1、巖體初始應(yīng)力的影響因素3巖體初始應(yīng)力的影響因素地形地形的起伏影響巖體內(nèi)的自重應(yīng)力。但這種地形的影響只是在地表下一定深度范圍內(nèi)較明顯。如圖15-3-6所示山谷的谷底的應(yīng)力由于凹口的應(yīng)力集中而很大。在均質(zhì)巖層中(圖15-3-6(a)，凹口的應(yīng)力集中現(xiàn)象還比較規(guī)則，而在非均質(zhì)巖層中，巖體中的應(yīng)力變化還會(huì)隨巖性的變化而變得更復(fù)雜(圖15-3-6(b)。圖15-3-7顯示了地形對(duì)巖體初始應(yīng)力影響的另一特征。即在水平地表附近的地應(yīng)力，其主應(yīng)力幾乎與地面線平行，第一主應(yīng)力為沿地面方向，與第二、三主應(yīng)力有較大差異；在深處，則呈靜水壓力狀態(tài)見(jiàn)圖(15-3-7(a)。而斜坡的垂直方向上應(yīng)力則幾乎等于零。在斜坡上的

2、局部上凸部位，其應(yīng)力急驟減小，而在斜坡下凹地方則應(yīng)力增大。在山谷的尖槽底下，則現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力會(huì)很大，接近或達(dá)到巖石強(qiáng)度。見(jiàn)圖15-3-7(b)L5-5-5左均爲(wèi)JW/in-6.M跺融rkM/m*k=4J.MIWRm【例題12】由于地形的起伏影響巖體內(nèi)的自重應(yīng)力，在山谷的下列各個(gè)部位，地應(yīng)力最大的是（）。谷底斜坡山頂斜坡上凸處答案：A2）地質(zhì)條件對(duì)自重應(yīng)力的影響地質(zhì)構(gòu)造對(duì)自重應(yīng)力也有影響。圖15-3-8所示為背斜褶曲的影響，在褶曲兩翼顯示出應(yīng)力增大，而在褶曲中部則應(yīng)力降低。也可以推測(cè)，在向斜的兩翼會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力降低、而在向斜核部顯示出應(yīng)力增大的現(xiàn)象?！纠}13】在背斜褶曲中，初始應(yīng)力最大的部位是（）。翼的

3、端部翼的中部褶曲中部褶曲部位答案：B【例題14】在向斜褶曲中，初始應(yīng)力最大的部位是（）。翼的端部翼的中部褶曲中部褶曲部位答案：C圖15-3-9所示為斷層對(duì)自重應(yīng)力的影響。由于斷層兩側(cè)的巖塊形成了應(yīng)力傳遞，使上大下小的楔體A產(chǎn)生了卸荷作用，致使地應(yīng)力降低；而下大上小的楔體B產(chǎn)生了加荷作用，致使應(yīng)力升高。同時(shí)也產(chǎn)生了山峰處地應(yīng)力低、溝谷處地應(yīng)力高的現(xiàn)象。V廠LlfViiVTrTTiTiTrrfnT3）水壓力和熱應(yīng)力存在于巖體裂隙或孔隙中的水，靜止時(shí)呈現(xiàn)靜水壓力，流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生動(dòng)水壓力。在通常情況下，靜水壓力只是起到減輕巖體質(zhì)量的浮力作用，浮力的大小等于水的密度與所考慮點(diǎn)的水頭高度的乘積。巖體中地下水位

