第一章地殼巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)

1、 巖體結(jié)構(gòu)特征及其變形破壞機制，是進(jìn)行區(qū)域穩(wěn)巖體結(jié)構(gòu)特征及其變形破壞機制，是進(jìn)行區(qū)域穩(wěn)定和巖體穩(wěn)定分析的定和巖體穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論。 決定巖體變形破壞的決定巖體變形破壞的主導(dǎo)因素主導(dǎo)因素是是巖石材料的性質(zhì)巖石材料的性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)特征巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體的應(yīng)力狀態(tài)巖體的應(yīng)力狀態(tài)、孔隙裂隙中水和時孔隙裂隙中水和時間因素間因素。是是指巖體中具有一定方向、力學(xué)強度相對較低、指巖體中具有一定方向、力學(xué)強度相對較低、兩向延伸（或具有一定厚度）的地質(zhì)界面（或帶）。兩向延伸（或具有一定厚度）的地質(zhì)界面（或帶）。（rockmassrockmass）通常通常指地質(zhì)體中與工程建設(shè)有關(guān)的那指地質(zhì)體中與工程建設(shè)有

2、關(guān)的那一部分巖石，它處于一定的地質(zhì)環(huán)境、被各種結(jié)構(gòu)面所分一部分巖石，它處于一定的地質(zhì)環(huán)境、被各種結(jié)構(gòu)面所分割。割。：結(jié)構(gòu)面在空間的分布和組合可將巖體切割成形結(jié)構(gòu)面在空間的分布和組合可將巖體切割成形狀、大小不同的塊體狀、大小不同的塊體，稱結(jié)構(gòu)體。，稱結(jié)構(gòu)體。工程地質(zhì)之所以要將巖體的結(jié)構(gòu)特征作為重要工程地質(zhì)之所以要將巖體的結(jié)構(gòu)特征作為重要研究對象，意義如下：研究對象，意義如下：巖體中的結(jié)構(gòu)面是巖體力學(xué)強度相對薄弱的巖體中的結(jié)構(gòu)面是巖體力學(xué)強度相對薄弱的部位，它導(dǎo)致巖體力學(xué)性能的部位，它導(dǎo)致巖體力學(xué)性能的不連續(xù)性不連續(xù)性、不均一性不均一性和和各向異性各向異性巖體的結(jié)構(gòu)特征對巖體在一定荷載條件下的巖體

3、的結(jié)構(gòu)特征對巖體在一定荷載條件下的變形破壞方式和強度特征起著重要的變形破壞方式和強度特征起著重要的控制作用控制作用靠近地表的巖體，其結(jié)構(gòu)特征在很大程度上靠近地表的巖體，其結(jié)構(gòu)特征在很大程度上確定了外營力對巖體的確定了外營力對巖體的改造進(jìn)程改造進(jìn)程研究結(jié)構(gòu)面最關(guān)鍵的是研究各類結(jié)構(gòu)面的研究結(jié)構(gòu)面最關(guān)鍵的是研究各類結(jié)構(gòu)面的、以及它以及它們的們的等。等。n2.1 2.1 基本概念及研究意義基本概念及研究意義n2.1.2.1.1 1 巖體應(yīng)力的一些基本概念巖體應(yīng)力的一些基本概念按成因，可對構(gòu)成巖體應(yīng)力的各組分作如下分類：按成因，可對構(gòu)成巖體應(yīng)力的各組分作如下分類：n 巖體應(yīng)力：巖體應(yīng)力：n 自重應(yīng)力自重

4、應(yīng)力n 活動的活動的n天然應(yīng)力或初始應(yīng)力天然應(yīng)力或初始應(yīng)力 構(gòu)造應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力 剩余的剩余的 變異及殘余應(yīng)力變異及殘余應(yīng)力 感生應(yīng)力感生應(yīng)力地殼巖體內(nèi)的天然應(yīng)力狀態(tài)，是指未經(jīng)人為擾動的，地殼巖體內(nèi)的天然應(yīng)力狀態(tài)，是指未經(jīng)人為擾動的，主要是在重力場和構(gòu)造應(yīng)力場的綜合作用下，有時也在巖主要是在重力場和構(gòu)造應(yīng)力場的綜合作用下，有時也在巖體的物理、化學(xué)變化及巖漿侵入等的作用下所形成的應(yīng)力體的物理、化學(xué)變化及巖漿侵入等的作用下所形成的應(yīng)力狀態(tài)，常稱為狀態(tài)，常稱為天然應(yīng)力或初天然應(yīng)力或初始應(yīng)力始應(yīng)力。人類從事工程活動，在巖體天然應(yīng)力場內(nèi)，因挖除部人類從事工程活動，在巖體天然應(yīng)力場內(nèi)，因挖除部分巖體或增加結(jié)構(gòu)

