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第一章绪论岩石和岩体都是岩体力学的直接研究对象。
但在岩体力学中，这是两个既有联系又有区别的两个基本概念。
所谓岩石就是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体；所谓岩体则是指在一定的地质条件下，含有诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面的复杂地质体。
岩石就是指岩块，在一般情况下，不含有地质结构面。
因此，岩石和岩体的力学性质也是不同的，前者可在实验室条件下进行试验，而后者一般在野外现场的实验场地完成实验。
从实验的精确度来看，后者更接近岩体的实际情况，反映了岩体的实际强度，前者则相差甚远。
第二章岩石的基本物理力学性质（一）岩石的基本物理性质这部分内容比较直观、容易掌握，但要注意各性质指标的定义和归类，避免引起混淆。
为便于记忆，列出基本物理力学性质的归类树，读者应将对应的公式（或注释）填充。
岩浆岩１．岩石（按地质成因）沉积岩变质岩２．岩体＝岩石（或岩块）＋结构面（二）岩石的强度特性1．强度试验基本内容单向抗压强度试验 抗剪强度2． 单向抗压强度试验（1）试件：直径D ＝50mm ±0.3mm ；高H=(2～2.5)D ±0.3mm ；两端法线与试件轴线偏差不大于025.0；端面不平整度不大于0.5mm 。
（2）单向抗压强度 AP=σ P －岩石试件无侧限条件下的破坏载荷 A －试件承载面积（3）试件破坏形态圆柱单向压缩有两种可能的破坏形态：圆锥形破坏和圆柱形劈裂破坏（见图２-1）（a ）圆锥形破坏 （b ）柱状劈裂破坏 图２-1 单轴压缩破坏形态破坏原因：①圆锥形破坏形状是由于试件两端与试验机承压板之间摩擦力增大造成的。
②柱状劈裂破坏，如图２-1b 所示。
若采用有效方法消除岩石试件两端面的摩擦力，则试件的破坏形态成为柱状劈裂破坏。
（4）试件单向抗压强度的主要影响因素①试验机铁板的刚度；②试件的形状；③试件的尺寸；③试件的高径比；④加载速度 3. 单向抗拉强度试验 （1）直接拉伸法对岩石试件直接施加拉力至破坏，抗拉强度为AP t =σ 式中：P －试件破坏时承受的最大压力；A －与拉力垂直的横截面积。
第三讲岩体的初始应力状态一、内容提要：本讲主要讲述岩体初始应力的基本概念、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基本原理作一般了解；三、内容讲解：一、岩体初始应力的基本概念(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内部的应力。
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】下列各项有关岩体初始应力的叙述，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下列哪些因素引起（）。
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，有可能使得岩体中某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。
《岩石力学》复习资料1.1 简述岩石与岩体的区别与联系。
答:岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体,力学性质可在实验室测得；岩体是指由背诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面切割的岩块组成的集合体，力学性质一般在野外现场进行测定，因此更接近岩体的实际情况，反映岩体的实际强度。
1.2 岩体的力学特征是什么？答：（1)不连续性：岩体受结构面的隔断,多为不连续介质，但岩块本身可作为连续介质看待；（2)各向异性：结构面有优先排列位向的趋势,随着受力岩体的结构趋向不同力学性质也各异；(3）不均匀性：结构面的方向、分布、密度及岩块的大小、形状和镶嵌状况等在各部位都很不一致，造成岩体的不均匀性；（4)岩块单元的可移动性：岩体的变形破坏往往取决于组成岩体的岩石块单元体的移动,这与岩石块本身的变形破坏共同组成岩体的变形破坏；（5）力学性质受赋存条件的影响：在一定的地质环境中，岩体赋存有不同于自重应力场的地应力场、水、气、温度以及地质历史遗留的形迹等。
