《巖體中的地應(yīng)力》課件

巖體中的地應(yīng)力by課程目標理解地應(yīng)力的概念了解地應(yīng)力的定義、類型和產(chǎn)生原因，為后續(xù)分析和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。掌握地應(yīng)力測量方法學習各種常用的地應(yīng)力測量技術(shù)，為實際工程應(yīng)用提供依據(jù)。分析地應(yīng)力與巖體結(jié)構(gòu)的關(guān)系探討地應(yīng)力對巖體中裂隙、斷層等結(jié)構(gòu)特征的影響，以及工程安全風險。了解地應(yīng)力在工程中的應(yīng)用學習地應(yīng)力在隧道、礦井、邊坡等工程中的應(yīng)用，以及地質(zhì)災(zāi)害防治。巖體中地應(yīng)力的重要性工程建設(shè)地應(yīng)力影響巖體穩(wěn)定性,影響工程建設(shè)安全和成本。礦山開采地應(yīng)力控制著礦體開采方式和安全生產(chǎn),影響采礦效率。地質(zhì)災(zāi)害地應(yīng)力是誘發(fā)巖體滑坡,地震等地質(zhì)災(zāi)害的主要因素。背景介紹地應(yīng)力是巖石內(nèi)部的一種重要的力學參數(shù)，它反映了巖體所承受的各種應(yīng)力狀態(tài)。地應(yīng)力的存在是地球內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造運動的結(jié)果，同時也對地表各種地質(zhì)現(xiàn)象，包括山體滑坡、地震、火山噴發(fā)等具有重要的影響。在工程建設(shè)領(lǐng)域，地應(yīng)力對工程的穩(wěn)定性和安全具有決定性的作用。例如，隧道、礦井、水庫、橋梁等工程的建設(shè)和運營都需要考慮地應(yīng)力的影響。因此，研究和掌握地應(yīng)力的相關(guān)知識對于工程建設(shè)安全至關(guān)重要。地應(yīng)力的概念巖石所受壓力巖石所受的應(yīng)力是周圍巖石或地層施加的壓力，反映了地球內(nèi)部的力。巖石的變形地應(yīng)力會導致巖石變形，包括壓縮、拉伸、彎曲、剪切等。地應(yīng)力的類型構(gòu)造應(yīng)力是由地殼運動引起的，包括水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力。水平應(yīng)力會導致地層褶皺和斷裂，而垂直應(yīng)力則會導致地殼隆起和下沉。重力應(yīng)力是由巖體自身重力引起的，主要表現(xiàn)為垂直應(yīng)力。重力應(yīng)力的大小與巖體的密度、深度和厚度有關(guān)。殘余應(yīng)力是指巖體在形成過程中或后期受外力作用后，保留在巖體內(nèi)部的應(yīng)力。殘余應(yīng)力可以是拉伸應(yīng)力、壓縮應(yīng)力或剪切應(yīng)力，對巖體的穩(wěn)定性有重要影響。地應(yīng)力的產(chǎn)生原因1構(gòu)造應(yīng)力板塊運動和地殼構(gòu)造活動2重力應(yīng)力巖石自身重量和地層壓力3熱應(yīng)力地球內(nèi)部熱量變化和巖體膨脹巖石本構(gòu)模型1彈性模型描述巖石在加載和卸載過程中發(fā)生彈性變形，能夠恢復(fù)原狀。2塑性模型巖石在超過彈性極限后發(fā)生永久變形，無法恢復(fù)原狀。3斷裂模型巖石在承受一定應(yīng)力后發(fā)生破壞，形成裂隙或斷裂。彈性理論應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系彈性理論描述了巖石在受力后發(fā)生形變并恢復(fù)原狀的特性，應(yīng)力與應(yīng)變之間呈線性關(guān)系。