应力分量为： 2x= -2p(4-4 2-1)/(2 +1)3 2y=-2p(4+1)/(2 +1)3(6-28)当压力枕所施加

7、的力p=1时，这时B点的总应力分量为：x=1x+2x=2y=1y+2y=1主要试验过程简述： 15略, 6、由应力应变曲线求岩体应力1=1e+1p=GF+FOo= op+ oe=KM+MN , oC 1H/ v=1 , ; , 1/=2 0 , 0为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分别为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)四面体