岩体初始应力与其测量
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1. 地壳是静止不动的还是变动的?怎样理解岩体的自然平衡状态?答:地壳是变动的。
自然平衡状态是指:岩体中初始应力保持不变的状态。
2. 初始应力、二次应力和应力场的概念。
答:未受影响的应力称为初始应力工程开挖时,受工程开挖影响而形成的应力称为二次应力地应力是关于时间和空间的函数,可以用“场”的概念来描述,称之为地应力场。
3. 何谓海姆假说和金尼克假说?答:海姆首次提出了地应力的概念,并假定地应力是一种静水应力状态,即地壳中任意一点的应力在各个方向上均相等,且等于单位面积上覆岩层的重量,即σℎ=σv=γH金尼克认为地壳中各点的垂直应力等于上覆岩层的重量,而侧向应力(水平应力)是泊松效应的结果,其值应为乘以一个修正系数K。
他根据弹性力学理论,认为这个系数等于μ1−μ,即σv=γH,σℎ=μ1−μγH4. 地应力是如何形成的?答: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、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场。
5. 什么是岩体的构造应力?构造应力是怎样产生的?土中有无构造应力?为什么?答:岩体中由于地质构造运动引起的应力称为构造应力。
关于构造应力的形成有两种观点:地质力学观点认为是地球自转速度变比的结果;大地构造学说则认为是出于地球冷却收缩、扩张、脉动、对流等引起的,如板块边界作用力。
土中没有构造应力,由于土本身是各向同性介质,不存在地质构造。
6. 试述自重应力场与构造应力场的区别和特点。
答:由地心引力引起的应力场称为重力应力场,重力应力场是各种应力场中惟一能够计算的应力场。
地壳中任一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量,即σG=γH。
重力应力为垂直方向应力,它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。
岩体中的初始应力场围岩的物理力学性质、重力、温度、地形及构造等一些经常性因素对围岩的初始应力状态有很大影响;同时地下水的活动、地壳的运动、人类长期活动等局部性的或者暂时性的因素是第二个影响因素。
所以,初始应力场是由两种力系构成的,即一般说来,连续介质力学的分析方法是重力地应力场可以采用的办法。
其他的因素造成的初始应力场,主要的确定方法是用现场试验的方法。
在上面讲到的两种因素中,当前主要研究的方向是由围岩的重力形成的应力场,而其他的因素只认为是改变了由重力造成的初始地应力场。
1 构造应力场跟据已经发表的一些岩体应力测量数据显示:① 构造地应力场实际测量得到的水平应力普遍大于垂直应力,垂直应力基本上等于上覆岩层的重量,而且在不深的地方已经普遍存在。
② 残余的应力将对地下结构产生重大的影响,地质构造的变化不仅仅改变了自重应力场,除了以各种各样形式积蓄在岩体内,还以各种构造形态获得释放。
③ 构造地应力场的性质参数无论在时间上、空间上都是有1/ 3很大变化的,它是很不均匀的。
水平主应力具有很明显的各向异性,而且具有很强的方向性,一般来说很少有大、小主应力相等的情况,总是以一个方向的主应力占优势,而且最大主应力的方向与区域的地质构造有密切的联系。
尤其是构造地应力场的主应力轴的绝对值和方向有很大变化量。
人类直至今天仍未完全的认识和解决构造应力场——由于形成构造应力场的原因非常的繁杂。
构造应力场是一个具有相对稳定性的非稳定应力场,在三维空间的分布是极其不均匀的,而且它随时间的推移还不断的变化。
所以,当前初始应力场的作用只能通过某些量测数据实验加以分析,尝试找出一点规律性,还是很难用函数式表达出构造应力场的规律的。
在某些重要的工程当中,我们多采取实地测量的方法来判定主应力的大小、方向的变化规律性质。
而在理论分析当中,是常把初始应力场按照静水应力场来处理的。
由于力学形态上的、构造的、测量技术上的等一些原因,用数学分析方法来求解初始地应力场,经常会导致极大的误差。
岩体应力测试包括:孔壁应变法测试、孔径变形法测试、孔底应变法测试、表面应变法测试岩体应力是泛指岩体内部存在的应力。
在天然状态下,岩体内部存在的应力,称为岩体初始应力(或天然应力、原始应力);在岩体被扰动后,扰动范围内重分布的应力,称为岩体二次应力。