4、的升降可引起巖體重量的減少或增加，因此，靜水壓力要視具體情況具體分析其產(chǎn)生的作用。動(dòng)水壓力是指地下水在水頭差的作用下，沿巖體的裂隙或孔隙流動(dòng)時(shí)，給予周?chē)鷰r塊表面的動(dòng)水摩擦力和動(dòng)水流向應(yīng)力。這種力對(duì)巖體工程的影響較小，一般可不予考慮?！纠}15】對(duì)于巖體工程而言，應(yīng)考慮的水壓力為（）。靜水壓力動(dòng)水壓力靜水壓力和動(dòng)水壓力答案：A巖體受局部加溫或冷卻會(huì)產(chǎn)生膨脹或收縮，這樣，會(huì)在巖體內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力。例如，無(wú)論是大塊侵入巖體還是侵入巖流或小型巖脈，巖漿融流都會(huì)使周?chē)鷰r體受熱膨脹，周?chē)鷰r體限制受熱巖體的膨脹，從而在巖體中增加了熱應(yīng)力；當(dāng)冷卻時(shí)，又會(huì)產(chǎn)生收縮，這樣，會(huì)在巖體內(nèi)部造成一些成巖裂隙（例如玄武巖的

5、柱狀節(jié)理），并在巖石本身及周?chē)鷰r體中保留部分殘余熱應(yīng)力。此外，隨著巖體的埋深增加，地溫也會(huì)逐漸上升，地溫升高也會(huì)使巖體內(nèi)部地應(yīng)力增加，一般地溫梯度謖=3C/100m,巖體的體膨脹系數(shù)“約為10-5,般彈性模量E=104MPa,所以，地溫梯度引起的溫度應(yīng)力約為$=Hfl/GE=0.03ICxi0HMPa=O+QQ3HM丹式中，H為研究點(diǎn)深度（m）。巖體的地溫應(yīng)力是壓縮應(yīng)力,并隨深度增加。在深度相同的情況下,約為垂直重力應(yīng)力的1/9左右,并且呈靜水壓力狀態(tài),即crT7.=crrn=crrs=qT【例題16】巖體的地溫應(yīng)力是壓縮應(yīng)力,隨深度的變化規(guī)律為（）。增加減小不變以上三種均可產(chǎn)生答案：A巖體初

6、始應(yīng)力量測(cè)方法簡(jiǎn)介二、巖體初始應(yīng)力量測(cè)方法簡(jiǎn)介（一）巖體應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)方法概述巖體應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的目的是在于了解巖體中存在的應(yīng)力大小和方向,從而為分析巖體工程的受力狀態(tài)以及為支護(hù)及巖體加固提供依據(jù)。巖體應(yīng)力量測(cè)還可以是預(yù)報(bào)巖體失穩(wěn)破壞以及預(yù)報(bào)巖爆的有力工具。巖體應(yīng)力量測(cè)可以分為巖體初始應(yīng)力量測(cè)和地下工程應(yīng)力分布量測(cè)。前者是為了測(cè)定巖體初始地應(yīng)力場(chǎng),后者則為測(cè)定巖體開(kāi)挖后引起的應(yīng)力重分布狀況。從巖體應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的技術(shù)來(lái)講,這二者并無(wú)原則區(qū)別,只是要求前者的測(cè)點(diǎn),布置在未受開(kāi)挖而產(chǎn)生影響的巖體內(nèi)。巖體應(yīng)力量測(cè)可以在鉆孔中、露頭上和地下洞室的巖壁上進(jìn)行,也可以在地下工程中根據(jù)兩點(diǎn)間的位移來(lái)進(jìn)行反算而求得

7、。通常應(yīng)用較多的三種方法是應(yīng)力解除法、應(yīng)力恢復(fù)法和水壓致裂法。每種方法都有不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),可以相互取長(zhǎng)補(bǔ)短。因?yàn)閹r體應(yīng)力存在于巖體中,是一種巖體內(nèi)部的受力,并在受力過(guò)程中產(chǎn)生變形,這種變形大部分是可恢復(fù)的彈性變形，但也有部分是不可恢復(fù)的變形。所以，每一種應(yīng)力量測(cè)技術(shù)都要擾動(dòng)巖石，以便產(chǎn)生能夠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的“量”（大部分是測(cè)量位移值或應(yīng)變值），然后根據(jù)一定的理論模式進(jìn)行分析計(jì)算。為了量測(cè)巖體中某個(gè)位置的應(yīng)力，就必須使用鉆具鉆孔或開(kāi)挖，以便到達(dá)該測(cè)量點(diǎn)，這必然會(huì)擾動(dòng)巖體因此，對(duì)某個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行位移量測(cè)，并根據(jù)某種理論模式進(jìn)行計(jì)算以后，還必須根據(jù)開(kāi)挖或鉆進(jìn)的方法和尺度，進(jìn)行修正。如果說(shuō)，某種應(yīng)力量測(cè)方