5、面而引起的應(yīng)力，稱為分巖體或增加結(jié)構(gòu)面而引起的應(yīng)力，稱為感生應(yīng)力或次生感生應(yīng)力或次生應(yīng)力應(yīng)力。n2.1.2.1.2 2 研究意義研究意義 工程地質(zhì)以巖體的地應(yīng)力為主要研究對象，主要是基于以工程地質(zhì)以巖體的地應(yīng)力為主要研究對象，主要是基于以下三點：下三點： 1 1、巖體天然應(yīng)力狀態(tài)或地應(yīng)力場是工程巖體存在的基本環(huán)、巖體天然應(yīng)力狀態(tài)或地應(yīng)力場是工程巖體存在的基本環(huán)境之一，它對工程巖體（或是地質(zhì)體）的變形和破壞起重要控境之一，它對工程巖體（或是地質(zhì)體）的變形和破壞起重要控制作用。制作用。因此，它是因此，它是區(qū)域穩(wěn)定性區(qū)域穩(wěn)定性和和巖體穩(wěn)定性巖體穩(wěn)定性評價和巖體工程評價和巖體工程設(shè)計的重要因素或參量。

6、設(shè)計的重要因素或參量。 2 2、巖體地應(yīng)力場是決定各類地下建筑物穩(wěn)定性的主要因素。、巖體地應(yīng)力場是決定各類地下建筑物穩(wěn)定性的主要因素。在在高應(yīng)力區(qū)高應(yīng)力區(qū)，地表、地下工程施工期間所進(jìn)行的巖體開挖工作，地表、地下工程施工期間所進(jìn)行的巖體開挖工作，往往能在巖體內(nèi)引起一系列與往往能在巖體內(nèi)引起一系列與卸荷回彈卸荷回彈和和應(yīng)力釋放應(yīng)力釋放相聯(lián)系的變相聯(lián)系的變形和破壞現(xiàn)象，其結(jié)果是不僅會形和破壞現(xiàn)象，其結(jié)果是不僅會惡化惡化地基或邊坡巖體的工程地地基或邊坡巖體的工程地質(zhì)條件，而且作用的本身有時也會對建筑物造成直接的質(zhì)條件，而且作用的本身有時也會對建筑物造成直接的危害危害3、修建高壩、大型水庫和深大的地下硐

7、室等，常能在更大范圍修建高壩、大型水庫和深大的地下硐室等，常能在更大范圍內(nèi)內(nèi)破壞巖體的天然應(yīng)力平衡破壞巖體的天然應(yīng)力平衡，引起一系列諸如斷層復(fù)活、水庫，引起一系列諸如斷層復(fù)活、水庫誘發(fā)地震以及大型巖爆等嚴(yán)重危害建筑物和人民生命財產(chǎn)的工誘發(fā)地震以及大型巖爆等嚴(yán)重危害建筑物和人民生命財產(chǎn)的工程地質(zhì)作用。程地質(zhì)作用。為了防災(zāi)、減災(zāi)，就需要深入研究巖體天然應(yīng)力為了防災(zāi)、減災(zāi)，就需要深入研究巖體天然應(yīng)力狀態(tài)及人類工程活動對它的影響。狀態(tài)及人類工程活動對它的影響。n2.2.2 2 巖體天然地應(yīng)力狀態(tài)的形成及其類型巖體天然地應(yīng)力狀態(tài)的形成及其類型n2.2.2.1 2.1 天然地應(yīng)力的形成天然地應(yīng)力的形成 區(qū)

8、域因素區(qū)域因素作為控制性因素，形成一個地區(qū)應(yīng)力場的基本格作為控制性因素，形成一個地區(qū)應(yīng)力場的基本格架；而架；而局部因素局部因素僅作為影響因素，使地應(yīng)力發(fā)生局部變化。僅作為影響因素，使地應(yīng)力發(fā)生局部變化。 形成巖體中天然地應(yīng)力的因素包括形成巖體中天然地應(yīng)力的因素包括構(gòu)造運動構(gòu)造運動和巖體和巖體重力作用重力作用，一些地區(qū)包括一些地區(qū)包括巖漿侵入巖漿侵入形成的應(yīng)力。形成的應(yīng)力。.重力作用：重力作用：在在重力場重力場作用下生成的應(yīng)力為自重應(yīng)力。在地表近水平的作用下生成的應(yīng)力為自重應(yīng)力。在地表近水平的情況下，重力場在巖體內(nèi)的某一任意點上形成相當(dāng)于上覆巖層情況下，重力場在巖體內(nèi)的某一任意點上形成相當(dāng)于上覆