胡克定律該定律指出巖石的應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比例系數(shù)為彈性模量，反映了巖石的剛度。泊松比泊松比表示巖石在受到拉伸或壓縮時，其橫向形變與縱向形變之比。塑性理論巖石變形巖石的變形可以是彈性變形，也可以是塑性變形。塑性變形是不可恢復(fù)的變形，它發(fā)生在巖石的強度極限之后。塑性流動在塑性變形過程中，巖石內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，導致巖石發(fā)生塑性流動，并最終導致巖石的破壞。塑性理論應(yīng)用塑性理論在巖體工程中有著廣泛的應(yīng)用，例如，可以用來預(yù)測巖體在荷載作用下的變形和破壞情況。斷裂理論脆性斷裂巖石在應(yīng)力作用下，當應(yīng)力超過巖石強度時，會發(fā)生快速斷裂，形成裂隙或斷層。塑性斷裂巖石在應(yīng)力作用下，發(fā)生塑性變形，當應(yīng)力超過巖石屈服極限時，會發(fā)生斷裂。疲勞斷裂巖石在反復(fù)荷載作用下，會發(fā)生微裂紋擴展，最終導致斷裂。巖體中地應(yīng)力測量方法鉆孔應(yīng)力解除法通過在巖體中鉆孔，釋放部分地應(yīng)力，再通過測量孔壁變形量來計算地應(yīng)力。水壓致裂法在巖體中鉆孔，注入高壓水，使巖體發(fā)生破裂，通過分析破裂壓力來計算地應(yīng)力。聲波法利用聲波在巖體中的傳播速度來計算地應(yīng)力，該方法快速、無損。應(yīng)力計測量法在巖體中安裝應(yīng)力計，直接測量巖體內(nèi)部的地應(yīng)力。應(yīng)力復(fù)合作用壓縮應(yīng)力壓縮應(yīng)力導致巖石收縮，形成裂縫。拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力導致巖石拉伸，也形成裂縫。剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力導致巖石沿平行于應(yīng)力方向滑動，造成斷裂。應(yīng)力主軸主應(yīng)力方向與巖體內(nèi)部的力傳遞方向一致。主應(yīng)力軸是三維空間中的直線，通常用符號σ1、σ2和σ3表示。最大主應(yīng)力方向，通常也是地應(yīng)力方向。主應(yīng)力表述主應(yīng)力主應(yīng)力是指作用在巖體上的最大和最小正應(yīng)力，分別用σ1和σ3表示。中間主應(yīng)力中間主應(yīng)力σ2位于σ1和σ3之間，它的大小介于最大和最小主應(yīng)力之間。最大剪應(yīng)力1/2剪應(yīng)力巖體中,由于地應(yīng)力的作用,巖石內(nèi)部會產(chǎn)生剪應(yīng)力τmax最大剪應(yīng)力最大剪應(yīng)力是指巖石中剪應(yīng)力最大的那個值,它決定了巖體的抗剪強度應(yīng)力分析1應(yīng)力集中在巖體中，應(yīng)力集中現(xiàn)象普遍存在，主要發(fā)生在裂縫、孔洞、斷層等不連續(xù)部位。2應(yīng)力釋放應(yīng)力釋放區(qū)通常出現(xiàn)在應(yīng)力集中部位附近，因為應(yīng)力集中導致應(yīng)力在這些區(qū)域重新分布。3應(yīng)力路徑應(yīng)力路徑是指地應(yīng)力在巖體中傳播的路線，它與巖體的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和邊界條件有關(guān)。巖體中的裂隙巖體中的裂隙是巖石中的一種常見現(xiàn)象，是由于地質(zhì)作用或人為活動造成的巖石斷裂面。裂隙的存在會影響巖體的力學性質(zhì)，對工程建設(shè)和地質(zhì)災(zāi)害防治產(chǎn)生重要影響。裂隙的類型很多，根據(jù)其成因可分為構(gòu)造裂隙、風化裂隙、溶蝕裂隙等。