8、法的精確度能控制誤差在0.4MPa以?xún)?nèi)，其結(jié)果通常被認(rèn)為是令人滿(mǎn)意的?！纠}17】通常應(yīng)用較多的巖體初始應(yīng)力量測(cè)方法當(dāng)中不包括（）。應(yīng)力解除法應(yīng)力恢復(fù)法水壓致裂法點(diǎn)載荷試驗(yàn)法答案：D【例題19】對(duì)于巖體的初始應(yīng)力進(jìn)行量測(cè)時(shí)，不能采取的方法是（）。在鉆孔中進(jìn)行在露頭上進(jìn)行模擬真實(shí)環(huán)境進(jìn)行在地下洞室的巖壁上進(jìn)行答案：C【例題20】在對(duì)巖體初始應(yīng)力進(jìn)行量測(cè)時(shí)，所測(cè)量的成果為（）。位移值應(yīng)力值重度值厚度值答案：A目前已經(jīng)形成了許多地應(yīng)力測(cè)量方法，這些方法在有關(guān)的文獻(xiàn)中已做了詳細(xì)的介紹，概括起來(lái)如表15-3-1。地應(yīng)力測(cè)量方法一覽表表15-3-1測(cè)量原理測(cè)量方法解除方法使用條件可信度1鋼環(huán)變形計(jì)套孔解除

9、要求不嚴(yán)較咼2鋼弦應(yīng)力計(jì)套孔解除要求不嚴(yán)較咼一、測(cè)量變形3壓磁應(yīng)力計(jì)套孔解除巖石完整較咼4液壓計(jì)套孔解除要求較咼參考5孔底應(yīng)變叢孔底解除巖石完整較低二、測(cè)量應(yīng)變6.光彈雙向應(yīng)變計(jì)孔底解除巖石完整參考7孔壁之軸應(yīng)變叢套孔解除巖石完整較低8光彈柱塞套孔解除適用于軟巖參考二、包體變形9羅恰光彈應(yīng)力計(jì)套孔解除適用于軟巖參考10水壓致裂不用解除要求不咼較咼四、破裂11壓裂聲發(fā)射不用解除要求較咼較低（二）水壓致裂法1方法原理及技術(shù)水壓致裂法的基本點(diǎn)是通過(guò)液壓泵向鉆孔內(nèi)擬定測(cè)量深度處加液壓。將孔壁壓裂，測(cè)定壓裂過(guò)程中的各特征點(diǎn)壓力及開(kāi)裂方位，然后根據(jù)測(cè)得的壓裂過(guò)程中泵壓表頭讀數(shù)，計(jì)算測(cè)點(diǎn)附近巖體中地應(yīng)力大小

10、和方向。壓裂點(diǎn)上、下用止水封隔器密封，其結(jié)構(gòu)如圖15-3-10所示。水壓致裂過(guò)程中泵壓變化及其特征壓力示于圖15-3-11。各特征壓力的物理意義注釋如下：P巖體內(nèi)孔隙水壓或地下水壓力；0P注入鉆孔內(nèi)液體壓力將孔壁壓裂的初始?jí)毫褖毫Γ籦PS液體進(jìn)入巖體內(nèi)連續(xù)地將巖體劈裂的液體壓力，稱(chēng)為穩(wěn)定開(kāi)裂壓力；Ps0關(guān)泵后壓力表上保持的壓力，稱(chēng)為關(guān)閉壓力。如果圍巖滲透性大，該壓力將逐漸衰減。P0停泵后重新開(kāi)泵將裂縫重新張開(kāi)的壓力，稱(chēng)為開(kāi)啟壓力。b2基本理論和計(jì)算公式大量室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)資料證明，不論垂直地應(yīng)力耳為主應(yīng)力之一，則其他兩個(gè)地主應(yīng)力為在水平面的平面內(nèi)。當(dāng)孔壁出現(xiàn)垂直裂縫時(shí)，設(shè)孔周兩個(gè)水平地應(yīng)力分別為

