地应力

地应力什么是地应力？地应力（Geostress）指的是地球内部的应力状态。

地应力影响着地下岩石的变形和破裂，对地下工程和地震活动有重要影响。

地应力的研究对于地质灾害的预测和工程设计具有重要意义。

地应力的成因地应力的形成和分布受多种因素影响，主要包括地壳运动、地质构造变形和岩石的物理性质。

地壳运动地壳运动是地应力形成的基础。

地壳运动引起了岩石的变形和应力的积累。

常见的地壳运动包括板块运动、地震和火山活动。

这些地壳运动导致了应力在岩石体内的传递和积累，形成了地应力。

地质构造变形地质构造变形是地应力形成的重要原因。

地球内部存在着各种各样的构造，如断裂带、褶皱带、剪切带等。

这些构造的形成和变形会导致地应力的分布和变化。

地质构造变形的程度和方式对地应力的大小和方向有着重要影响。

岩石的物理性质岩石的物理性质对地应力的形成和传递也有重要影响。

岩石的弹性模量、剪切模量和泊松比等物理参数决定了岩石的应力特性。

不同的岩石类型具有不同的物理性质，因此地应力的大小和方向也会有所不同。

地应力的测量方法为了研究地应力，科学家们发展了多种地应力测量方法。

下面介绍几种常见的地应力测量方法：岩石力学试验岩石力学试验是直接测定地应力的一种常用方法。

通过测定岩石样品在不同应力下的变形情况，可以推断出地应力的分布和大小。

这是一种比较准确的地应力测量方法，但需要进行大量的实验工作。

岩石应力释放法岩石应力释放法是通过测量岩石体内的应力释放情况来推断地应力的方法。

通过测量岩石样品在加载和卸载过程中的变形情况，可以推算出地应力的大小和方向。

这种方法适用于室内实验和野外观测。

地震测井法地震测井法使用地震波测量地下的地应力。

通过检测地震波在岩石体内的传播速度和方向变化，可以推断出地应力的分布和大小。

这种方法适用于地下深部地应力的研究。

地应力的应用地应力的研究对于地质灾害的预测和工程设计具有重要意义。

以下是地应力应用的几个方面：地下工程地下工程是地应力的主要应用领域之一。

3地应力及其测量原理解析地应力是指地球内部岩石受到的力。

地应力是大地构造活动的重要因素，它对岩石变形、断裂产生重要影响。

了解地应力的分布及其大小对地质灾害预测和地下工程设计具有重要意义。

本文将探讨地应力及其测量原理。

地球内部的岩石受到的力主要有三个方向的应力，即水平应力、垂直应力和剪切应力。

水平应力是指岩石受到的平行于地表面的力，可以分为水平主应力和水平次应力。

垂直应力是指岩石受到的垂直于地表面的力，也称为垂向应力或竖向应力。

剪切应力是指岩石受到的平行于地表面的剪切力，它是水平主应力和水平次应力的合成力。

测量地应力的方法有很多种，常见的方法有直接法、间接法和综合法。

直接法是指在地下开展实地观测和实验，测量地应力的大小和分布。

这种方法需要精密的仪器设备和专业的人员，成本较高。

直接法主要有压力封、应力计和杨氏圆及其变形规律三类。

压力封是将传感器封装在地下岩石中，通过监测传感器的变形来获得地应力信息。

应力计是一种用于测量地应力的仪器，它通过应用压力给传感器的晶体，在晶体上产生电压信号来测量地应力的大小。

杨氏圆及其变形规律是一种通过岩石的弹性性质和材料参数来推导地应力的方法，它主要通过岩石的横向应变和纵向应变的关系来计算地应力的大小。

间接法是指通过间接测量来推断地应力的大小和分布。

这种方法通过测量岩石的应力释放和地震活动来判断地应力的情况。

间接法主要有岩层位移法、地震法和微观破裂法。

岩层位移法是通过测量岩层的位移来推断地应力，它主要通过岩石剪切带和断层的破碎及位移来判断地应力的大小。

地震法是通过测量地震波的传播速度和波峰时间来推断地应力的情况，它主要通过地震波在地下传播的路径和速度来判断地应力的方向和大小。