9、巖層重量的垂直正應(yīng)力重量的垂直正應(yīng)力v： v=h（為巖石的容重；為巖石的容重；h h為該點的埋深；為該點的埋深；v v相當(dāng)于該點三向應(yīng)力中相當(dāng)于該點三向應(yīng)力中的最大主應(yīng)力。）的最大主應(yīng)力。）n 由于泊松效應(yīng)（即側(cè)向膨脹）造成水平正應(yīng)力由于泊松效應(yīng)（即側(cè)向膨脹）造成水平正應(yīng)力h h，相當(dāng)于相當(dāng)于三向應(yīng)力中的最小主應(yīng)力：三向應(yīng)力中的最小主應(yīng)力：（2-22-2）（為巖體的泊松比，為巖體的泊松比，N N。稱為巖體的側(cè)壓力系數(shù)。）稱為巖體的側(cè)壓力系數(shù)。） 大多數(shù)大多數(shù)堅硬巖體堅硬巖體：為為0.20.20.30.3，即，即N N。為為0.250.250.430.43。半堅硬巖體半堅硬巖體: :N N。大于

10、大于0.430.43；當(dāng)上覆荷載大，下伏當(dāng)上覆荷載大，下伏巖體呈塑流巖體呈塑流：接近接近0.50.5，N N。近于近于1 1，也就，也就是說該點近于靜水應(yīng)力狀態(tài)。是說該點近于靜水應(yīng)力狀態(tài)。地質(zhì)構(gòu)造運動地質(zhì)構(gòu)造運動巖石圈運動在巖體內(nèi)形成的應(yīng)力稱為構(gòu)造應(yīng)力。構(gòu)造巖石圈運動在巖體內(nèi)形成的應(yīng)力稱為構(gòu)造應(yīng)力。構(gòu)造應(yīng)力又可分為活動構(gòu)造應(yīng)力和剩余構(gòu)造應(yīng)力。應(yīng)力又可分為活動構(gòu)造應(yīng)力和剩余構(gòu)造應(yīng)力。n 活動構(gòu)造應(yīng)力，即狹義的地應(yīng)力，是地殼內(nèi)現(xiàn)在正在活動構(gòu)造應(yīng)力，即狹義的地應(yīng)力，是地殼內(nèi)現(xiàn)在正在積累的能夠?qū)е聨r石變形和破裂的應(yīng)力。積累的能夠?qū)е聨r石變形和破裂的應(yīng)力。n 剩余構(gòu)造應(yīng)力是古構(gòu)造運動殘留下來的應(yīng)力。剩余

11、構(gòu)造應(yīng)力是古構(gòu)造運動殘留下來的應(yīng)力。 如云南瀾滄江小灣水電站壩址區(qū)至少經(jīng)歷了如云南瀾滄江小灣水電站壩址區(qū)至少經(jīng)歷了5 5期構(gòu)期構(gòu)造應(yīng)力的作用：近造應(yīng)力的作用：近NNENNE向向NWWNWW向向NE-NNENE-NNE向向NWNW向向近近NSNS向；向； 金沙江溪洛渡壩址區(qū)，自燕山期以來也經(jīng)歷了金沙江溪洛渡壩址區(qū)，自燕山期以來也經(jīng)歷了5 5期期構(gòu)造應(yīng)力場作用：構(gòu)造應(yīng)力場作用：NWWNWW向向NEENEE向向NNENNE向向NNWNNW向向NWWNWW向。向。巖漿侵入巖漿侵入n巖漿侵入擠壓、冷凝收縮和成巖等過程，均會在周圍巖體巖漿侵入擠壓、冷凝收縮和成巖等過程，均會在周圍巖體中產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力場。中

12、產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力場。n2.2.2 巖體天然應(yīng)力狀態(tài)類型巖體天然應(yīng)力狀態(tài)類型目前有三種觀點：目前有三種觀點：“靜水應(yīng)力式靜水應(yīng)力式”分布觀點分布觀點地殼巖體任一點的應(yīng)力都是各向相等的，均等于上覆巖地殼巖體任一點的應(yīng)力都是各向相等的，均等于上覆巖層的自重，即：層的自重，即：x=y=v=h垂直應(yīng)力為主的觀點垂直應(yīng)力為主的觀點基于彈性理論提出的，認(rèn)為巖體內(nèi)的應(yīng)力主要是重力場作基于彈性理論提出的，認(rèn)為巖體內(nèi)的應(yīng)力主要是重力場作用下形成的自重應(yīng)力，其應(yīng)力大小可按公式計算。用下形成的自重應(yīng)力，其應(yīng)力大小可按公式計算。水平應(yīng)力為主的觀點水平應(yīng)力為主的觀點.中間主應(yīng)力近于垂直，最大主應(yīng)力中間主應(yīng)力近于垂直，最大主

