1 岩体中的原岩应力概述
原岩应力及其分布
③
岩体中的构造应力具有明显的方向性，最大
水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大。
④ 构造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍，
在软岩中贮存构造应力很少。
正断层
逆断层
平推断层
岩脉
褶皱
由地质特征推断构造应力方向的平面图
2 1 1 2 2 2 H 2 3E 1
由以上两式可知，岩体中积聚的弹性能与应力 状态有关，并随着开采深度的增加，与开采深度的 平方成正比关系增长。
应当指出，采矿活动破坏原岩应力状态，在岩
硐周围岩体内形成应力集中，应力集中系数k=3～5，
高应力导致岩体内积聚的弹性能增长数倍。这种大 量能量的突然释放，将产生矿山动压现象。
（四）讨论
由上述关系式可得以下几个主要结论：
①在双向等压应力场中，圆孔周边全处于压缩应力状态。
②应力大小与弹性常数E、μ 无关。
③ σ t、σ r的分布和角度无关，皆为主应力，即切向和径向平 面均为主平面。 ④双向等压应力场中孔周边的切向应力为最大应力，其最大应 力集中系数K=2，且与孔径的大小无关。当σt=2γH超过孔周 边围岩的弹性限时，围岩将进入塑性状态。
岩石的泊松比为0.2～0.3， ＝0.25～0.43。 1 2、静水应力状态假说：在埋藏较深条件下，垂直压 应力相当大，岩石呈现明显的塑性 ＝ 1.0 H
1
1
z
x
y
二.构造应力
构造应力是由于地壳构造运动在岩体中引 起的应力，岩体构造应力可以分为现代构造应 力和地质构造残余应力。前者是指正在经受地
2、3.矿山岩体的原岩应力及其重新分布
39
3.3.2 直接顶厚度
直接顶初次垮落后，杂乱堆积，岩体碎胀，碎胀堆积高度大于 直接顶岩层原来的厚度。它与老顶之间留下的空隙Δ 为：
h M K p h M h K p 1
当冒落的直接顶将充满采空区时，Δ =0，忽略老顶的弯曲下沉。
h M Kp 1
27
压力拱假说解释：工作面前后的支承压力、回 采工作空间处于减压范围，仍然是经典的解释。
没有分析：拱的特性，岩层变形、移动和破坏 的发展过程，支架与围岩的相互作用。
28
3.1.2 悬臂梁假说
此假说认为，顶板可视为一端固定于煤壁前方岩 体内，另一端处于悬伸状态的梁，悬臂梁弯曲下沉 后，受到已垮落岩石的支撑，当悬伸长度很大时， 发生有规律的周期性折断，从而引起周期来压。
31
3.1.4 砌体梁假说
“砌体梁”结构是基于采动岩体移动的如下特征而提出的：
Ⅰ－垮落带，Ⅱ－裂缝带，Ⅲ－弯曲下 沉带，A－煤壁支承区，B－离层区，C －重新压实区
(1) 采动上覆岩层的岩体结构的 骨架是覆岩中的坚硬岩层。可 将上覆岩层划分为若干组，每 组以坚硬岩层为底层，其上部 的软弱岩层可视为直接作用于 骨架上的载荷。
16
图 2-13 矩形孔 周围应力分布图
a—最大、最小正 应力； b—切向应力 c—周围切向应力
17
3 采场顶板活动规律
3.1 几个概念 3.2 有关采场上覆岩层“大结构”的假说 3.3 直接顶的垮落 3.4 老顶的断裂形式 3.5 老顶的初次断裂步距 3.6 老顶断裂后的“砌体梁”结构及其S-R
(5) 表土冲积层可视为 均布载荷作用。
33
3.1.5 传递岩梁假说
H
m2 m1 m2
井巷工程：原岩应力
第三章 井巷矿压
影响巷道稳定性的因素
岩体 结构
岩石
影响巷道稳定
性质
性的因素
工程 技术
地质 构造
地下水
z
11 z
11
z
式中 Y一上覆岩层的容重，kN/m3 z—单元体所在位置离地表的深度，m。
自重应力 z 的表达式为 z z
式中 —上覆岩层的平均容重， 一般取23-25 kN/m3。 σx＝σy=λσZ
式中 λ—原岩体侧应力系数，一般取入＝0 .25～0 .43
第三章 井巷矿压
二、构造应力
第三章 井巷矿压
原岩——地下岩体中没有受到人类工程活动（如矿井中 开掘巷道等）影响的岩体
原岩 应力 按产 生原 因
自重应力——由于岩体的自身重力作用而产生 的应力。 构造应力——由于地质构造运动而引起的应力。
其他应力——岩体中水和瓦斯所引起的应力。
