第五章地应力资料重点

地应力系数
（原创版）
目录
1.地应力系数的定义和重要性
2.地应力系数的计算方法和影响因素
3.地应力系数在工程中的应用
4.地应力系数的测量技术和发展趋势
正文
地应力系数是地壳内应力场的一个重要参数，它反映了地壳内部应力分布的特点和规律。

地应力系数的大小和分布对于地质灾害的预测、预防和治理具有重要的意义。

地应力系数的计算方法是通过测量岩石的应变和应力来确定的。

在实际计算中，需要考虑到岩石的弹性模量、泊松比、密度等因素的影响。

此外，地应力系数还受到地壳构造、地貌、地震活动等因素的影响。

地应力系数在工程中应用广泛，例如在地震预测、地下工程设计、岩石力学研究等方面都有重要的应用。

通过测量地应力系数，可以了解地壳内部的应力分布情况，从而为工程设计提供重要的依据。

随着科技的发展，地应力系数的测量技术也在不断进步。

目前，已经发展了多种测量方法，例如地震法、钻孔法、地面法等。

这些方法各有优缺点，需要根据实际情况选择合适的方法。

总的来说，地应力系数是研究地壳内部应力分布的重要参数，它在地质灾害预测、地下工程设计等方面具有重要的应用。

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地应力计算公式地应力计算是地球物理学中的一个重要内容，它是研究地球内部构造和地球动力学过程的基础。

地应力是指地球内部岩石受到的力的作用，它对于岩石的形变和破裂过程具有重要影响。

地应力的计算可以通过多种方法进行，其中最常用的是根据地壳中岩石密度、地层厚度和重力加速度等参数进行计算。

下面将详细介绍地应力计算的相关参考内容。

1. 地球内部构造模型：地应力的计算需要基于地球的内部构造模型，其中包括地壳、地幔和地核等层次。

在计算地应力时，需要对于不同层次的岩石性质和物理参数进行估算，如岩石密度、岩石单轴抗压强度和剪切模量等。

这些参数的估算可以通过实验室试验、孔隙弹性介质理论和地质观测等方法进行。

2. 重力加速度：地应力的计算中需要考虑地球的重力场对于岩石的影响。

重力加速度是一个重要参数，它可以通过地球的形状和质量分布进行计算。

对于地球形状的估算可以利用椭球体模型进行，而地球质量分布可以通过重力观测和反演方法进行估算。

3. 地层厚度：地应力的计算还需要考虑地层厚度对于地壳中岩石受力的影响。

地层厚度可以通过地震波传播速度的测量和地质勘探等方法进行估算。

此外，还需要考虑地质构造对于地层厚度的影响，如断裂、褶皱和岩浆活动等。

4. 应力场分布：地应力的计算还需要考虑地球内部的应力场分布。

地应力场是指地壳中岩石受到的应力分布，在计算中可以根据地球动力学模拟和地震应力触发等方法进行估算。

地应力场的估算对于地震危险性评估和岩石工程设计具有重要意义。

5. 数值模拟方法：地应力的计算可以通过数值模拟方法进行，其中最常用的是有限元法和边界元法等。

这些方法可以考虑地球内部的复杂几何形状和岩石性质差异对于地应力的影响，从而提高计算的精度和可靠性。

在数值模拟中，还需要考虑岩石的本构关系和应变软化效应等。

综上所述，地应力的计算涉及到地球内部构造模型、重力加速度、地层厚度、应力场分布和数值模拟方法等多个方面的内容。

这些参数和方法的选择和估算对于地应力的计算具有重要影响。

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。

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。

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。