13、應(yīng)力1和最小主應(yīng)力和最小主應(yīng)力3近于水近于水平。平。在這種應(yīng)力狀態(tài)下，如果發(fā)生破壞（或再活動）是沿在這種應(yīng)力狀態(tài)下，如果發(fā)生破壞（或再活動）是沿走向與最大主壓應(yīng)力成約走向與最大主壓應(yīng)力成約3040左右交角的陡立面產(chǎn)生左右交角的陡立面產(chǎn)生走向滑動性的斷裂活動，此類三向應(yīng)力狀態(tài)稱為走向滑動性的斷裂活動，此類三向應(yīng)力狀態(tài)稱為潛在走向潛在走向滑動型。滑動型。 .最小主應(yīng)力軸最小主應(yīng)力軸3近于垂直，最大主應(yīng)力與中間主應(yīng)力軸近近于垂直，最大主應(yīng)力與中間主應(yīng)力軸近于水平。于水平。在此種應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的破壞，是逆斷型的，即在此種應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的破壞，是逆斷型的，即沿走向與最大主應(yīng)力垂直的剖面沿走向與最大主應(yīng)力

14、垂直的剖面X裂面產(chǎn)生逆斷活動，故可裂面產(chǎn)生逆斷活動，故可稱為稱為潛在逆斷型。潛在逆斷型。應(yīng)力場中的最大主應(yīng)力軸應(yīng)力場中的最大主應(yīng)力軸1垂直，其余兩主應(yīng)力水平分布。垂直，其余兩主應(yīng)力水平分布。此應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的破壞（或再活動），是沿走向與最小此應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的破壞（或再活動），是沿走向與最小主應(yīng)力軸相垂直的面，發(fā)生正斷性質(zhì)的活動，故可稱為主應(yīng)力軸相垂直的面，發(fā)生正斷性質(zhì)的活動，故可稱為潛潛在正斷型。在正斷型。地殼淺部地應(yīng)力分布的一些基本規(guī)律：地殼淺部地應(yīng)力分布的一些基本規(guī)律：1 1、地應(yīng)力是一個具有相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場，是時間和、地應(yīng)力是一個具有相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場，是時間和空間的函數(shù)空

15、間的函數(shù) 不同地區(qū)天然應(yīng)力狀態(tài)的類型往往不同，不同地區(qū)天然應(yīng)力狀態(tài)的類型往往不同，同一地點不同同一地點不同深度深度范圍內(nèi)的天然應(yīng)力狀態(tài)類型也可能會有所差別。絕大多數(shù)范圍內(nèi)的天然應(yīng)力狀態(tài)類型也可能會有所差別。絕大多數(shù)地區(qū)，地區(qū)，隨深度變化隨深度變化，同一處的地應(yīng)力可能會從水平應(yīng)力為主轉(zhuǎn)，同一處的地應(yīng)力可能會從水平應(yīng)力為主轉(zhuǎn)化為一豎直應(yīng)力為主，臨界點可能為靜水應(yīng)力式。化為一豎直應(yīng)力為主，臨界點可能為靜水應(yīng)力式。 空間上空間上，受，受地層巖性地層巖性、結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征、地形地貌地形地貌等影響，從等影響，從小范圍來看，其變化往往非常顯著，但某個地區(qū)的整體而言，小范圍來看，其變化往往非常顯著，但某個地區(qū)

16、的整體而言，地應(yīng)力的變化不會太大，其量值和方向一般均具有宏觀的規(guī)律地應(yīng)力的變化不會太大，其量值和方向一般均具有宏觀的規(guī)律性。性。 在在某些地震活動區(qū)活躍區(qū)某些地震活動區(qū)活躍區(qū)，地應(yīng)力大小和方向隨時間的，地應(yīng)力大小和方向隨時間的變化非常明顯。地震前，應(yīng)力不斷積累、升高，地震時，應(yīng)力變化非常明顯。地震前，應(yīng)力不斷積累、升高，地震時，應(yīng)力釋放，地應(yīng)力值大幅度下降。如書中例子。龍門山斷層例子。釋放，地應(yīng)力值大幅度下降。如書中例子。龍門山斷層例子。2.2.3 天然地應(yīng)力分布的一般規(guī)律天然地應(yīng)力分布的一般規(guī)律n2.2.3.2 3.2 活斷層活動與局部應(yīng)力集中活斷層活動與局部應(yīng)力集中1 1、一般規(guī)律、一般規(guī)

17、律 巖體內(nèi)的各種成因巖體內(nèi)的各種成因斷裂影響應(yīng)力的分布和傳遞斷裂影響應(yīng)力的分布和傳遞，從而使巖體內(nèi)地應(yīng)力狀，從而使巖體內(nèi)地應(yīng)力狀態(tài)變得極為復(fù)雜。態(tài)變得極為復(fù)雜。 對于一個三向受力的巖體，在分布于最大、最小主應(yīng)力通過的平面內(nèi)對于一個三向受力的巖體，在分布于最大、最小主應(yīng)力通過的平面內(nèi)的各類斷裂中，通常那些與最大主應(yīng)力成的各類斷裂中，通常那些與最大主應(yīng)力成303040 40 交角的斷裂，其應(yīng)力集交角的斷裂，其應(yīng)力集中程度最高。尤其是呈雁行式或斷續(xù)直線式排列的斷裂組。中程度最高。尤其是呈雁行式或斷續(xù)直線式排列的斷裂組。 一切能對斷裂繼續(xù)活動起一切能對斷裂繼續(xù)活動起阻礙阻礙作用的地段，都將是應(yīng)力高度集