第三章 井巷矿压
一、自重Байду номын сангаас力
处于一定深度的原岩体，承受着上部岩体的重量，由这个重量所引 起的单位面积上的内力，就是自重应力。
根据原岩自重应力的分布规律，侧应力系数不大于1，而应力 测量资料表明：一部分应力符合自重应力分布规律；另一部分却是 水平应力大于垂直应力，侧应力系数甚至可高达20，二个方向的水 平主应力不相等，它的方向、大小与地质构造有关。
表3一1 实测地点
岩石试硐 1号高压平硐
2号斜井 总岔管
西南某水电站原岩应力的实测结果
垂直应力 /MPa
水平应力 /MPa
侧应力系数λ
2.22
1.98
0.89
0.954
0.816
0.86
2.38
原岩应力的分布规律
原岩应力的分布规律
原岩应力是指在地壳中由于地球内部构造运动和外部力因素作用而产生的地应力。
其分布规律对于地质灾害预测、岩石力学研究、能源勘探等领域具有重要意义。
一般来说，原岩应力的分布规律受到以下因素的影响：
1.地球内部构造：地壳的构造特征对原岩应力分布有极大影响。
例如，在岩石
构造较平整的地区，应力分布较为均匀；而在构造活跃区域，地壳的变形会导致应力不均匀分布，形成高应力区和低应力区。
2.地形和地貌：地形地貌对应力分布也有一定影响。
例如，山脉地区存在较大
的应力梯度，山脚和山顶的应力分布可能存在明显差异。
同时，沉积盆地、断陷盆地等地形特征也会导致应力分布的不均匀。
3.地球表面荷载：地球表面的荷载分布也会影响原岩应力的分布。
例如，河流、湖泊的水重压会产生垂向应力；冰川的压力会导致应力分布的变化等。
4.地下水压力：地下水压力的分布也会对原岩应力产生影响。
地下水的加压效
应会导致原岩应力分布的非均匀性，尤其在含水层中的应力较为复杂。
总体而言，原岩应力的分布规律是复杂而多变的，受到地球内部构造、地形地貌、地球表面荷载和地下水压力等因素的综合影响。
准确了解和研究原岩应力的分布规律对于地质工程及资源勘探活动具有重要意义，并能够帮助预测地质灾害的发生潜力。
试述原岩应力分布的基本特点
试述原岩应力分布的基本特点1.引言1.1 概述概述部分内容可以包括对原岩应力分布的基本概念进行介绍，以及对原岩应力分布的重要性进行说明。
文章的开头可以引入原岩应力分布这一话题，并给出一个引人入胜的开场语。
示例：概述原岩应力分布是地质学中一个重要的研究领域，它对于理解地壳变形与构造演化以及寻找地下资源等方面具有重要意义。
原岩应力是指在地壳中由于各种作用力而形成的应力状态。
它在地质过程中起着至关重要的作用，影响着岩石的形态、强度、断裂特征等诸多方面。
在地壳中，岩石受到来自地球内部和地表上各种力的作用，如地震、地壳运动、构造变形等。
这些力的影响使得岩石处于不断变化的应力状态之中。
了解和研究原岩应力的分布特点，对于我们理解地壳的构造和演化，预测地震的发生，探寻石油、煤炭等地下资源等都具有重要的意义。
本文旨在论述原岩应力分布的基本特点，从而为地质学研究提供一定的理论依据。
首先，我们将简要介绍原岩应力的定义和意义，以便读者能够更好地理解本文内容。
接着，我们将探讨原岩应力的形成机制，从而揭示它是如何形成和演化的。
最后，我们将详细阐述原岩应力分布的基本特点，包括其空间分布规律、变化范围以及影响因素等，以期全面展现原岩应力的研究成果。
通过对原岩应力分布的系统研究，我们可以更好地理解地球内部的力学特性和地壳的变形过程。
同时，原岩应力分布研究的成果也对于工程地质领域的开展具有重要的指导作用。
在结论部分，我们将总结原岩应力分布的基本特点，并讨论其在地质学和工程领域中的应用。
另外，我们还将展望未来原岩应力分布研究的发展方向，为相关领域的学者和研究人员提供一定的参考。
希望通过本文的阐述，读者能够对原岩应力分布的基本特点有一个全面的了解，并理解其在地质学和工程地质学领域中的重要性。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构部分可以简要介绍整篇文章的组织结构和各个章节的内容安排，以便读者能够更好地理解文章的逻辑结构和思路。
第六章岩体的初始应力状态讲义
z z
n
z i hi i 1
