巖體天然應(yīng)力及其測量

巖體天然應(yīng)力及其測量第1頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月學(xué)習(xí)指導(dǎo)本章主要介紹了巖石的初始應(yīng)力概念，包括自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力，介紹了初始應(yīng)力的量測方法及原理，包括應(yīng)力解除法和應(yīng)力恢復(fù)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(yīng)力概念巖體初始應(yīng)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(zhì)年代里始終處于不斷運動與變化之中，例如，由于地殼的構(gòu)造運動常使巖層產(chǎn)生褶皺、斷裂和錯動，這些現(xiàn)象的出現(xiàn)都是巖層或巖體受力的結(jié)果。引起巖體產(chǎn)生應(yīng)力的原因很多，有構(gòu)造運動所產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力，由上覆巖體的重量所引的自重應(yīng)力、氣溫變化所引起的溫度應(yīng)力、地震力以及由于結(jié)晶作用、變質(zhì)作用、沉積作用、固結(jié)作用、脫水作用所引起的應(yīng)力，其次還有由于地下開挖在洞室圍巖中所引起的應(yīng)力重分布和高壩等建筑物在巖基中所引起的附加應(yīng)力等。巖體中的應(yīng)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(chǎn)生了。凡是在工程施工開始前就已存在于巖體中的應(yīng)力，稱為初始應(yīng)力或天然應(yīng)力或地應(yīng)力(構(gòu)造應(yīng)力和自重應(yīng)力都是初始應(yīng)力)。初始應(yīng)力的大小主要取決于上覆巖層的重量、構(gòu)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(yīng)力自重應(yīng)力

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

當(dāng)側(cè)壓力系數(shù)K=1時，就出現(xiàn)側(cè)向水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力相等的所謂靜水壓力情況。這就是1878年著名瑞士地質(zhì)學(xué)家海姆(Heim)所指出的情況。他根據(jù)在開挖橫貫阿爾卑斯山的大型隧洞的觀察中，發(fā)現(xiàn)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(yīng)力與其上覆巖體的重量成正比，而水平應(yīng)力大致與垂直應(yīng)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(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力

在漫長的地質(zhì)年代里，由于地殼的構(gòu)造運動，不僅在巖層或巖體中引起構(gòu)造應(yīng)力，同時也在巖層和巖體中引起相應(yīng)的變形，這種變形表現(xiàn)為各種巖層和巖體以不同產(chǎn)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(xiàn)時還在活動的構(gòu)造應(yīng)力場的研究，主要的手段之一就是進行構(gòu)造應(yīng)力的實測。對于過去所形成的古構(gòu)造應(yīng)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(diào)查研究，并確定各種構(gòu)造型式的存在和它們的構(gòu)造特征。然后再采用各種相應(yīng)的方法進行模擬實驗，同時配合有關(guān)應(yīng)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(yīng)力初始應(yīng)力的分布特點

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

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

3)巖體上覆巖層的重量是形成巖體初始應(yīng)力的基本因素之一

4)地形地貌對初始應(yīng)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(yīng)力，這就使得河谷兩岸巖壁的最大主應(yīng)力方向往往與山坡方向一致，而最小主應(yīng)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(yīng)力的量測方法應(yīng)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(yīng)力的量測方法應(yīng)力解除法的空間應(yīng)力量測共面三孔交匯法確定三維應(yīng)力第10頁，課件共12頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3巖體初始應(yīng)力的量測方法應(yīng)力解除法的空間應(yīng)力量測孔壁應(yīng)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(yīng)力的量測方法應(yīng)力恢復(fù)法

利用應(yīng)力恢復(fù)法量測巖體表面應(yīng)力時，應(yīng)在巖體表面沿不同方向安置三個應(yīng)變