18、中的部作用的地段，都將是應(yīng)力高度集中的部位，這些地段常成為位，這些地段常成為強震發(fā)生強震發(fā)生的特殊部位。的特殊部位。端點、首尾錯列段、局部拐點、分支點或與其他方向斷裂的交匯點端點、首尾錯列段、局部拐點、分支點或與其他方向斷裂的交匯點2 2、局部構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)的發(fā)育與活斷層的關(guān)系、局部構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)的發(fā)育與活斷層的關(guān)系 活斷層活斷層實際上是現(xiàn)今地應(yīng)力場中應(yīng)力集中程度相對較高的斷裂帶，同實際上是現(xiàn)今地應(yīng)力場中應(yīng)力集中程度相對較高的斷裂帶，同時它的持續(xù)活動又將導(dǎo)致及其附近地區(qū)應(yīng)力進(jìn)一步重新分布，所以在活斷時它的持續(xù)活動又將導(dǎo)致及其附近地區(qū)應(yīng)力進(jìn)一步重新分布，所以在活斷層或活動斷塊的特定部位，往往形成

19、很高的局部構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)。層或活動斷塊的特定部位，往往形成很高的局部構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)。局部壓應(yīng)力集中區(qū)局部壓應(yīng)力集中區(qū) 近代隆起和推擠型構(gòu)造的形成地帶近代隆起和推擠型構(gòu)造的形成地帶 逆斷型強震活動；逆斷型強震活動；局部拉應(yīng)力集中區(qū)局部拉應(yīng)力集中區(qū) 近代拗陷和拉分型構(gòu)造的形成地帶近代拗陷和拉分型構(gòu)造的形成地帶 正斷機制的地震。正斷機制的地震。2.4 地殼表層地應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性地殼表層地應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性 影響巖體天然應(yīng)力狀態(tài)的因素：影響巖體天然應(yīng)力狀態(tài)的因素：巖體自重、構(gòu)造應(yīng)力巖體自重、構(gòu)造應(yīng)力；各種地質(zhì)構(gòu)造、地形、巖性、各種地質(zhì)構(gòu)造、地形、巖性、剝蝕作用剝蝕作用、巖石的物、巖石的物理化學(xué)作用以及人

20、類工程活動等。理化學(xué)作用以及人類工程活動等。區(qū)域性的地表剝蝕卸荷作用在增大區(qū)域性的地表剝蝕卸荷作用在增大某些巖體內(nèi)某些巖體內(nèi)的水平應(yīng)力的水平應(yīng)力方面有著重要的作用。方面有著重要的作用。大陸冰川的消退：大陸冰川的消退：加拿大冰川系統(tǒng)的最大冰層厚度達(dá)到加拿大冰川系統(tǒng)的最大冰層厚度達(dá)到30003750m，相當(dāng)于在基巖上作用有附加的，相當(dāng)于在基巖上作用有附加的2128MPa的垂向荷載，的垂向荷載，其水平側(cè)向應(yīng)力與垂直應(yīng)力的關(guān)系可由（其水平側(cè)向應(yīng)力與垂直應(yīng)力的關(guān)系可由（2-2）式計算得到，即：）式計算得到，即： （2-2） 對于對于理想彈性狀態(tài)，理想彈性狀態(tài)，在冰川消退后因冰川作用產(chǎn)生的垂直在冰川消退后

21、因冰川作用產(chǎn)生的垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力也隨之消退為零。應(yīng)力和水平應(yīng)力也隨之消退為零。2.2.4.1 4.1 垂向卸荷垂向卸荷 在花崗巖、輝長巖、花崗閃長巖和石灰?guī)r等堅硬巖體中有在花崗巖、輝長巖、花崗閃長巖和石灰?guī)r等堅硬巖體中有明顯的明顯的粘彈性壓縮粘彈性壓縮，因此在冰川的持續(xù)荷載作用下，在剛性側(cè)，因此在冰川的持續(xù)荷載作用下，在剛性側(cè)限條件下，有：限條件下，有： （2-4）)21 (2Eh 在冰川消退和地殼發(fā)生瞬時回彈以后，對應(yīng)于不能馬上恢在冰川消退和地殼發(fā)生瞬時回彈以后，對應(yīng)于不能馬上恢復(fù)的粘彈性垂直應(yīng)變，由上式導(dǎo)得的側(cè)向應(yīng)力會保留在巖體中復(fù)的粘彈性垂直應(yīng)變，由上式導(dǎo)得的側(cè)向應(yīng)力會保留在巖體中作為