岩体初始应力,不仅与岩体自重、地质构造运动有关;而且与成岩过程的物理化学变化、地形地貌、地温梯度、岩性特性等有着密切关系,是一种复杂的、综合性的应力状态。
为了了解岩体初始应力状态,最有效的方法就是在现场进行测试。
岩体应力的测试方法很多,且各有利弊。
常用的是套钻岩芯应变解除法。
岩体应力测试是以弹性理论为基础,假定岩体为均质、连续、各向同性的线弹性体基础上进行的。
(一)孔壁应变法测试孔壁应变法测试,是通过在钻孔套钻应力解除过程中,量测某点的孔壁应变,反算该点的三向应力大小和方向,据此计算岩体初始应力。
本测试方法适用于无水、完整或较完整岩体。
应力测试段内,岩件府均一、完整。
测点应选在应力扰动区外。
应力扰动区范围,一般为洞室直径的 2 倍。
测试前后应对试段、钻孔、岩芯及解除岩芯进行地质描述。
主要内容为:钻孔钻进情况、岩性、岩体结构面性状、测点应力现象等,并收集相关地质图。
1、测试孔主要要求用大孔径钻头钻至预定测试深度,并磨平孔底。
取出岩芯,进行描述。
用小孔径钻头钻测试孔,与大孔同轴,深 50cm。
取出岩芯并描述。
当孔壁不光滑时,应采用扩孔器扩孔。
清洗测试孔,并对孔壁进行干燥处理。
试前需进行应变计安装。
用安装器将应变计送入测试孔,就位定向,并施加一定的预压力,使应变计牢固地黏结在孔壁上,取出安装器,量测测点方位及深度。
2、测试要点向钻孔注水,每隔 10min 读数一次,连续 3 次读数相差不超过5με时,即认为稳定,并将此读数作为初始值。
按预定分级深度钻进,进行套钻解除,每级深度宜为 2cm。
每解除一级深度,停钻读数,连续读取 2 次。
套钻解除深度应超过孔底应力集中影响区。
岩体应力测试
岩体应力是泛指存在于岩体内部的应力,他包括岩体初始应力和围岩应力。
岩体初始应力是指天然状态下岩体内赋存的应力,又称为原岩应力,在地震领域又称为地应力。
它主要由上覆岩层重力形成的自重应力和由地壳运动所产生的构造应力(包括现今构造应力和残余构造应力)所组成。
围岩应力是指岩体被扰动后引起应力重分布的应力,又称二次应力,它是由于人工开挖等工程活动而形成的。
1、岩体应力测试方法
岩体应力测试方法有应力部分解除法、应力完全解除法、应力恢复法、破裂岩石法、地球物理法以及其它方法。
岩体应力测量方法分类表。
浅谈原岩应力及测量方法金小川;周宗红;陈学辉【摘要】As underground engineering is deeper, the in situ rock stress will become greater. To maintain the stability of rock body during the engineering operation, the authors discuss the formation of in situ rock stress, affecting factors of in situ rock stress and several measuring methods of in situ rock stress. The paper compares these measuring methods and points out where improvements can be done.%随着地下工程作业深度的增加,岩体的原岩应力也越来越大.为了保证工程作业时岩体的稳定,讨论了原岩应力的形成、影响原岩应力的因素及几种原岩应力的测量方法,并对这几种测量方法进行了比较,提出今后测量原理原岩应力应改进的地方.【期刊名称】《矿产与地质》【年(卷),期】2012(026)005【总页数】3页(P363-365)【关键词】原岩应力;应力解除法;水力压裂法;应力恢复法;Kaiser效应【作者】金小川;周宗红;陈学辉【作者单位】昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明650093【正文语种】中文【中图分类】TD3110 引言地壳中没有受到人为活动影响的岩体,称为原岩;存在于原岩中的应力称为原岩应力,也叫地应力、初始应力或绝对应力。
未来二十年对于原岩应力的研究仍是国际上的一个前沿性课题,因为原岩应力的测量无论是对于地震预报、构造地质和地球动力学的研究上,还是在地下矿山开采及能源开发等生产实践中均起到了越来越重要的作用[1]。
题目:岩体初始地应力主要包括()
选项A:自重应力和成岩应力
选项B:自重应力和温度应力
选项C:构造应力和自重应力..