構(gòu)造裂隙是由于地質(zhì)構(gòu)造運動造成的，通常規(guī)模較大，延伸較長，是巖體中最重要的裂隙類型。裂隙方向分布水平裂隙垂直于地表方向延伸的裂隙，受到地表應(yīng)力影響較大。垂直裂隙平行于地表方向延伸的裂隙，受到地質(zhì)構(gòu)造運動的影響較大。傾斜裂隙介于水平和垂直之間，受多種因素共同影響形成。裂隙理論分析1裂隙發(fā)育程度影響巖體強度和穩(wěn)定性，是評估工程風險的重要因素。2裂隙密度和分布決定了巖體結(jié)構(gòu)和力學性質(zhì)，可用于預(yù)測巖體變形和破壞。3裂隙的形態(tài)和性質(zhì)影響巖體滲透性和水文地質(zhì)條件，進而影響工程建設(shè)和安全。應(yīng)力場與裂隙的關(guān)系1應(yīng)力集中裂隙的存在會改變應(yīng)力場分布,導致應(yīng)力集中2裂隙擴展高應(yīng)力區(qū)可能會導致裂隙擴展3巖體強度降低裂隙的存在會降低巖體的強度工程中的應(yīng)用隧道穩(wěn)定性地應(yīng)力是影響隧道穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。礦井支護地應(yīng)力會導致礦井圍巖的變形和破壞，需要采取相應(yīng)的支護措施。巖體爆破設(shè)計地應(yīng)力會影響爆破效果和安全，需要進行合理的爆破設(shè)計。隧道穩(wěn)定性地應(yīng)力影響隧道開挖改變了原巖應(yīng)力場，可能導致圍巖變形和失穩(wěn)。裂隙發(fā)育巖體中的裂隙會降低巖體的強度和穩(wěn)定性，加劇隧道變形風險。結(jié)構(gòu)支撐合理設(shè)計隧道結(jié)構(gòu)支撐，可以有效抵抗圍巖壓力，保證隧道安全。礦井支護1維護礦井穩(wěn)定性支護系統(tǒng)可以防止圍巖坍塌和變形，保證礦井的安全和生產(chǎn)效率。2控制地應(yīng)力影響支護可以有效地分散和減輕地應(yīng)力，防止礦井發(fā)生突水、突煤等事故。3改善工作環(huán)境支護可以創(chuàng)造安全的作業(yè)空間，提高礦工的工作效率和安全系數(shù)。巖體爆破設(shè)計爆破參數(shù)選擇合適的炸藥類型、裝藥量、爆破時間和起爆方式等參數(shù)，以確保爆破效果和安全性。爆破孔位根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力狀況和工程要求，合理布置爆破孔位，以達到預(yù)期的爆破效果。爆破安全嚴格執(zhí)行爆破安全規(guī)程，采取必要的安全措施，確保爆破作業(yè)的安全進行。邊坡穩(wěn)定性地應(yīng)力影響邊坡的穩(wěn)定性，例如，在高應(yīng)力地區(qū)，邊坡更容易發(fā)生滑坡或崩塌。理解地應(yīng)力對于邊坡工程設(shè)計和施工至關(guān)重要，可以幫助確定最佳的支護方案和防治措施。地應(yīng)力分析可以用于預(yù)測邊坡的穩(wěn)定性，并評估潛在的風險，從而確保邊坡工程的安全性。地下工程建設(shè)隧道施工地下工程建設(shè)中，隧道施工是常見工程，例如高速公路隧道，地鐵隧道等。礦井開采礦井開采也是地下工程建設(shè)的重要組成部分，需要考慮地應(yīng)力的影響進行安全開采。地下能源開發(fā)隨著能源需求的增長，地下能源開發(fā)的應(yīng)用范圍不斷擴大，如地下水庫、地下儲氣庫等。地質(zhì)災(zāi)害防治災(zāi)害評估通過地質(zhì)調(diào)查，識別潛在的災(zāi)害風險區(qū)域，并評估其可能性和嚴重性。工程措施采取必要的工程措施，例如修建防護工程、加固邊坡等，減輕災(zāi)害的影響。預(yù)警系統(tǒng)建立預(yù)警系統(tǒng)，及時監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，并發(fā)布預(yù)