1.3 岩石可分为哪三大类?它们各自的基本特点是什么?答：（1）岩浆岩：由岩浆冷凝形成的岩石，强度高、均匀性好；（2）沉积岩：由母岩在地表经风化剥蚀后产生，后经搬运、沉积和结硬成岩作用而形成的岩石,具有层理构造，强度不稳定，且具有各向异性；（3）变质岩：由岩浆岩、沉积岩或变质岩在地壳中受高温、高压及化学活动性流体的影响发生变质而形成的岩石.力学性质与变质作用的程度、性质以及原岩性质有关。
1.4 简述岩体力学的研究任务与研究内容。
研究任务：①建模与参数辨别;②确定试验方法、仪器与信息处理；③现场测试；④实际应用；研究内容：①岩石与岩体的物理力学性质(岩石的物质组成和结构特征，岩石的物理、水理性质，岩块在不同应力状态作用下的变形和强度特征,结构面的变性特征和强度参数的确定等）;②岩石和岩体的本构关系(岩块的本构关系，岩体结构面分类和典型结构面本构关系,岩体的本构关系）；③工程岩体的应力、变形和强度理论（岩体初始应力测量及分布规律，岩体中应力、应变和位移计算，岩体破坏机理、强度理论和工程稳定性维护与评价）：④岩石(岩块）室内实验（室内实验是岩石力学研究的基本手段）;⑤岩体测试和工程稳定监测（岩体原位力学实验原理和方法，岩体结构面分布规律的统计测试,岩体的应力、应变、位移检测方法及测试数据的分析利用,工程稳定准则和安全预测理论与方法)。
第六章 岩体的初始应力状态第一节 初始应力状态的概念与意义岩体的初始应力，是指岩体在天然状态下所存在的内在应力，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。
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、地质构造形态、水、温度等，但这些因素大多是次要的，只是在特定的情况下才需考虑。
对于岩体工程来说，主要考虑自重应力和构造应力，二者叠加起来构成岩体的初始应力场。
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。
岩体的初始应力状态可以指在没有进行任何地面或地下工程之前，在岩体中各个位置及各个方向所存在的应力的空间分布状态，它是不取决于人类开挖活动的自然应力场。
在岩体中进行开挖以后，改变了岩体的初始应力状态，使岩体中的应力重新分布，引起岩体变形，甚至破坏。
在高地应力地区，开挖后常会出现岩爆、洞壁剥离、钻孔缩径等地质灾害。
对于地下洞室工程来讲，我们把与洞室本身稳定密切相关的周围岩体称为围岩。
洞室的开挖引起围岩的应力重分布和变形，这不仅会影响洞室本身的稳定状态，而且为了维持围岩的稳定，需施作一定的支护结构或衬砌。
合理地设计支护结构，确定经济合理的衬砌尺寸，是与岩体的初始应力状态紧密相关。
所以，研究岩体的初始应力状态，就是为了正确地确定开挖过程中岩体的应力变化，合理地设计岩体工程的支护结构和措施。
第二节 组成岩体初始应力状态的各种应力场及其计算一、岩体自重应力场及计算地心对岩体的引力，使原岩体处于受力状态，由此而引起的岩体应力称为重力应力。
它可以通过计算获得，其计算理论一般是建立在假定岩体为均匀连续介质的基础之上的。
岩体原始应力的名词解释岩体是地壳中的固体岩石，它们构成了地球表面的大部分陆地，并承受着地壳中的各种力量和应力。
在地质演化的过程中，岩体中存在着原始应力，这是指岩石形成和沉积时的初始应力状态，通常受到地壳构造、板块运动、重力、地质作用等多种因素的影响。
岩体原始应力是岩石内部及其周围环境中存在的应力状态，它是一种内在的力量平衡状态。
岩体原始应力可以分为横向应力和纵向应力两个主要方向。
横向应力是指垂直于岩石层面的应力，它可以使岩石发生剪切和摩擦等形变。
纵向应力是指平行于岩石层面的应力，它可以使岩石发生蠕变和延展等形变。
岩体的原始应力与地壳构造密切相关。
地壳是地球地表及其下部较薄的岩石层，它由不同性质和构造的岩石组成，同时受到岩石变形、板块运动和地壳运动等作用的影响。
这些作用导致了地壳中的张应力和压应力的形成，进而影响了岩体的原始应力状态。
例如，在板块碰撞造山过程中，由于岩石受到的压力增大，岩体中的压应力也相应增加，从而使得岩体的原始应力发生改变。
除了地壳构造，重力也是岩体原始应力的重要来源。
地球上的重力场对岩石的应力状态有着重要影响，它会引起岩石的竖向和横向应力分布的不均匀性。
比如，在山地地区，由于山体的重力作用，岩体受到的压力会增加，从而导致原始应力的变化。
地质作用也会对岩体原始应力造成影响。
例如，在岩石的沉积过程中，由于上覆物的重力作用和沉积物本身的重压力，岩石会受到压力和应力的影响，形成初始的应力状态。
而在岩石的变质过程中，温度和压力的改变也会导致岩体原始应力的改变，这是由于岩石的结构和组成发生了变化。
了解岩体原始应力对于地质科学和工程实践具有重要意义。
在地质科学研究中，通过对岩体原始应力的研究，可以了解到地壳的结构和形变历史，揭示地质过程和构造演化的规律。