11、応和疔“，孔壁還受有水壓Pb(圖15-3-12)。此時(shí),根據(jù)特征應(yīng)力值可確定巖體的抗拉強(qiáng)度及水平地應(yīng)力的大小。Pb-Pb0=To巧血=3-Pt+To15-3-93根據(jù)水壓致裂法試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算地應(yīng)力15-3-11樂(lè)裂過(guò)代毎抵變優(yōu)及特後抵力15-3-12扎壁并型為學(xué)視型水壓致裂法的缺點(diǎn)是地主應(yīng)丈I方向難以確定-在式(15-3-23)的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)分析的方法來(lái)初步解決-般來(lái)講=作為地主應(yīng)力之一我們可以將bg與及b囪作比較，若兀$%，則可以肯定此時(shí)丄兩最小地主應(yīng)力；進(jìn)一歩將応作比鮫，也就可以依次確定地應(yīng)力的三個(gè)主應(yīng)力口因?yàn)殚_(kāi)裂點(diǎn)方位或開(kāi)裂裂縫方向可以確定，b豔的方位或疔他的方向，所以三個(gè)地主應(yīng)力的方

12、位也可以相應(yīng)確定口如果叫淚、并且孔壁開(kāi)裂后孔內(nèi)巖體出現(xiàn)水平裂縫，則此時(shí)bg=煜為最小地應(yīng)丈I,b賽與疔臥各為中主應(yīng)力及最犬地主應(yīng)力，垂直開(kāi)裂方向即犬地主應(yīng)力方向-4水壓致裂法的特點(diǎn)1）設(shè)備簡(jiǎn)單。只需用普通鉆探打孔，用雙止水裝置密封，用液壓泵通過(guò)壓裂裝置壓裂巖體，不需要復(fù)雜的電磁測(cè)量設(shè)備。2）操作方便。只通過(guò)液壓泵向鉆孔內(nèi)注液壓裂巖體，觀測(cè)壓裂過(guò)程中泵壓、液量即可。3）測(cè)值直觀。它可根據(jù)壓裂時(shí)泵壓（初始開(kāi)裂泵壓、穩(wěn)定開(kāi)裂泵壓、關(guān)閉壓力、開(kāi)啟壓力）計(jì)算出地應(yīng)力值，不需要復(fù)雜的換算及輔助測(cè)試，同時(shí)還可求得巖體抗拉強(qiáng)度。4）測(cè)值代表性大。所測(cè)得的地應(yīng)力值及巖體抗拉強(qiáng)度是代表較大范圍內(nèi)的平均值，有較好的

13、代表性。5）適應(yīng)性強(qiáng)。這一方法不需要電磁測(cè)量元件，不怕潮濕，可在干孔及孔中有水條件下作試驗(yàn)，不怕電磁干擾，不怕震動(dòng)。因此，這一方法越來(lái)越受到重視和推廣。但它存在一個(gè)較大的缺陷，即主應(yīng)力方向定不準(zhǔn)?！纠}21】用水壓致裂法量測(cè)巖體初始應(yīng)力時(shí)存在著一個(gè)較大的缺陷是（）。主應(yīng)力方向定不準(zhǔn)設(shè)備簡(jiǎn)單便操作性較差試驗(yàn)時(shí)怕電磁干擾，怕震動(dòng)測(cè)量時(shí)較復(fù)雜答案：A（三）應(yīng)力解除法應(yīng)力解除法是巖體應(yīng)力量測(cè)中應(yīng)用較廣的方法。它的基本原理是：當(dāng)需要測(cè)定巖體中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，人為地將該處的巖體單元與周?chē)鷰r體分離，此時(shí)，巖體單元上所受的應(yīng)力將被解除。同時(shí)，該單元體的幾何尺寸也將產(chǎn)生彈性恢復(fù)。應(yīng)用一定的儀器，測(cè)定這種彈性恢