22、作為殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力。 在每次冰川活動過程中，由上述粘彈性垂直壓縮導(dǎo)致的水在每次冰川活動過程中，由上述粘彈性垂直壓縮導(dǎo)致的水平殘余應(yīng)力平殘余應(yīng)力不斷增加不斷增加。在冰川消退過程中，會出現(xiàn)與卸荷速率。在冰川消退過程中，會出現(xiàn)與卸荷速率相同的等壓隆起現(xiàn)象。而在冰川消退以后，伴隨粘彈性應(yīng)變的相同的等壓隆起現(xiàn)象。而在冰川消退以后，伴隨粘彈性應(yīng)變的部分恢復(fù)，水平應(yīng)力的回退需要一定時間。這樣，在冰川消退部分恢復(fù)，水平應(yīng)力的回退需要一定時間。這樣，在冰川消退以后短時間內(nèi)，在基巖中可能存在非常高的水平應(yīng)力狀態(tài)，足以后短時間內(nèi)，在基巖中可能存在非常高的水平應(yīng)力狀態(tài)，足以造成基巖表層發(fā)生隆爆等以造成基巖表層發(fā)生隆

23、爆等高地應(yīng)力現(xiàn)象高地應(yīng)力現(xiàn)象。廣義開爾文（廣義開爾文（modified Kelvinmodified Kelvin）體）體一個開爾文元件和彈簧串聯(lián)組成。一個開爾文元件和彈簧串聯(lián)組成。本構(gòu)方程：本構(gòu)方程：21211kkkk蠕變方程：蠕變方程：tkekk212010彈性后效（卸載效應(yīng)）：彈性后效（卸載效應(yīng)）：t t1 1時刻卸載，由胡克體產(chǎn)時刻卸載，由胡克體產(chǎn)生的彈性變形生的彈性變形0 0/k/k1 1立即立即恢復(fù)，而開爾文體則要經(jīng)恢復(fù)，而開爾文體則要經(jīng)過很長時間才能恢復(fù)。過很長時間才能恢復(fù)。2.4.2 河谷侵蝕側(cè)向卸荷河谷侵蝕側(cè)向卸荷 河谷下切或邊坡開挖河谷下切或邊坡開挖過程中，隨著邊坡側(cè)向應(yīng)過

24、程中，隨著邊坡側(cè)向應(yīng)力的解除（卸荷），邊坡力的解除（卸荷），邊坡產(chǎn)生回彈變形，邊坡應(yīng)力產(chǎn)生回彈變形，邊坡應(yīng)力產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)整，其結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)整，其結(jié)果是在邊坡一定深度范圍內(nèi)是在邊坡一定深度范圍內(nèi)形成形成二次應(yīng)力場二次應(yīng)力場。河谷下切所引起的應(yīng)力變化有河谷下切所引起的應(yīng)力變化有以下幾條規(guī)律：以下幾條規(guī)律：主應(yīng)力方向在河谷臨空面附主應(yīng)力方向在河谷臨空面附近發(fā)生明顯的變化：通常重分布后近發(fā)生明顯的變化：通常重分布后的最大主應(yīng)力與臨空面近于平行，的最大主應(yīng)力與臨空面近于平行，而最小主應(yīng)力則與之近于垂直。而最小主應(yīng)力則與之近于垂直。n 最大主應(yīng)力由內(nèi)向外逐漸增最大主應(yīng)力由內(nèi)向外逐漸增大，至臨空面達(dá)到最

25、大值，大，至臨空面達(dá)到最大值，。與此相聯(lián)系，。與此相聯(lián)系，剪應(yīng)力在臨空面附近，特別是在下剪應(yīng)力在臨空面附近，特別是在下部坡腳處，顯著增大。部坡腳處，顯著增大。 臨空面附近的臨空面附近的現(xiàn)象現(xiàn)象通常在通常在表現(xiàn)得最表現(xiàn)得最為強烈。為強烈。應(yīng)力集中：最大主應(yīng)力（或剪應(yīng)力）在臨空面附近增大（或減小的現(xiàn)象）應(yīng)力集中：最大主應(yīng)力（或剪應(yīng)力）在臨空面附近增大（或減小的現(xiàn)象）應(yīng)力集中系數(shù)：變化后的主應(yīng)力與初始應(yīng)力之比。應(yīng)力集中系數(shù)：變化后的主應(yīng)力與初始應(yīng)力之比。因此，在高應(yīng)力區(qū)，河谷臨空面附近的應(yīng)力集中，往往因此，在高應(yīng)力區(qū)，河谷臨空面附近的應(yīng)力集中，往往使周圍巖體內(nèi)的應(yīng)力（特別是坡腳和谷底）超過其強度，使