微观破裂法是通过观察岩石微观裂纹和破碎情况来推断地应力的大小和方向，它主要通过观测岩石的细微结构和断口来判断地应力的情况。

综合法是指将直接法和间接法相结合来测量地应力。

这种方法利用不同的测量技术和方法相互补充，可以提高地应力的准确性和可靠性。

地应力计算公式地应力计算公式地应力计算是地质工程中的重要计算工作，需要根据地质条件和力学参数进行准确的计算。

以下是几种常用的地应力计算公式：1. 等效重力法•公式：σz′=γ⋅z•其中，σz′为垂直深度为z处的地应力，γ为岩石的单位体重。

例如：若岩石的单位体重γ为kN/m³，要计算深度为100 m处的地应力，则根据等效重力法可知σz′=×100=250 kPa。

2. 克劳森公式•公式：σz′=σv+2α⋅H•其中，σz′为垂直深度为H处的地应力，σv为地表面的垂直应力，α为地层的水平应力系数。

例如：已知地表面的垂直应力σv为200 kPa，地层的水平应力系数α为，要计算深度为200 m处的地应力，则根据克劳森公式可知σz′=200+2××200=400 kPa。

3. 莫尔-库仑准则•公式：σz′=σℎ+ΔP•其中，σz′为垂直深度为H处的地应力，σℎ为水平地应力，ΔP为地下水压力。

例如：已知水平地应力σℎ为400 kPa，地下水压力ΔP为100 kPa，要计算深度为300 m处的地应力，则根据莫尔-库仑准则可知σz′=400+100=500 kPa。

总结以上是几种常用的地应力计算公式，根据具体情况选择相应的公式进行计算可以得到准确的地应力结果。

4. 斯威特公式•公式：σz′=σv+αs⋅H+ΔP•其中，σz′为垂直深度为H处的地应力，σv为地表面的垂直应力，αs为地层的垂直应力系数，ΔP为地下水压力。

例如：已知地表面的垂直应力σv为500 kPa，地层的垂直应力系数αs为，地下水压力ΔP为150 kPa，要计算深度为500 m处的地应力，则根据斯威特公式可知σz′=500+×500+150=700 kPa。

5. 针对特定地质条件的公式•对于一些特定的地质条件，可以根据实地勘察和试验数据推导出适用于该地质条件的地应力计算公式。

例如：某个区域的地质条件独特，经过实地勘察和试验数据分析得出如下地应力计算公式：σz′=β⋅H2+γ⋅H+σv。

地应力计算公式(一)地应力计算公式1.水平地应力公式–张力应力公式：Sℎ=P+U•其中，Sℎ为水平地应力，P为地表载荷，U为地壳对地表的单向挠曲曲率半径对应的张力应力–应力平衡公式：Sℎ=S v+qπarctan2zr+C•其中，S v为垂直地应力，q为压应力差，z为深度，r为水平范围，C为常数2.垂直地应力公式–正压应力公式：S v=PA•其中，P为地表载荷，A为地表受力区域面积–自由地应力公式：S v=ρgzA•其中，ρ为地壳密度，g为重力加速度，z为深度地应力计算示例1.计算水平地应力：–已知：地表载荷P=1000 kN/m2，地壳对地表的单向挠曲曲率半径对应的张力应力U=500 kN/m2–则水平地应力Sℎ=P+U=1000+500=1500 kN/m2 2.计算垂直地应力：–已知：地表载荷P=1000 kN/m2，地表受力区域面积A= 100 m2–则垂直地应力S v=PA =1000100=10 kN/m23.计算水平地应力和垂直地应力：–已知：地表载荷P=500 kN/m2，压应力差q=200 kN/m2，深度z=10 m，水平范围r=5 m，常数C=50 kN/m2–应力平衡公式：Sℎ=S v+qπarctan2zr+C–代入已知值：Sℎ=S v+200πarctan2×105+50–计算得到水平地应力Sℎ≈ kN/m2，垂直地应力S v≈ kN/m2以上是地应力的计算公式和示例。