14、復(fù)的應(yīng)變值或變形值，并且認(rèn)為巖體是連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的彈性體，于是就可以借助彈性理論的解答來(lái)計(jì)算巖體單元所受的應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)力解除法的具體方法很多，按測(cè)試深度可以分為表面應(yīng)力解除、淺孔應(yīng)力解除及深孔應(yīng)力解除。按測(cè)試變形或應(yīng)變的方法不同，又可以分為孔徑變形測(cè)試，孔壁應(yīng)變測(cè)試及鉆孔應(yīng)力解除法等。有關(guān)這三種測(cè)試方法請(qǐng)參見(jiàn)“工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)”中巖體應(yīng)力測(cè)試章節(jié)在此不作介紹?！纠}22】采用孔壁應(yīng)變測(cè)試方法測(cè)試孔壁應(yīng)變時(shí)，該種方法屬于（）。應(yīng)力解除法應(yīng)力恢復(fù)法水壓致裂法答案：A三、巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的主要分布規(guī)律（一）垂直應(yīng)力隨深度的變化巖郎天然應(yīng)力的垂直分壘，一般認(rèn)次等于該點(diǎn).的上覆巖層的質(zhì)量煜-但

15、從國(guó)內(nèi)實(shí)測(cè)瓷料（工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)GB咒條文說(shuō)明）看，垂直應(yīng)力分壘與上覆巖層的質(zhì)量疸的比值在0.43-19.8的范圍內(nèi)，其中，yH）1.2的（b”/煜）0.8的約占13%,這說(shuō)明多數(shù)情況是（b”/yH）io有人總結(jié)了世界范圍內(nèi)的資料（252700m范圍內(nèi)）后得出，隨深度H的增大呈線性關(guān)系增加（圖15-3-13）,大概相當(dāng)于按平均密度為2.7g/cm3計(jì)算出來(lái)的重力。【例題23】垂直應(yīng)力隨深度的變化規(guī)律為（）。隨深度H的增大呈線性關(guān)系增加隨深度H的增大呈線性關(guān)系減小與深度H的變化無(wú)關(guān)答案：A（二）水平應(yīng)力隨深度的變化通過(guò)研究南部非洲、美國(guó)、日本、冰島及加拿大等地區(qū)的應(yīng)力測(cè)量結(jié)果可以看出，盡管隨著地

16、質(zhì)環(huán)境的變化其結(jié)果有所差異，但揭示出地殼內(nèi)水平應(yīng)力隨深度增加呈線性關(guān)系增大（圖15-3-14）是普遍規(guī)律?！纠}24】水平應(yīng)力隨深度的變化規(guī)律為（）。隨深度H的增大呈線性關(guān)系增加隨深度H的增大呈線性關(guān)系減小與深度H的變化無(wú)關(guān)答案：A（三）水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值K水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值K是隨深度而變化的，如圖15-3-15所示。在接近地表及淺層地層中，所測(cè)的地應(yīng)力資料統(tǒng)計(jì)表明，大多數(shù)的實(shí)測(cè)結(jié)果表明了比值K1,即水平應(yīng)力垂直地應(yīng)力。但隨著深度增加，就會(huì)出現(xiàn)K=1的狀況，這個(gè)深度稱(chēng)為臨界深度。測(cè)量地區(qū)不同，臨界深度也不同。冰島的實(shí)測(cè)資料臨界深度大約為200m。在南非和日本曾測(cè)得臨界深度為500m

17、左右；在美國(guó)的水壓致裂法測(cè)定資料表明，臨界深度為1000m左右。而在加拿大和斯堪底納維亞測(cè)得的資料，在深度2000m內(nèi)，水平應(yīng)力始終占優(yōu)勢(shì)，即臨界深度在2000m以上。與垂直應(yīng)力分量之比作為地表以下深度的函數(shù)引自hoek和Blownl978平均水平應(yīng)力巧種垂直應(yīng)力礙TOC o 1-5 h z【例題25】根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析，在淺層地層中水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值K的大小一般情況下為（）。K1KV1K=1答案：A0,53M100015M1.52-02.53.05J20W2500廈洲*加盤(pán)大*類(lèi)國(guó)。廝地底炳推亞甫非其治地扛圖153-15圖屮的點(diǎn)表示二亍水平應(yīng)力分嚴(yán)的平均測(cè)量值與垂克應(yīng)丈廿宦之比作均魅表之

18、下探度的函數(shù)引自Meek和15山呵49池（四）兩個(gè)水平應(yīng)力之間的關(guān)系關(guān)于兩個(gè)水平應(yīng)力b亟與b血間的關(guān)系，一般來(lái)講，無(wú)論是大區(qū)域或較小區(qū)域范圍內(nèi)，其大小和方向都有變化。一般，嘶/Olfe=0.2-0.8!而大冬數(shù)曲0.47.九根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)與歐洲的資料列干表竹-2。兩個(gè)水平應(yīng)力分量之間的關(guān)系表15-3-2實(shí)測(cè)地點(diǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)目OHy/Hx比值S1.00.750.750.500.500.250.250合計(jì)斯堪的納維亞等地511467136100北美2222246239100中國(guó)251256248100當(dāng)然，有時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)水平應(yīng)力相等的情況，這主要在構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層平緩的地區(qū)。【例題26】在一般情況下，

19、兩個(gè)水平應(yīng)力之間的關(guān)系為()。A.cr/crffe1Be肉/oife1B/QB：1C.OHy/臨=1答案：c一、單選題:1、下列關(guān)于巖石初始應(yīng)力的描述中，哪個(gè)是正確的()垂直應(yīng)力一定大于水平應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力以水平應(yīng)力為主自重應(yīng)力以壓應(yīng)力為主，亦可能有拉壓力自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力分布范圍基本一致你的答案：標(biāo)準(zhǔn)答案：b本題分?jǐn)?shù)：1.00分，你答題的情況為錯(cuò)誤所以你的得分為0分解析：2、測(cè)定巖體的初始應(yīng)力時(shí)，最普遍采用的方法是()。A.應(yīng)力恢復(fù)法B.應(yīng)力解除法C.彈性波法D.模擬試驗(yàn)?zāi)愕拇鸢福簶?biāo)準(zhǔn)答案：b本題分?jǐn)?shù)：1.00分，你答題的情況為錯(cuò)誤所以你的得分為0分解析：3、當(dāng)利用下列量測(cè)方法時(shí)進(jìn)行巖體初始應(yīng)力

20、量測(cè)時(shí)，可信度較高的是（）。A.液壓計(jì)B.孔底應(yīng)變叢C.光彈柱塞D.水壓致裂你的答案：標(biāo)準(zhǔn)答案：d本題分?jǐn)?shù)：1.00分，你答題的情況為錯(cuò)誤所以你的得分為0分解析：4、利用水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值K可以判定臨界深度，當(dāng)K等于（）時(shí)的深度即為臨界深度。00.511.5你的答案：標(biāo)準(zhǔn)答案：c本題分?jǐn)?shù)：1.00分，你答題的情況為錯(cuò)誤所以你的得分為0分解析：5、當(dāng)對(duì)巖體初始應(yīng)力進(jìn)行量測(cè)時(shí)，必須要做的是（）。確定量測(cè)方法選定理論模式選定一定的儀器擾動(dòng)巖石你的答案：標(biāo)準(zhǔn)答案：d本題分?jǐn)?shù)：1.00分，你答題的情況為錯(cuò)誤所以你的得分為0分解析：6、由于地形對(duì)地應(yīng)力的影響，在水平地表附近的地應(yīng)力，地應(yīng)力方向?yàn)椋ǎ?。主?yīng)力幾乎與地面線平行，第一主應(yīng)力為沿地面方向主應(yīng)力幾乎與地面線平行，第一主應(yīng)力與地面方向垂直主