地质学课件：4-3-4-4岩体天然应力与工程分类

1、4.3 岩体的天然应力状态4.3.1 岩体应力的组成天然应力（natural stress）自重应力（gravitational stress）与上覆厚度有关构造应力（tectonic stress）：与构造活动有关变异应力（altered stress）：与岩体的物理化学改变和岩浆侵入有关残余应力（residual stress） ：与卸荷有关感生应力（induced stress）：与开挖支护等有关4.3 岩体的天然应力状态天然应力的理论计算：静水应力式的观点、垂直应力为主的观点和水平应力为主的观点。最早且引用最多的是瑞士地质学家Heim（1912）提出的假定，即地壳岩体某点的垂直地应力为

2、其上覆岩体厚度的积分形式Zyxhvhh 设岩体为完全弹性体，水平地应力可写为式中：v-垂直地应力； h-水平地应力；-岩石密度；g-重力加速度；h-上覆岩体厚度；-岩石容重；-泊松比。 4.3.2 天然应力分布的规律岩体中存在三向不等的空间应力场；水平应力与垂直应力的关系表明：地壳表部岩体以水平应力为主；深层三应力基本相等（Heim假说）垂直地应力随深度而增加(据G.Herget,1988)水平地应力随深度而增加(据G.Herget,1988)4.3.2 天然应力分布的规律水平应力和垂直应力之比H/V与埋深H的关系（据Hoek和Brown，1980） 4.3.2 天然应力分布的规律水平应力具有

3、强烈的方向性，这与构造活动具有方向性有关；河谷地区地应力场的特征表明，受浅表生改造作用，天然应力场发生了重分布，且在峡谷底部有明显的应力集中现象。 地应力测点平面分布位置图主应力随深度的关系4.3.3 地应力研究的工程意义基坑底部的隆起、剥离破坏 在大坝基坑开挖过程中，由于卸荷引起应力释放，当初始的水平应力较高时，会造成基坑底部岩层呈水平状开裂。基坑边坡的剪切滑移 残存的水平构造应力大于软弱夹层的抗剪强度，在开挖切穿软弱夹层后，造成了沿软弱夹层向临空面的滑动。地下洞室产生大的收敛变形 洞室轴线与最大的水平应力垂直时，边墙会产生特别大的变形。地下洞室施工过程中产生岩爆 应力的突然释放，引起洞壁岩

4、石爆裂、剥落或岩片弹射出来的现象。4 岩体的工程分类 方法：通过岩体的一些简单和容易实测的指标，把工程地质条件和岩体力学性质参数联系起来，并借鉴已建工程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训，对岩体进行归类的一种工作方法。目的：通过分类，概括地反映各类工程岩体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学问题。为工程设计、支护衬砌、建筑物选型和施工方法选择等提供参数和依据。4.4.1岩块的工程分类 1、Deere &Miller 双指标分类 分类指标：岩块抗压强度（c）、模量比（Et/c） 分类方法： （1）按c将岩块按下表分为5类。岩块抗压强度(c)分类表类别岩块分类c(MPa)岩石类型举例A极高强

5、度200石英岩、辉长岩、玄武岩B高强度100200大理岩、花岗岩、片麻岩C中等强度50100砂岩、板岩D低强度2550煤、粉砂岩、片岩E极低强度125白垩、盐岩（2）按Et/c将岩块按下表分为3类。岩块模量(Et/c)分类表类别Et/c分类Et/cH高模量比500M中等模量比200500L低模量比200（3）综合二者，将岩块划分成不同类别，如AH(高模量比极高强度岩块)、BL(低模量比高强度岩块)等。 2 、国标岩土工程勘察规范分类岩土工程勘察规范（GB50021-2001） 分类指标：新鲜岩块的饱和单轴抗压强度 分类方法：按下表分为2大类4亚类。 岩块强度分类表 类别亚类饱和单轴抗压强度(M

6、Pa)代表性岩石硬质岩石坚硬岩石60花岗岩、花岗片麻岩、闪长岩、玄武岩、石灰岩、石英砂岩、石英岩、大理岩、硅质砾岩等较硬岩石3060软质岩石较软岩石530粘土岩、页岩、千枚岩、绿泥石片岩、云母片岩等极软岩石54.4.2 岩体的工程分类1、岩体质量分级 2、洞室围岩分类（锚杆喷射混凝土支护技术规范GBJ86-85） 3、岩体地质力学分类 4、巴顿岩体质量 岩石的质量指标RQDRQD(rock quality designation) 利用直径为54mm的金刚钻机钻进，用大于10cm长的岩芯之和与钻进进尺长度之比的百分数表示，即反映岩体的完整性，风化程度，但不反映结构面形状、地下水作用 等级RQD值（）岩体质量190100很好27590好35075中等42550差560306015305155坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩岩体完整程度分级岩石坚