26、周圍巖體內(nèi)的應(yīng)力（特別是坡腳和谷底）超過其強度，使使巖體發(fā)生破裂變形，巖體發(fā)生破裂變形，生成生成各類表生結(jié)構(gòu)面各類表生結(jié)構(gòu)面。而表層巖體內(nèi)的。而表層巖體內(nèi)的應(yīng)力又因釋放而降低，圍繞河谷臨空面形成一個應(yīng)力降低帶，應(yīng)力又因釋放而降低，圍繞河谷臨空面形成一個應(yīng)力降低帶，高應(yīng)力集中區(qū)則向巖體內(nèi)部轉(zhuǎn)移。高應(yīng)力集中區(qū)則向巖體內(nèi)部轉(zhuǎn)移。n 垂直于最大主應(yīng)力的河谷段，垂直于最大主應(yīng)力的河谷段，臨空面附近的應(yīng)力集中程臨空面附近的應(yīng)力集中程度要比平行于最大主應(yīng)力的河谷段度要比平行于最大主應(yīng)力的河谷段高得多。高得多。n2.4.2.4.3 3 地殼表層高地應(yīng)力區(qū)及其地質(zhì)地貌標(biāo)志地殼表層高地應(yīng)力區(qū)及其地質(zhì)地貌標(biāo)志研究表

27、明，高地應(yīng)力區(qū)在地表研究表明，高地應(yīng)力區(qū)在地表地質(zhì)地貌地質(zhì)地貌上有明顯的表現(xiàn)。因上有明顯的表現(xiàn)。因此，通過地質(zhì)地貌研究可以揭示是否高地應(yīng)力區(qū)的存在。此，通過地質(zhì)地貌研究可以揭示是否高地應(yīng)力區(qū)的存在。1 1 天然條件下與高水平應(yīng)力釋放有關(guān)的淺表生時效變形現(xiàn)象天然條件下與高水平應(yīng)力釋放有關(guān)的淺表生時效變形現(xiàn)象（1 1）隱爆）隱爆最早發(fā)現(xiàn)于加拿大南安大略省，其表現(xiàn)為近地表出現(xiàn)細(xì)長的隆最早發(fā)現(xiàn)于加拿大南安大略省，其表現(xiàn)為近地表出現(xiàn)細(xì)長的隆褶或類似低角度逆斷層的斷隆，一般高度較小，而延伸長度較大。最早褶或類似低角度逆斷層的斷隆，一般高度較小，而延伸長度較大。最早稱之為隆爆（稱之為隆爆（POP-UPPOP

28、-UP）現(xiàn)象?，F(xiàn)象。其發(fā)育特征有：其發(fā)育特征有： a. a. 發(fā)育在強度和厚度都不太大的近水平層狀巖層中；發(fā)育在強度和厚度都不太大的近水平層狀巖層中； b. b.隆爆軸與實測最大主應(yīng)力基本垂直隆爆軸與實測最大主應(yīng)力基本垂直 C. C.絕大多數(shù)隆爆都是該區(qū)大陸冰川消退不久的產(chǎn)物。絕大多數(shù)隆爆都是該區(qū)大陸冰川消退不久的產(chǎn)物。（2 2）谷下水平卸荷裂隙及谷坡內(nèi)水平剪切蠕動變形）谷下水平卸荷裂隙及谷坡內(nèi)水平剪切蠕動變形帶帶大量的勘察資料表明，在高地應(yīng)力區(qū)內(nèi)較開闊的河谷經(jīng)常有一系大量的勘察資料表明，在高地應(yīng)力區(qū)內(nèi)較開闊的河谷經(jīng)常有一系列開口良好，透水性很強的卸荷裂隙，特別是當(dāng)最大主應(yīng)力與河段走向列開口良

29、好，透水性很強的卸荷裂隙，特別是當(dāng)最大主應(yīng)力與河段走向垂直時，這種卸荷裂隙尤為發(fā)育。它們多沿已有的層面或斷裂結(jié)構(gòu)面發(fā)垂直時，這種卸荷裂隙尤為發(fā)育。它們多沿已有的層面或斷裂結(jié)構(gòu)面發(fā)育而成。因此，這種裂隙最易產(chǎn)生于近水平產(chǎn)出的沉積巖分布區(qū)或緩傾育而成。因此，這種裂隙最易產(chǎn)生于近水平產(chǎn)出的沉積巖分布區(qū)或緩傾角裂隙發(fā)育的巖漿巖分布區(qū)。角裂隙發(fā)育的巖漿巖分布區(qū)。（3）應(yīng)力釋放型的深大拉張變形帶）應(yīng)力釋放型的深大拉張變形帶一些地段的谷坡后緣發(fā)育有深大的拉裂縫及拉張斷陷帶。這類拉一些地段的谷坡后緣發(fā)育有深大的拉裂縫及拉張斷陷帶。這類拉張變形帶以其規(guī)模大，延伸方向穩(wěn)定和發(fā)育面深區(qū)別于通常的卸荷張變形帶以其規(guī)模

