文档介绍：第二章第二章地壳岩体的天然应力状态地壳岩体的天然应力状态
基本概念及研究定义基本概念及研究定义
岩体应力的一些基本概念岩体应力的一些基本概念
地壳岩体内的天然应力状态,是指未经人为扰动的,
主要是在重力场和构造应力场的综合作用下,有时也在岩
体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力
状态,常称为天然应力或初始应力。
人类从事工程活动,在岩体天然应力场内,因挖除部
分岩体或增加结构面而引起的应力,称为感生应力。
按成因,可对构成岩体应力的各组分作如下分类:
岩体应力:
天然应力和初始应力(virginal stress)
自重应力(gravitational stress)
构造应力(tectonic stress)
活动的(active tectonic stress)
剩余的(residual tectonic stress)
变异及残余应力(altered and residual stress)
感生应力(induced stress)
⑴.自重应力:
在重力场作用下生成的应力为自重应力。在地表近水
平的情况下,重力场在岩体内的某一任意类形成相当于上
覆岩层重量的垂直正应力σ。
覆岩层重量的垂直正应力σv。
σγ
σv=γh
(r为岩石的容重;h为该点的埋深;σv相当于该点三向应
力中的最大主应力。)
由于泊松效应(即侧向膨胀)造成水平正应力σh,
相当于三向应力中的最小应力:
(μ为岩体的泊松比,N。称为岩体的侧压力系数。)
对于大多数坚硬岩体:~,即N。~
。对于半坚硬岩体:N。;而且当上覆荷载
大,下伏岩体呈塑流时,,N。近于1,也就是说
该点近于静水平应力状态。
⑵构造应力
岩石圈运动在岩体内形成的应力称为构造应力。构造
应力又可称为活动构造应力和剩余构造应力。
活动构造应力,即狭义的地应力,是地壳内现在正在
积累的能够导致岩石变形和破裂的应力。
剩余的构造应力是古构造运动残留下来的应力。
⑶变异及残余应力
变异应力:岩体的物理、化学变化及岩浆的侵入等引
起的应力。具体来说是岩体的物理状态、化学性质或赋存
条件的变化引起的,通常只具有局部意义,可统称为变异
应力。
残余应力:承载岩体遭受卸荷或部分卸荷时,岩体中
某些组分的膨胀回弹趋势部分地受到其他组分的约束,于
是就在岩体结构内形成残余的拉、压应力自相平衡的应力
系统,此即残余应力。
岩体天然应力状态类型岩体天然应力状态类型
目前有三种观点:⑴由瑞士地质学家海姆于1905-1912
年提出的,他以岩体具有蠕变的性能为依据,认为地壳岩
体任一类的应力都是各向相等的,均等于上覆岩层的自
重,即:σσσ
重,即:σx=σy=σv=rh
⑵垂直应力为主的观点
基于弹性理论提出的,认为岩体内的应力主要是重力
场作用下形成的自重应力。
⑶水平应力为主的观点
近年来,大量的震源机制资料和应力实测资料清楚地
揭示出地壳岩体内的应力状态存在着不同的类型,其中包
括以下三种典型情况:
①中间主应力近于垂直,最大主应力σ和最小主应
①.中间主应力近于垂直,最大主应力σ1和最小主应
力σ近于水平,我国的大多数地区如邢台、新丰江、丹
力σ3近于水平,我国的大多数地区如邢台、新丰江、丹
江口以及西南南北向构造均属这种类型。在这种应力状态
下,如果发生破坏(或再活动)是沿走向与最大主压应力
成约30°~40°左右交角的陡立面产生走向滑动性的断裂活
动,此类三向应力状态称为潜在走向滑动型。
②最小主应力轴σ近于垂直,最大主应力与中间主
②.最小主应力轴σ3近于垂直,最大主应力与中间主
应力轴近于水平。喜妈拉雅的前缘地区属于这种类型。在
此种应力状态下发生的破坏,是逆断型的,即沿走向与最
大主应力垂直的剖面X裂面产生逆断活动,故可称为潜在
逆断型。
③应力场中的最大主应力轴σ垂直,其余两主应力
③应力场中的最大主应力轴σ1垂直,其余两主应力
水平分布。在地处大洋中脊轴部地带的冰岛地区测得的三
向应力状态就是这种类型。此应力状态下发生的破坏(或
再活动),是沿走向与最小主应力轴相垂直的面,发生正
断性质的活动,故可称为潜在正断型。
上述为三种典型情况,大多数地区接近其中某一种