若认为岩体为均质、连续且各向同性体，各岩体单 元横向变形为0，即x= y=0，则由广义胡克定律：
x
1 E
x
y z
y
1 E
y
z
x
解上式得水平应力x、 y为：
5、水压致裂法测定系统
6、应力计算
两向受不相等的均布力σ1、σ2作用时的应力分量：
1
2
2
(1
r2
2
)
1
2
2
(1
r2
2
)(1
3
r
2 2
)
cos
2
2
1
2
2
(1
r2 ) 1 2
2
2
(1
3 r 4 )cos 2 4
岩浆侵入或者随着深度的增加，温度升高，使岩 体膨胀，产生热应力，增加初始应力；
若地温梯度α=3°C/100m，岩体热膨胀系数β约 为10-5，一般岩体弹性模量E=10GPa，则地温引起的温 度应力T约为：
T =αβE Z=0.03×10-5×104 Z=0.003 Z MPa
Z为研究点处的深度，m。
x
y
1
z
z
其中λ为侧压力系数，
岩体（0.2-0.3），则（0.25-0.43）；
另外， xy yz zx 0
岩体自重应力随着深度呈线性增加，浅部处 于弹性状态；超某一临界深度（砂岩500m、花岗 岩2500m），岩体处于潜塑状态或塑性状态（开 挖前为弹性，开挖后呈塑性），此时，其近于 0.5，则近于1.0，岩体所受垂直与水平应力相 等，即静水压力状态，该现象瑞士地质学家海姆 （A.Heim）1987年在研究阿尔卑斯山深大隧道时 发现，称为海姆假说。
原地应力状态
原地应⼒状态原地应⼒状态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。
它是引起采矿、⽔利⽔电、⼟⽊建筑、铁道、公路、军事和其他各种地下或露天岩⽯开挖⼯程变形和破坏的根本作⽤⼒，是确定⼯程岩体⼒学属性，进⾏围岩稳定性分析，实现者⽯⼯程开挖设计和决策科学化的必要前提条件。
第⼀节概述⼀、基本概念原地应⼒：指钻井、油⽓开采等活动进⾏之前，地层中地应⼒的原始⼤⼩。
扰动应⼒：指钻井、油所开采等活动在地层中产⽣的地应⼒改变。
构造应⼒：由构造运动在岩体中引起的应⼒叫构造应⼒，在地质⼒学中常把构造应⼒叫做地应⼒，指导致构造运动、产⽣构造形变、形成各种构造形迹的那部分应⼒。
古地应⼒和现今地应⼒：古地应⼒指某⼀地质时或某⼀重要地质事件以前的地应⼒，现今地应⼒是⽬前存在或正在活动的地应⼒。
分析构造形迹现成机理主要涉及古地应⼒，⽽⽯油⼯程则主要关⼼现今地应⼒。
残余应⼒：残余应⼒除去外⼒作⽤以后，尚残存在岩⽯中的应⼒，这种残余应⼒很⼩，往往只有零点⼏兆帕，所以常忽略不计。
重⼒应⼒：指由于上覆岩层的重量引起的地应⼒分量，特别指由于上覆岩层的重量产⽣的⽔平应⼒⼤⼩。
热应⼒：热应⼒是指由于地层温度发⽣变化在其内部引起的内应⼒增量，热应⼒主要与温度的变化和岩⽯温度和热学性质有关。
分层地应⼒：是指按地分层分别给出不同层位的地应⼒值，⾮常重要的是给出相邻地层的应⼒差。
地应⼒场：地应⼒在空间的分布情况。
⼆、地应⼒的分类：1971年加拿⼤第七届岩⽯⼒讨论会上，对地应⼒从矿⼭应⽤的⾓度进⾏了分类：三、地应⼒的描述⽅法由于岩⽯经历了漫长的地质时期，并经受了多次复杂的构造运动，使得岩⽯的原地应⼒状态变得⼗分复杂。
为满⾜⼯程需要，⼀般认为原地应⼒状态由上覆岩层压⼒和两个⽔平⽅向的主应⼒组成。
如图7-1所⽰建⽴参考坐标系，xy构成⽔平⾯，x⽅向为最⼤⽔平主应⼒⽅向，y⽅向为最⼩⽔平主应⼒⽅向，z⽅向为铅垂⽅向。
原岩应力及其测量
2）小规模的岩石工程的开挖设计和施工可根据经 验，大规模则非经验能解决，必须理论研究与计 算，按最大主应力的方向决定工程走向，应力大 小决定工程形态，并现场监测反馈；
3）岩石的开挖效应不仅取决于当时的应力状态，
也取决于历史上的全部整理应课件力状态
4
4.1 概 述
地应力的成因： 1）大陆板块边界受压引起
整理课件
非洲
13
4.3 构造应力场
三、构造应力场分析
1）根据岩体变形破坏机理，利用构造运动留下的 遗迹（构造形迹）分析、判断构造应力的主应力方向。
1
(d) 岩脉
(e) 褶皱
整理课件
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2)构造体系及区域 构造应力场