可以根据具体情况选择合适的公式进行计算，以求得正确的地应力值。

地应力知识简介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。

随着水利水电、矿山、交通与城建等边坡、洞室及深基坑等事故的明显增加从而使人们对地应力引起较为广泛的注意与重视，所以，地应力研究不但具有重要的实际意义，而且具有重要的理论意义。

一地应力的成因产生地应力的原因是十分复杂的，也是至今尚不十分清楚的问题。

30多年来的实测和理论分析表明，地应力形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。

另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学等也可引起相应的应力场，其中，构造应力场和重力应力场是现今地应力场的主要组成部分。

1大陆板块边界受压引起的应力场以中国大陆板块为例，由于受到印度板块和太平洋板块的推挤，推挤速度为每年数厘米，同时受到西伯利亚板块和菲律宾板块的约束。

在这样的边界条件下，包括发生变形，产生水平受压应力场。

2地幔热对流引起的应力场由硅镁质组成的地幔因温度很高，具有可塑性，并可以上下对流和蠕动。

地幔热对流引起地壳下面的水平切向应力，在亚洲形成由孟加拉湾一直延伸到贝加尔湖的最低重力槽。

3由地心引力引起的应力场（也称为重力场）重力场，是各种应力场中唯一能够计算的应力场。

重力应力为垂直方向应力，是地壳中所有各点垂直应力的主要组成部分，但是垂直应力一般并不完全等于自重应力，因为板块移动、岩浆对流和侵入、岩体非均匀扩容、温度不均和水压梯度均会引起垂直方向应力变化。

4岩浆侵入引起的应力场岩浆侵入挤压、冷凝收缩和成岩，均在周围底层中产生相应的应力场，其过程也是相当复杂。

熔融状态的岩浆处于静水压力状态，对其周围施加的是各个方向相等均匀压力，但是热的岩浆侵入后逐渐冷凝收缩，并从接触面界面逐渐向内部发展，不同的热膨胀系数及热力学过程会使侵入岩浆自身及其周围岩体应力产生复杂的变化过程。

岩浆侵入引起的应力场是一种局部应力场。

地应力知识简介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。

随着水利水电、矿山、交通与城建等边坡、洞室及深基坑等事故的明显增加从而使人们对地应力引起较为广泛的注意与重视，所以，地应力研究不但具有重要的实际意义，而且具有重要的理论意义。

一地应力的成因产生地应力的原因是十分复杂的，也是至今尚不十分清楚的问题。

30多年来的实测和理论分析表明，地应力形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。

另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学等也可引起相应的应力场，其中，构造应力场和重力应力场是现今地应力场的主要组成部分。

1大陆板块边界受压引起的应力场以中国大陆板块为例，由于受到印度板块和太平洋板块的推挤，推挤速度为每年数厘米，同时受到西伯利亚板块和菲律宾板块的约束。

在这样的边界条件下，包括发生变形，产生水平受压应力场。

2地幔热对流引起的应力场由硅镁质组成的地幔因温度很高，具有可塑性，并可以上下对流和蠕动。

地幔热对流引起地壳下面的水平切向应力，在亚洲形成由孟加拉湾一直延伸到贝加尔湖的最低重力槽。

3由地心引力引起的应力场（也称为重力场）重力场，是各种应力场中唯一能够计算的应力场。

重力应力为垂直方向应力，是地壳中所有各点垂直应力的主要组成部分，但是垂直应力一般并不完全等于自重应力，因为板块移动、岩浆对流和侵入、岩体非均匀扩容、温度不均和水压梯度均会引起垂直方向应力变化。

4岩浆侵入引起的应力场岩浆侵入挤压、冷凝收缩和成岩，均在周围底层中产生相应的应力场，其过程也是相当复杂。

熔融状态的岩浆处于静水压力状态，对其周围施加的是各个方向相等均匀压力，但是热的岩浆侵入后逐渐冷凝收缩，并从接触面界面逐渐向内部发展，不同的热膨胀系数及热力学过程会使侵入岩浆自身及其周围岩体应力产生复杂的变化过程。

