第五章 地应力确定-20130605

地应力基本概念及测量方法应力等因素导致岩体具有初始地应力（或简称地应力）是最具有特色的性质之一。

就岩体工程而言，如不考虑岩体地应力这一要素，就难以进行合理的分析和得出符合实际的结论。

岩体应力天然应力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，称为岩体天然应力或岩体初始应力，有时也称为地应力。

天然应力构成：岩体自重自重应力构造运动构造应力流体作用静水压力梯度，渗流应力其他（低温、地球化学作用）地壳岩体的天然应力状态与人类的工程活动关系极大，它不仅是决定区域稳定性的重要因素，而且往往对各类建筑物的设计和施工造成直接的影响。

比如，地下空间的开挖必然使围岩应力场和变形场重新分布并引起围岩损伤，严重时导致失稳、垮塌和破坏。

这都是由于在具有初始地应力场的岩体中进行开挖所致，因为这种开挖荷载通常是地下工程问题中的重要荷载。

由此可见，如何测定和评估岩体的地应力，如何合理模拟工程区域的初始地应力场以及正确和合理地计算工程问题中的开挖荷载，是岩石力学与工程问题中不可回避的重要问题。

已有的研究和工程实践表明，浅部地壳应力分布主要有如下的一些基本规律：地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数。

实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量。

水平应力普遍大于垂直应力。

平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小，但在不同地区，变化的速度很不相同。

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。

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。

地应力的上述分布规律还会受到地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。

高应力区实践表明，在高应力区，地表、地下工程施工期间所进行的岩体开挖工作，往往能在岩体内引起一系列与卸荷回弹和应力释放相联系的变形和破坏现象，其结果是不仅会恶化地基或边坡岩体的工程地质条件，而且作用的本身有时也会对建筑物造成直接的危害。

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。

地应力与地应力丈量方法简介地应力，又称原岩应力，也称岩体初始应力或绝对应力，是在漫长的地质年月里，因为地质结构运动等原由产生的。

在一准时间和必定地域内，地壳中的应力状态是各样发源应力的总和。

主要由重力应力、结构应力、孔隙压力、热应力和节余应力等耦合而成 ,重力应力和结构应力是地应力的主要根源。

地应力的形成主要与地球的各样动力运动过程相关，此中包含：板块界限受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非平均扩容等。

此外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其余物理化学变化等也可惹起相应的应力场。

而重力作用和结构运动是惹起地应力的主要原由，此中尤以水平方向的结构运动对地应力的形成影响最大。

地应力丈量，就是确立拟开挖岩体及其四周地区的未受扰动的三维应力状态，这种丈量往常是经过多个点的量测来达成的。

地应力丈量是确立工程岩体力学属性、进行围岩稳固性剖析、实现岩土工程开挖设计和决议科学化的前提。

地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用，所以地应力研究是目前国际采矿界上的一个前沿性课题，近几十年来，世界上很多国家均展开了地应力的丈量及应用研究工作 ,获得了众多的成就。

跟着矿区开采现代化进度的不停提升和开采深度的不停增添，对矿区所处的地质条件和应力环境提出了更进一步的要求。

查明矿区深部煤炭资源的开采地质条件和应力环境，为深部矿井的设计、建设和生产供给更为精美靠谱的地质资料和数据，以便采纳有效技术手段和举措，防备和减少灾祸的发生，是实现矿井安全高效生产的重要保障。

地应力是惹起采矿工程围岩、支架变形和损坏、产生矿井动力现象的根本作使劲，在诸多的影响采矿工程稳固性要素中，地应力是最重要和最根本的要素之一。

正确的地应力资料是确立工程岩体力学属性，进行围岩稳固性剖析和计算，矿井动力现象地区展望，实现采矿决议和设计科学化的必需前提条件。

采矿规模的不停扩大和开采深度的纵深展开，地应力的影响越加严重，不考虑地应力的影响进行设计和施工常常造成露天边坡的失稳、地下巷道和采场的坍塌损坏、冲击地压等矿井动力现象的发生，以致矿井生产没法进行，并常常惹起严重的事故，造成人员伤亡和财富的重要损失。

第五章地应力Chapter 5 Geostress学习提示学习对象→岩石应力场、垂直应力、水平地应力、海姆假说以及岩体应力测量。

学习内容→垂直应力与水平地应力的特征，自重应力与海姆假说，岩体天然应力与地下、地面工程的关系和影响，应力解除法、恢复法、水压致裂法。

学习目的→理解和掌握有关概念，特别是掌握应力解除法、恢复法、水压致裂裂法。

掌握垂直应力与水平地应力的特征，自重应力与海姆假说等。

5.1.1 概念☐天然应力把赋存于原岩中的、由各种地质作用、构造运动、岩体自重、水、温度、地震等引起的应力场称为岩体中的天然应力或原岩应力或初始应力（Initial Stress ）或地应力（Geostress ）当人类岩体表面或岩体内进行工程活动时，如开挖、填方、上部建筑物的修建等，必然对原岩中一定范围内的天然应力产生扰动，这种因人类活动而改变的应力称为重分布应力或二次应力或次生应力。

☐二次应力☐原岩一般来说，把未经人类活动扰动与影响且仍处于自然平衡状态的岩体成为原岩。

无论地应力或是二次应力，它们在岩体空间中有规律的分布形态称为应力场。

5.1.1 概念自重应力：地壳上部各种岩体由于受到地心引力的作用而产生的应力。

它是由岩体自重引起的。

自重应力场：自重应力在空间有规律的分布状态称为自重应力场。

构造应力：由地质构造作用产生的应力称为构造应力。

或地壳中长期存在着一种促使构造运动发生和发展的内在力量，这就是构造应力。

构造应力场：构造应力在空间有规律的分布状态称为构造应力场。

5.1.1 概念 （天然）应力的表示{}{}3213210ααασσσσ={}{}xz yz xy z y x τττσσσσ=05.1.2 天然应力的形成因素影响岩体天然应力大小和分布规律的因素很多，主要有岩体自重（自重应力）、地质构造运动（构造应力）等；此外，成岩过程中的物理化学变化、地形地貌、地温梯度岩体特性的等均对岩体天然应力有不同程度的影响。

地应力大小测定标准《地应力大小测定标准，你了解多少？》嘿，各位小伙伴们！你们知道吗？在我们生活的这个地球上，地应力就像是隐藏在地下的神秘力量，时刻影响着我们的大地。

如果把地球比作一个巨大的舞台，那地应力就是幕后的神秘导演，操控着一切！而地应力大小的测定标准，那可绝对是重中之重啊！不搞懂这个，就好像在黑暗中摸索，随时可能摔得鼻青脸肿！一、“应力探测器：寻找神秘力量的神器”在这个小标题下呀，我们得说说用于测定地应力的各种仪器和设备，就像侦探寻找线索的神器一样！“嘿，这些应力探测器可都是寻找地应力的超级英雄啊！”它们能够精准地捕捉到地应力的蛛丝马迹。

就好比指南针能指引方向，这些探测器就是我们探索地应力世界的指南针！比如水压致裂法，就像是一个神奇的魔法棒，能把地应力的秘密给揭示出来。

通过向钻孔内注入高压水，让岩石破裂，从而测定地应力的大小，是不是很绝绝子！二、“数据魔法师：变杂乱为有序”接下来就是数据处理啦！“哇塞，数据魔法师要登场啦！”测定得到的数据就像一堆杂乱无章的拼图，而我们的数据魔法师们要把它们整理得井井有条。

他们运用各种算法和模型，把那些看似毫无头绪的数据变得有意义。

这就好像是把一堆乱麻理成一根根整齐的线，厉害吧！比如最小二乘法，就像是一个神奇的整理大师，能把那些分散的数据点拟合出一条漂亮的曲线，让我们对地应力的大小有更准确的认识。

三、“误差大作战：打败那些调皮的家伙”哎呀呀，误差可是个调皮的家伙，总是想捣乱呢！“哼，我们可不会让误差这个小捣蛋得逞！”在测定地应力大小时，误差就像一只小怪兽，时不时地冒出来捣乱。

我们要和它展开一场激烈的大作战！采取各种措施来减少误差，让测定结果更加可靠。

就像打游戏升级一样，不断提升我们的技能，把误差这个小怪兽打得落花流水！比如多次测量取平均值，就像是给数据穿上了一层坚固的铠甲，抵御误差的攻击。

四、“标准守护者：捍卫地应力的尊严”最后啊，就是要确保我们始终遵循测定标准啦！“嘿，我们是标准的守护者，绝不允许任何违规行为！”这些标准就像是地应力世界的宪法，我们必须严格遵守。

名词解释地应力
嘿，咱来说说地应力！这地应力啊，就好像是大地的“情绪”呢！你想想看，大地这么庞大的家伙，它也有自己的“喜怒哀乐”呀。

地应力其实就是存在于地壳中的应力。

就好比我们人会有压力一样，大地也有呢！它在漫长的时间里，承受着各种力量的作用。

这些力量来自于地球内部的活动，比如板块的运动啦，还有地壳自身的重量等等。

这地应力可重要了呢！它就像是一个隐藏在地下的“大力士”，虽然我们平时看不见它，但它却在悄悄地发挥着作用。

比如说，它会影响到岩石的变形和破裂。

就好像我们拉橡皮筋，拉得太紧了橡皮筋就会断掉一样，地应力要是太大了，岩石也可能会受不了而发生变化。

它还和地震有着密切的关系哟！有时候地应力积累到一定程度，就像一个被压得太久的弹簧，“嘣”的一下就释放出来了，这可能就会引发地震呢！你说吓人不吓人？
咱再打个比方，地应力就像是一个默默工作的幕后英雄。

我们平时可能根本不会注意到它，但它却在悄悄地塑造着我们的地球呢！它让山脉隆起，让峡谷形成，就像一个神奇的雕塑家。

而且啊，了解地应力对于我们人类来说也很重要呢！工程师们在建造大型建筑、隧道、桥梁的时候，都得考虑地应力的影响呀。

要是不考虑，那可不得了，说不定哪天就出问题了呢！这可不是开玩笑的呀！
你说，这地应力是不是很神奇？它藏在地下，却有着这么大的影响力。

我们虽然看不见它，但却能感受到它带来的种种变化。

就像风一样，我们看不见风，但能看到树叶在飘动，就知道风在那里啦。

所以啊，我们可不能小瞧了地应力这个家伙！它虽然看不见摸不着，但却在默默地影响着我们的生活和整个地球的面貌呢！我们得好好去研究它，了解它，这样才能更好地和我们的地球相处呀，不是吗？。