对一个区域而言，在 一次构造运动中，既 有褶皱又有断层和节 理等。这些构造形迹 尽管形态各异、性质 不同、大小悬殊，但 大都不是孤立出现， 而是相伴而生，共同 形成一个构造体系。
的应力场
2）地幔热对流引起应力场
3）地心引力引起的应力场
4）岩浆侵入引起的应力场
5）地温梯度引起的应力场
温度梯度引起地层中不同深度具有不相同的膨胀
6）地表剥蚀产生的应力场
应力松弛赶不上剥蚀引起的岩体颗粒结构变化
整理课件
5
4.2 重力应力场
自重应力：地壳上部各种岩体由于受到地心引力作 用而产生的应力，也叫重力应力。它是由岩体自重 引起的。
各向等压的应力状态，又称为静水压
力状态，海姆。
整理课件
8
4.2 重力应力场
二、各向异性岩体中的基本公式
对于各向异性岩体，例如薄层状沉积岩： 当岩层水平时
x E/x/// E/y/ E z 0
x y
则有
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（4）根据测定，岩体在构造应力作用下存在以下规 律：
σHmax σHmin σv
式中 H max —最大水平应力；
（1—8）
H min —最小水平应力；
v —垂直应力。
水平构造应力可能比自重造成的水平应力大几倍 到几十倍，而且往往浅部的倍数比深部大，因此在 浅部开采时，构造应力比自重应力更为重要。 （5）构造应力在坚硬岩层中出现较普遍，而在软岩 中储存构造应力很少。
（4）平均水平应力与铅直应力的比值随深度增 加而减小。 平均水平应力与铅直应力的比值是表征地区原 岩应力场特征的指标，该值随深度增加而减小。但 在不同地区，变化的速度不相同。比值的变化范围：
h,av 1500 100 0.3 0.5 H z H
式中 H为深度，单位为m。
从已有的资料看，在浅部值比较分散，随着深度增加， 的离散变小并向 1附近集中。这说明地壳深部可能出现 静水压力状态。 （5）最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大。
1.3 原岩应力分布规律
通过理论研究、地质调查和大量的地应力 测量资料，原岩应力分布的主要规律归纳如 下： （1）原岩应力主要有自重应力和构造应力 组成，自重应力是永恒存在的，而构造应力 主要受地质构造运动的影响，因地而异。 （2）实测铅直应力基本上等于上覆岩层重 量 （3）水平应力普遍大于铅直应力
1
岩体中的原岩应力
地壳中没有受到人类工程活动（如矿井中开掘的巷道等） 影响的岩体称为原岩体，简称原岩。 存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也 称岩体初始应力、绝对应力或地应力。 天然存在于原岩内而与人为因素无关的应力场称为原岩应 力场。 在原岩应力场内开掘巷道及形成采煤工作空间，破坏了岩 体原来的应力分布状态，引起岩体内的应力重新分布及应力对 围岩的作用，这是产生一系列矿山压力现象的根源。
1.2 构造应力
构造应力是一个复杂的问题，它具有以下特点： （1）一般情况下地壳运动以水平运动为主，因此 构造应力主要是水平应力。而且地壳运动总的来说 是以挤压运动为主，所以水平应力以压应力占绝对 优势。 （2）构造应力分布很不均匀，而且主应力的大小 和方向往往有很大变化。 （3）岩体中的构造应力具有明显的方向性。通常 两个方向的水平应力值（ 2 和 3 ）是不相等的。
H—岩块所在位置离地表的深度，m;
2 及 3 ，则由于在均质体条件下，水 而对于 平方向条件是一致的，因此 2 = 3 。且由于它们 均是由所引起的，其关系为：
2 3 1
—侧向压力系数。
（1—2）
一般地，当泊松比 =0.2~0.3时，侧压系数 =0.25~0.43。即原岩体中任何地方的水平应力约等于垂 直应力的25设在距地表深度为H处，任意取一单元立方体，此时岩块处于三向
受力状态。在垂直方向岩块受上覆岩层重量的压力形成了垂直应力，由于 的作用导致岩块发生三个方向的变形，垂直方向为压缩，两侧方向为膨胀。
但岩块在两侧方向由于受到相邻岩体的限制，其变形只能为零。
1 H
—上覆岩层的平均容量，25kN/m3 ；