岩浆侵入引起的应力场是一种局部应力场。

地应力系数
摘要：
1.地应力系数的定义
2.地应力系数的影响因素
3.地应力系数的计算方法
4.地应力系数在工程中的应用
5.地应力系数的重要性
正文：
地应力系数是地壳内部岩石受到的地球引力和构造运动等因素的影响所产生的应力状态的一种度量。

地应力系数可以反映岩石在地壳内部的应力分布情况，对于研究地壳构造、地质灾害以及地下工程的设计和施工具有重要的意义。

地应力系数的影响因素主要有地壳构造、岩石的物理性质、地球引力、地下水的作用等。

其中，地壳构造是影响地应力系数的主要因素，不同的构造类型和构造活动程度会导致不同的地应力系数。

岩石的物理性质也会对地应力系数产生影响，例如岩石的密度、强度等。

地球引力是产生地应力的主要因素，其变化会影响地应力系数。

地下水的作用也会对地应力系数产生影响，地下水的存在或抽取会导致地应力系数的变化。

地应力系数的计算方法主要有两种，一种是基于理论的计算方法，另一种是基于实测数据的计算方法。

基于理论的计算方法主要是根据地壳构造和岩石的物理性质等因素，运用弹性力学理论计算地应力系数。

基于实测数据的计算
方法主要是通过地下应力测量和地震波探测等手段获取实测数据，然后根据这些数据计算地应力系数。

地应力系数在工程中的应用非常广泛，例如在地下工程的设计和施工中，需要根据地应力系数来确定岩石的承载能力和稳定性，以保证工程的安全。

在地质灾害的预测和防治中，地应力系数也是一个重要的参考因素，可以通过分析地应力系数的变化来预测地质灾害的发生可能性。

总的来说，地应力系数是研究地壳构造和地质灾害等问题的重要参数，对于地下工程的设计和施工也具有重要的指导意义。

地应力及其分布规律————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:ﻩ地应力及其分布规律1 、地应力的基本概念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。

广义上也指地球体内的应力。

它包括由地热﹑重力﹑地球自转速度变化及其他因素产生的应力。

地应力是各种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，实现开挖设计和决策科学化的必要前提条件。

此外地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究等也具有重要意义。

２、地应力的成因产生地应力的原因是十分复杂的,地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关,其中包括:板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆浸入和地壳非均匀扩容等。

另外,温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的应力场。

其中，构造应力场和自重应力场为现今地应力场的主要组成部分。

当前的地应力状态主要由最近的一次构造运动所控制，但也与历史上的构造运动有关。

由于亿万年来,地球经历了无数次大大小小的构造运动，各次构造运动的应力场也经过多次的叠加、牵引和改造，另外,地应力场还受到其他多种因素的影响,造成地应力状态的复杂性和多变性,地应力成因之一:地幔热对流（图1、图２）地应力成因之一：板块边界受压（图3）地应力成因之一:岩浆浸入(图4)3、地应力的影响因素地壳深层岩体地应力分布复杂多变，造成这种现象的根本原因在于地应力的多来源性和多因素影响,但主要还是由岩体自重、地质构造运动和剥蚀决定。

1)岩体自重的影响岩体应力的大小等于其上覆岩体自重,研究表明：在地球深部的岩体的地应力分布基本一致。

但在初始地应力的研究中人们发现,岩体初始应力场的形成因素众多,剥蚀作用难以合理考虑,在常规的反演分析中,通常只考虑岩体自重和地质构造运动2)地形地貌和剥蚀作用对地应力的影响地形地貌对地应力的影响是复杂的,剥蚀作用对地应力也有显著的影响,剥蚀前，岩体内存在一定数量的垂直应力和水平应力，剥蚀后，垂直应力降低较多，但有一部分来不及释放，仍保留一部分应力数量，而水平应力却释放很少，基本上保留为原来的应力数量，这就导致了岩体内部存在着比现有地层厚度所引起的自重应力还要大很多的应力数值。

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。