30、大，延伸方向穩(wěn)定和發(fā)育面深區(qū)別于通常的卸荷裂隙。裂隙。（4 4）蓆狀裂隙）蓆狀裂隙在出露于地表的侵入巖體中，廣泛見于一種近地表平行分布在出露于地表的侵入巖體中，廣泛見于一種近地表平行分布的區(qū)域性裂隙發(fā)育，通常上部較密，向下逐漸變稀疏，即蓆狀裂的區(qū)域性裂隙發(fā)育，通常上部較密，向下逐漸變稀疏，即蓆狀裂隙。這是隙。這是區(qū)域性卸荷剝蝕區(qū)域性卸荷剝蝕的結(jié)果。的結(jié)果。2 與鉆進(jìn)有關(guān)的巖體應(yīng)力釋放及伴生現(xiàn)象與鉆進(jìn)有關(guān)的巖體應(yīng)力釋放及伴生現(xiàn)象（1 1）巖心餅化現(xiàn)象）巖心餅化現(xiàn)象 鉆進(jìn)過程中巖心裂成餅狀的現(xiàn)象是高地應(yīng)力區(qū)所特有的巖鉆進(jìn)過程中巖心裂成餅狀的現(xiàn)象是高地應(yīng)力區(qū)所特有的巖體力學(xué)現(xiàn)象。這種現(xiàn)象有幾個方面的

31、共性：體力學(xué)現(xiàn)象。這種現(xiàn)象有幾個方面的共性：a.a. 所有的餅狀巖心在形態(tài)上均有其共同特征：巖餅的厚度所有的餅狀巖心在形態(tài)上均有其共同特征：巖餅的厚度與巖心的直徑有一定的關(guān)系，一般約為直徑的與巖心的直徑有一定的關(guān)系，一般約為直徑的1/41/4到到1/51/5，所，所以不同的鉆孔，只要孔徑相同，巖餅的厚度就大致相近；所以不同的鉆孔，只要孔徑相同，巖餅的厚度就大致相近；所有巖餅的表面均為有巖餅的表面均為新鮮破裂面新鮮破裂面，而且邊緣部分粗糙，多數(shù)內(nèi)，而且邊緣部分粗糙，多數(shù)內(nèi)部隱約見有順槽，或沿一個方向的擦痕與之對應(yīng)的拉裂坎。部隱約見有順槽，或沿一個方向的擦痕與之對應(yīng)的拉裂坎。b.b.餅狀巖心是鉆進(jìn)

32、過程中差異卸荷回彈的產(chǎn)物，破裂主要餅狀巖心是鉆進(jìn)過程中差異卸荷回彈的產(chǎn)物，破裂主要發(fā)生在一定高度的巖心根部，是由拉張和復(fù)合機制導(dǎo)致的。發(fā)生在一定高度的巖心根部，是由拉張和復(fù)合機制導(dǎo)致的。c.c.餅狀巖心的產(chǎn)生需具備特定的巖體力學(xué)條件：餅狀巖心的產(chǎn)生需具備特定的巖體力學(xué)條件：n 彈性高，儲能條件好的巖性條件，如火成巖；彈性高，儲能條件好的巖性條件，如火成巖；n 整體塊狀的巖體結(jié)構(gòu)條件；整體塊狀的巖體結(jié)構(gòu)條件；n 高地應(yīng)力條件，最大主應(yīng)力在高地應(yīng)力條件，最大主應(yīng)力在3030MPaMPa以上。以上。( (2 2) )鉆孔周圍巖體蔥皮化現(xiàn)象：鉆孔周圍巖體蔥皮化現(xiàn)象： 蔥皮化薄層巖片一般呈疊瓦式分布于鉆孔周圍，平面方向基本與鉆孔軸垂直，兩端微微上翹，其產(chǎn)生可能與爆破震動卸荷作用有關(guān)。巖片厚度在幾毫米至5cm，延伸長度一般在2030cm.( (3 3) )鉆孔崩落現(xiàn)象：鉆孔崩落現(xiàn)象：研究發(fā)現(xiàn)，一些鉆孔的孔徑不是圓的，而呈橢圓型，長研究發(fā)現(xiàn)，一些鉆孔的孔徑不是圓的，而呈橢圓型，長短軸之差可達(dá)短軸之差可達(dá)3-183-18cmcm。觀察表明，這種孔徑的增大是由于孔觀察表明，這種孔徑的增大是由于孔