岩石力学教案3
重庆大学安全工程专业选修课程
岩 石 力 学
主讲人：许 江
目
绪 论
录
第1章 岩石物理力学性质 第2章 岩体力学性质 第3章 地应力及其测量 第4章 岩石本构关系与强度理论
第三章 地应力及其测量
1 概论 1.概论 2.地应力的成因 3.地应力分布的基本规律 4.地应力测量的基本原理和方法 5 直接测量法 5.直接测量法 6.间接测量法 7.影响地应力测量精度的主要问题及其改进技术
第三章 地应力及其测量
1 概论 1. 2. 地应力的成因 3. 地应力分布的基本规律 4. 地应力测量的基本原理和方法 5 直接测量法 5. 6. 间接测量法 7. 影响地应力测量精度的主要问题及其改进技术
1 概论 1) ) 地应力测试的必要性 2) 地应力的定义与组成 3) 地应力研究的历史 4) 分析地应力分布的两种主要观点
1 概论 1) ) 地应力测试的必要性 2) 地应力的定义与组成 3) 地应力研究的历史 4) 分析地应力分布的两种主要观点
1) 地应力测试的必要性
a)它是引起各种地下或露天岩石开挖工程变形和破坏的 根本作用力。区别于结构力学、材料力学其他力学。 b)传统的岩石工程的开挖设计和施工的经验类比法有局 限性 小规模和地表的岩石工程 经验类比的方法往 限性。小规模和地表的岩石工程，经验类比的方法往 往是有效的。大规模和深部的岩石工程，经验类比法 有不足。 有不足 c)是岩石工程数值分析方法计算分析的必要前提条件。 d)地应力应用领域广泛。
2) 地应力的定义与组成
定义： 地应力是存在于地层中的 未受 工 程扰动的 天然 应力，也称岩体初 始应力 绝对应力或原岩应力 始应力、绝对应力或原岩应力。 组成：自重应力 热应力 扰动应力 构造应力 地震应力
3)地应力研究的历史 应力 究的 史
z海姆的静水压力观点
z金尼克对海姆观点的修正
z哈斯特的构造应力为主的观点 z复杂多变的地应力场
4)分析地应力分布的两种主要观点 析 应力 布的 种主 点 z以自重应力为主的观点 z以构造应力为主的观点
第三章 地应力及其测量
1 概论 1. 2. 地应力的成因 3. 地应力分布的基本规律 4. 地应力测量的基本原理和方法 5 直接测量法 5. 6. 间接测量法 7. 影响地应力测量精度的主要问题及其改进技术
2 地应力的成因
z大陆板块边界受压引起的地应力场 z地幔热对流引起的地应力场 z由地心引力引起的地应力场 z岩浆侵入引起的地应力场 z地温梯度引起的地应力场 z地表剥蚀引起的地应力场
大陆板块边界受压引起的地应力场
中国地震带分布
地幔热对流引起的地应力场
地幔热对流 地幔热对流－－（碰撞、俯冲、海岸） （碰撞 俯冲 海岸）
岩浆侵入引起的地应力场
2 地应力的成因
z大陆板块边界受压引起的地应力场 z地幔热对流引起的地应力场 z由地心引力引起的地应力场 z岩浆侵入引起的地应力场 z地温梯度引起的地应力场 z地表剥蚀引起的地应力场
第三章 地应力及其测量
1 概论 1. 2. 地应力的成因 3. 地应力分布的基本规律 4. 地应力测量的基本原理和方法 5 直接测量法 5. 6. 间接测量法 7. 影响地应力测量精度的主要问题及其改进技术
3 地应力分布的基本规律 1)地应力是 地应力是一个具有相对稳定的非稳定 个具有相对稳定的非稳定 应力场 它是时间和空间的 数 应力场，它是时间和空间的函数。
3 地应力分布的基本规律 2) )实 实测垂直应力基本等于上覆 岩层的重量（图3－2）
3 地应力分布的基本规律 3) )最大水平主应力和最小水平主应 力也随深度呈线性增长关系
3 地应力分布的基本规律 4)水平应力普遍大于垂直应力
（表3－1）
3 地应力分布的基本规律 5)平均水平应力与垂直应力的比值 随深度增加而减小，但不同地区 变化的速度不同（图 图3－3）
3 地应力分布的基本规律 6)最大水平主应力和最小水平主 应力之值一般相差较大，显示 出很强的方向性（表3－2）
3 地应力分布的基本规律 7)地应力分布受地形、地表剥蚀、风化、 岩体结构特征、岩体力学性质、温度 和地下水等因素的影响。 和地下水等因素的影响
3 地应力分布的基本规律（归纳）
z地应力是一个具有相对稳定的非稳定应力场，它是 时间和空间的函数 z实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量 z最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性 增长关系 z水平应力普遍大于垂直应力 z平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小， 但不同地区变化的速度不同 z最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较 大，显示出很强的方向性 z地应力分布受地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特 征、岩体力学性质、温度和地下水等因素的影响
第三章 地应力及其测量
1 概论 1. 2. 地应力的成因 3. 地应力分布的基本规律 4. 地应力测量的基本原理和方法 5 直接测量法 5. 6. 间接测量法 7. 影响地应力测量精度的主要问题及其改进技术
4 地应力测量的基本原理和方法 1)岩体中任一点三维应力状态的表述 岩体中任 点 维应力状态的表述 2)地应力测量的基本方法 z 按测量手段：P138 z 按测量原理：P138
z σz τzy y τyx σy O x τyz τxz τxy σx τzx
z 按测量参数是否地应力分量分为 直接测量和间接测量两类
第三章 地应力及其测量
1 概论 1. 2. 地应力的成因 3. 地应力分布的基本规律 4. 地应力测量的基本原理和方法 5 直接测量法 5. 6. 间接测量法 7. 影响地应力测量精度的主要问题及其改进技术
5 直接测量法 1) 扁千斤顶法 2) 刚性包体应力计法 3) 水压致裂法 4) 声发射法
1) ) 扁千斤顶法
z基本原理 z测量步骤 z特别强调 ?是一种一维应力测量方法 ?测量的是一种受开挖扰动的次生应力场
2) 刚性包体应力计法 z刚性包体应力计 z测量原理
3) 水压致裂法 z测量原理 z测量步骤
基本原理:对测试段钻孔用特制封隔器密封起来 基本原理 对测试段钻孔用特制封隔器密封起来，然 然
后对密封段加高压水直至孔壁岩石产生张裂隙。 根据裂隙的方向及泵压的大小分析确定原岩的 应力状态。 应力状态
基本假设: 本假设
（1）一个主应力方向是垂直的，其大小等于上覆岩 层的自重应力。而另外两个主应力是水平的， 且破裂方向垂直于最小主应力方向。 且破裂方向垂直于最小主应力方向 （2）岩体是均质、各向同性的线弹性体。
测定系统: