5、地应力

岩体力学复习资料一、简答题（5×4′）1、什么是岩石的全应力应变曲线？岩石在单周压缩荷载作用下，应变随应力变化的关系曲线，包括（1）空隙裂隙压密阶段；（2）弹性变形阶段；（3）微弹性裂隙稳定发展阶段；（4）非稳定破裂发展阶段；（5）破坏后阶段。

2、岩石的蠕变？岩石的应力保持不变，应变随时间增加而增长的现象。

3、岩体的结构面？是指地质过程中在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度、厚度相对较小的地质面或带，又称为不连续面或带。

4、RQD法？取值方法？钻探取芯的岩芯完整程度与岩体的原始裂隙、硬度、均质性等状态相关，钻探取芯的岩芯复原率（岩芯采取率）可表征掩体质量，该表征指标称之为岩体质量指标（RQD）; RQD=Lp/L×100%(Lp:大于10cm的岩芯累计长度；L：岩芯取芯进尺总长度。

5、地应力？地应力是指存在于地层中未受扰动的天然应力，也称原岩应力、岩体初始应力或绝对应力。

6、岩石的渗透性？岩石在一定的水力梯度（I）或压力差作用下，水渗透或穿透岩石的能力。

7、岩爆？处于高地应力状态下的围岩，在地下洞室开挖过程中，由于洞室周围应力集中而引起岩体贮存大量的弹性应变能得到突然释放，致使围岩向着临空方向产生脆性爆裂以弹性迸发出声响的一种动力地质现象。

8、岩石的松弛？是指应变保持不变时，应力随时间的增加而减小的现象。

9、新奥法？在岩体或土体中设置的以使地下洞室的周围岩体形成一个中空筒状支撑环结构为目的地设计施工方程，利用围岩的自承作用支撑隧道。

二、简答题（6×6′）1、岩石与岩体的区别与联系。

岩石是由矿物+岩屑在地质作用下按一定规律聚集而成德自然物体，岩体是由岩石、地质部连续面和不连续面内填充物组合成的天然地质体，岩体由于结构面的存在强度远低于岩石的强度。

2、岩石的强度有哪几种类型；由那几个实验确定其特征值?岩石的强度有：单轴抗压强度（单轴压缩实验）、抗拉强度(直接拉伸试验法，劈裂试验法，点载荷试验法，抗弯法试验)、抗剪强度（抗剪断试验）、三轴抗压强度（真三轴加载实验，常规三轴加载实验）。

北京科技大学硕士学位研究生入学考试《岩石力学》问答题1.什么是全应力-应变曲线？各个阶段的特征是什么？画图说明。

全应力-应变曲线：能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性，特别是破坏后的强度与力学性质的变化规律。

分为四个阶段（1）孔隙裂隙压密阶段：在此阶段时间横向膨胀较小，试件体积随荷载增大而减小；（2）弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段：该阶段的应力-应变曲线成近似直线型；（3）非稳定破裂发展阶段：进入本阶段后，微破裂的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试件完全破坏，试件由体积压缩转为扩容，轴向应变和体积应变速率增大。

（4）破裂后阶段：裂隙快速发展，交叉且相互联合，形成宏观断面。

此后，岩块变形主要表现为沿宏观裂面的块体滑移。

试件承载力随变形增大迅速下降，但不降到零。

2.为什么普通材料试验机得不出全应力-应变曲线？全应力应变曲线有什么用途？由于材料试验机的刚度小，在试件压缩时，其支柱上存在很大的变形和变形能，在试件快要破坏时，该变形能突然释放，加速试件破坏，从而得不出极限压力后的应力-应变关系曲线。

全应力-应变曲线的用途：（1）揭示试件破裂后仍有一定承载力（2）预测蠕变的破坏（3）预测岩爆（4）预测循环加载下的岩石破坏第二蠕变阶段：如曲线中bc段，应变速率保持不变，故又称为等速蠕变阶段。

第三蠕变阶段：如曲线中cd段，应变速率迅速增加直到岩石破坏，故又称为加速蠕变阶段。

4.简述维护岩石地下工程稳定的基本原则(新奥法)。

（1）合理利用和充分发挥岩体强度A．避免岩石强度的损坏B．充分发挥岩体的承载能力C．加固岩体（2）改善围岩的应力条件A.选择合理的隧道断面形状和尺寸B.选择合理的位置和方向C.采用卸压方法（3）合理支护（4）强调检测和信息反馈（5）注重涌水处理：堵水、输水。

5.围岩-支护作用的共同原理是什么？它对围岩支护有什么指导意义？A．围岩周边位移和支护反力成反变关系；B．支架的支护力与支架变形成正变关系；C．围岩特性曲线与支架特性曲线的交点是围岩与支架的工作点，构成共同作用关系，二者共同承载；D．在一定变形范围内，围岩变形越大所需支护力越小。

地应力计算公式范文地应力是指地下岩体受到的应力状态，地应力主要由地球内部的重力、地壳的厚度和岩石本身的力学特性等因素所决定。

在地质勘探和地下工程中，准确地计算和了解地应力的分布和变化对于工程设计和施工具有重要意义。

本文介绍了地应力的计算公式及其推导过程，并对地应力的影响因素进行了简要讨论。

地应力的计算公式可以通过应力平衡方程来推导得到。

应力平衡方程可以表示为：∂σ_xx/∂x + ∂τ_xy/∂y + ∂τ_xz/∂z + F_x = 0 (1)∂τ_xy/∂x + ∂σ_yy/∂y + ∂τ_yz/∂z + F_y = 0 (2)∂τ_xz/∂x + ∂τ_yz/∂y + ∂σ_zz/∂z + F_z = 0 (3)其中，σ_xx、σ_yy和σ_zz分别代表岩体在x、y和z三个方向上的正应力；τ_xy、τ_xz和τ_yz分别代表岩体在xy、xz和yz平面上的剪应力；F_x、F_y和F_z分别代表岩体受到的体力。

有了这个应力平衡方程，我们可以得到一系列求解地应力的计算公式。

根据岩石力学理论，我们可以假设岩体处于弹性状态，即应力与应变之间存在线性关系。

根据胡克定律，我们可以将应力表示为应变的线性函数：σ_xx = E(ε_xx + v(ε_yy+ε_zz)) (4)σ_yy = E(ε_yy + v(ε_xx+ε_zz)) (5)σ_zz = E(ε_zz + v(ε_xx+ε_yy)) (6)τ_xy = 2Gγ_xy (7)τ_xz = 2Gγ_xz (8)τ_yz = 2Gγ_yz (9)其中，E代表岩石的弹性模量，G代表岩石的剪切模量，v代表泊松比，ε_xx、ε_yy和ε_zz分别代表岩体在x、y和z三个方向上的应变，γ_xy、γ_xz和γ_yz分别代表岩体在xy、xz和yz平面上的剪应变。

根据以上公式，结合应力平衡方程，就可以计算出地应力的大小和分布。

具体的计算步骤如下：1.假设每个方向上的应变分布情况，并通过实际野外或实验数据进行验证。

地应力系数是反映地应力状态的重要参数，它与岩土体的变形、破坏以及工程稳定性等问题密切相关。

地应力系数可以通过钻孔应力测试、应力解除法等手段进行测定。

同时，也可以利用地球物理勘探方法、数值模拟等方法进行估算。

在工程应用中，地应力系数可以用于评估岩土体的稳定性，预测岩土体的变形和破坏，以及为工程设计提供依据。

例如，在地下工程中，地应力系数可以用于确定围岩的应力状态，预测围岩的变形和破坏，从而为支护设计和施工提供依据。

需要注意的是，地应力系数会受到多种因素的影响，如地层结构、地下水条件、工程活动等。

因此，在应用地应力系数时，需要综合考虑各种因素，并结合实际情况进行综合分析和判断。

地应力计算公式范文
地应力表示垂直或水平方向上施加在地层中的压力。

地应力是地球重
力作用于地层岩石的结果。

地应力的计算公式包括均布荷载与地壳运动两
部分。

1.均布荷载的计算公式
均布荷载是由于地层上方的岩石层和地下水、大型建筑物等引起的压力。

均布荷载的计算公式如下：
σ=γD
其中，σ为地应力，γ为岩石层的单位体积重量，D为地下深度。

2.地壳运动的计算公式
地壳运动是由于地球板块的运动和构造活动引起的压力。

地壳运动的
计算公式如下：
σ=Ex
其中，σ为地应力，E为地壳应力系数，x为水平方向上与地壳运动
方向夹角的正弦值。

地壳应力系数E是估计的参数，它与地壳中的岩石性质、位移速度等有关。

地应力的计算不仅直接影响地层岩石的稳定性，还在地下工程、矿井
开采等领域具有重要的应用价值。

为了准确计算地应力，需要对地质信息、地质构造、地下水情况等进行详细的调查和分析。

在实际工程中，需要根据具体情况选择适当的地应力计算公式，并结合实际测量数据进行验证和修正。

此外，还需要考虑地层中的非均质性、地下应力的变化规律等因素，以提高地应力计算的准确性。

总结起来，地应力的计算公式主要包括均布荷载和地壳运动两部分。

均布荷载与地层深度成正比，地壳运动则与地壳应力系数和与地壳运动方向夹角的正弦值成正比。

地应力的计算需要综合考虑地层的地质情况、地下水情况以及实测数据等因素，以提高计算的准确性。

简述地应力场反演的流程。

地应力场反演是一种重要的地质研究工具，它可以用来研究区域内的地质构造、深部地质运动及表面地貌的变化。

与其他的深部研究工具相比，地应力场反演的优势主要在于它可以模拟各种不同的地质背景下的地应力场，为地质结构解释提供有价值的结论。

地应力场反演的流程主要是利用一些基本的地球物理学理论并结合相关的实验数据，从而推测出区域内的地应力场情况。

首先，通过收集实验数据，包括诸如地震、重力、地热等等，为地应力场反演提供必要的外部信息。

其次，收集地质界面的位移数据，反映地下的地质构造及深部构造的变化。

第三步，利用坐标系变换方法，将收集的数据从地球坐标系转换到陆地坐标系，以便于进行后续的研究。

第四步，将地震反射地质层位转换为水平速度模型，并用于地应力场反演计算。

第五步，通过把地质界面的位移分析与垂直速度模型相匹配，建立地应力场模型。

经过上述步骤，可以推测出某一区域的地应力场情况。

地应力场反演计算的步骤还包括计算地震反射波速度模型、建立地下介质的密度模型、构建结构的拓扑图等。

根据地下的介质结构及其拓扑图，可以推测出某段区域的地应力场的数值模型，这样就可以推测出区域内的地应力场情况了。

地应力场反演的结果可以用来帮助地质学家分析出区域内的地质构造及深部运动及表面地貌的变化。

例如，地应力场反演结果可以用作研究地震波在岩石中的传播机制中的参考，从而更好地了解地震学的一些基本知识。

另外，地应力场反演的结果还可以用来预测某一区域构造上可能出现的断层活动，以便及时采取预防措施，防止可能发生的地质灾害。

总之，地应力场反演是一种重要的地质研究工具，它与其他深部研究工具相比具有独特的优势，可以用来研究区域内的地质构造、深部运动及表面地貌的变化。

它的流程主要是通过收集实验数据进行数据转换、构建水平速度模型及建立地应力场模型，从而推测出某一区域的地应力场情况。

的结果可以用来帮助分析出区域内的地质构造及深部运动及表面地貌的变化，也可以预测可能出现的断层活动，以便及时采取预防措施，防止可能发生的地质灾害。

地应力计算公式（一）、井中应力场的计算及其应用研究（秦绪英，陈有明，陆黄生 2003年6月） 主应力计算根据泊松比μ、地层孔隙压力贡献系数V 、孔隙压力0P 及密度测井值b ρ可以计算三个主应力值：()001H v A VP VP μσσμ⎡⎤=+-+⎢⎥-⎣⎦()001h v B VP VP μσσμ⎡⎤=+-+⎢⎥-⎣⎦Hv b dh σρ=⋅⎰相关系数计算：应用密度声波全波测井资料的纵波、横波时差（p t ∆、s t ∆）及测井的泥质含量sh V 可以计算泊松比μ、地层孔隙压力贡献系数V 、岩石弹性模量E 及岩石抗拉强度T S 。

① 泊松比22220.52()s p spt t t t μ∆-∆=∆-∆② 地层孔隙压力贡献系数 22222(34)12()b s s p m ms mp t t t V t t ρρ∆∆-∆=-∆-∆ ③ 岩石弹性模量 2222234s pb ss pt t E tt tρ∆-∆=⋅∆∆-∆④ 岩石抗拉强度 22(34)[(1)]T b s p sh sh S a t t b E V c E V ρ=⋅⋅∆-∆⋅⋅⋅-+⋅⋅注：,,,m ms mp t t ρρ∆∆分别为密度测井值，地层骨架密度，横波时差和纵波时差值。

,,a b c 为地区试验常数。

其它参数不同地区岩石抗压强度参数是参照岩石抗拉强度数值确定,一般是8～12倍,也可以通过岩心测试获得。

岩石内摩擦系数及岩石内聚力是岩石本身固有特性参数,可以通过测试分析获得。

地层孔隙压力由地层水密度针对深度积分求取,或者用重复地层测试器RFT 测量。

也可以通过地层压裂测试获得,测试时,当井孔压力下降至不再变化时,为储层的孔隙压力。

（二）、一种基于测井信息的山前挤压构造区地应力分析新方法（赵军 2005年4月）基于弹性力学的测井地应力分析以弹性力学理论为基础,经过一定的假设条件和边界条件可以推演出用于计算地下原地应力的数学模型,用地球物理测井信息(包括声波全波列和密度等)确定模型参数,对地应力进行连续计算与分析。