选项D:构造应力和渗流荷载
答案:构造应力和自重应力..
题目:孔壁应变法根据广义虎克定律等推测岩体中的初始地应力,需要通过测量应力解除过程中的哪些数据()
选项A:孔壁的应变
选项B:孔壁上的应力
选项C:孔径的变化
选项D:钻孔的变形
答案:孔壁的应变
题目:如果不进行测量而想估计岩体的初始地应力状态,则一般假设侧压力系数为下列哪一个值比较好()
选项A:1
选项B:1
选项C:1.0
选项D:0.5
答案:0.5
题目:下列关于岩石初始应力的描述中,哪个是正确的()选项A:垂直应力一定大于水平应力
选项B:构造应力以水平应力为主
选项C:自重应力和构造应力分布范围基本一致
选项D:自重应力以压应力为主,亦可能有拉应力
答案:构造应力以水平应力为主
题目:初始地应力是指下列哪种应力()
选项A:支护完成后围岩中的应力
选项B:未支护时的围岩应力
选项C:开挖后岩体中的应力
选项D:未受开挖影响的原始地应力
答案:未受开挖影响的原始地应力
题目:构造应力指的是()
选项A:垂直方向的地应力分量
选项B:水平方向的地应力分量
选项C:地质构造运动引起的地应力
选项D:岩体自重引起的地应力
答案:地质构造运动引起的地应力。
第三讲岩体的初始应力状态一、容提要:本讲主要讲述岩体初始应力的根本概念、量测方法及岩体初始应力状态的分布规律;二、重点、难点:岩体初始应力场及其计算;岩体初始应力的影响因素;岩体初始应力的分布规律;对于岩体初始应力水压致裂法及应力解除法的根本原理作一般了解;三、容讲解:一、岩体初始应力的根本概念(一)初始应力状态的概念与意义所谓岩体的初始应力,是指在天然状态下存在于岩体部的应力。
在地质学中,通常又称它为地应力。
岩体的初始应力主要是由岩体的自重和地质构造运动所引起的。
显然,岩体的地质构造应力是与岩体的特性(例如岩体中的裂隙发育密度与方向,岩体的弹性、塑性、粘性等)有密切关系,也与正在发生过程中的地质构造运动以及与历次构造运动所形成的各种地质构造现象(例如断层、褶皱等)有密切关系。
因此,岩体中每一单元的初始应力状态都是随该单元的位置不同而有所变化。
此外,影响岩体初始应力状态的因素还有地形、地震力、水压力、热应力等,但这些因素所产生的地应力,大都是次要的,只是在特定的情况下才需考虑。
因此,对于岩石工程来说,主要应考虑自重应力和地质构造应力。
【例题1】以下各项有关岩体初始应力的表达,正确的选项为〔〕。
A. 岩体的初始应力是由岩体的自重和地质构造运动引起的;B. 地形、地震力、水压力、热应力等因素不会产生地应力;C. 岩体中每一单元的初始应力状态与该单元的位置无关;D. 对于岩石工程而言,主要应考虑自重和地质构造应力;答案: D【例题2】岩体的的初始应力主要由以下哪些因素引起〔〕。
A. 地震力B. 热应力C. 地形D. 构造运动答案: D地面和地下工程的稳定状态与岩体的初始应力状态密切相关。
岩体在开挖以后,改变了岩体的初始应力状态,使岩体应力重新分布,有可能使得岩体中*些部位形成应力集中,从而引起岩体的变形或破坏。
对于地下洞室工程来讲,我们把与洞室本身稳定性密切相关的岩体称为围岩。
洞室的开挖引起围岩的应力变化,这将影响洞室本身的稳定状态。