在工程实践中，了解岩体原始应力可以帮助工程师设计和施工地下工程，预测和评估地壳的稳定性和岩石的破裂状况，避免地质灾害的发生。
综上所述，岩体原始应力是指岩石形成和沉积时的初始应力状态，它受到地壳构造、板块运动、重力、地质作用等多种因素的影响。
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。
岩石力学张永兴答案【篇一：《岩体力学》教学大纲】t> 撰写人：学院审批：审批时间：年月日一．课程基本信息开课单位：土木工程与建筑学院课程编号： 01z20044b英文名称： rock mass mechanics学时：总计 32 学时，其中理论授课32 学时，实验（含上机）0 学时学分： 2.０学分面向对象： 2008 级及以后年级的土木工程与工程管理本科专业学生先修课程：《高等数学》、《土木工程概论》、《材料力学》、《普通地质学》、《弹性力学》、《工程地质》、《计算机文化基础》等。
教材：《岩体力学》，沈明荣，陈建峰编著，上海：同济大学出版社， 2006 年 07 月，第三版。
主要教学参考书或资料：1.《岩体力学》，阳生权，阳军生编著，北京：机械工业出版社，2008 年 09 月，第一版。
2. 《岩石力学》，徐志英编著，北京：水利水电出版社，2007 年 07 月，第三版。
3. 《岩石力学》，张永兴编著，北京：中国建筑工业出版社，2008 年 03 月，第二版。
4.gb 50218 —94 工程岩体分级标准．5.gb 50021 —2001 岩土工程勘察规范．6.《岩土工程手册》，岩土工程手册编委会编著，北京：中国建筑工业出版社， 1999 。
二．教学目的和任务岩体力学是一门应用型基础学科，是属土木工程专业任选课。
本课程的教学目的是通过课堂教学，使学生掌握岩石、岩体的基本概念，掌握地下洞室、岩质边坡和地基工程的稳定性分析方法及其基本的设计方法，并了解岩体力学的新理论新方法，掌握常用试验、测试的原理与方法。
三．教学目标和要求通过本课程的学习，充分理解并掌握岩石基本参数的概念，影响因素，试验方法；掌握莫尔强度理论和格里菲斯强度理论；对工程中一般岩体力学问题具有一定的分析和计算能力，如洞室围岩稳定性分析、岩质边坡稳定性分析、坝基稳定性分析等．同时，学生具有正确进行数字计算的能力，掌握测量岩石主要参数的操作能力，具有分析试验数据和编写报告的能力。
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课程总成绩= 形成性考核×50% + 终结性考试×50% 形考任务1 一、单选题（5分*15）=75分题目1 盛放在金属容器中的土样连同容器总重为454g，经烘箱干燥后，总重变为391g，空的金属容器重量为270g，那么用百分比表示的土样的初始含水量为（）。
选择一项：d. 52. 07 题目2 土的三相比例指标中可直接测定的指标为（）选择一项：c. 土粒相对密度、含水率、密度题目3 某饱和土体，土粒比重Gs = 2. 70，含水率(含水量）w=30%，水的重度γw=10kN/m3，则该土的饱和重度为（）选择一项：a. 19.4kN/m3 题目4 随着击实功的减小，土的最大干密度及最佳含水率将发生的变化是（）选择一项：a. 土的最大干密度减小，最佳含水率增大题目5 关于土的灵敏度，下面说法正确的是（）。
选择一项：b. 灵敏度越大，表明土的结构性越强题目6 级配良好的砂土应满足的条件是（Cu为不均匀系数，Cc为曲率系数）选择一项：d. Cu>10 题目7 能传递静水压力的土中水是（）选择一项：d. 毛细水题目8 判别粘性土软硬状态的指标是（）。
岩石力学考试一试题1、岩体的强度小于岩石的强度主假如因为（A）。
（ A ）岩体中含有大批的不连续面（ B ）岩体中含有水（ C ）岩体为非均质资料（ D ）岩石的弹性模量比岩体的大2、岩体的尺寸效应是指（C）。
（ A ）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关系（ B ）岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象（ C ）岩体的力学参数随试件的增大而减少的现象（ D ）岩体的强度比岩石的小3 、影响岩体质量的主要要素为（ C ）。
（A）岩石种类、埋深（B）岩石种类、含水量、温度（C）岩体的完好性和岩石的强度（D）岩体的完好性、岩石强度、裂隙密度、埋深（A）。
4、我国工程岩体分级标准中岩石的坚硬程序确立是依照（A）岩石的饱和单轴抗压强度（B）岩石的抗拉强度（C）岩石的变形模量（D）岩石的粘结力5、以下形态的结构体中，哪一种拥有较好的稳固性？（ D ）（A）锥形（ B）菱形（ C）楔形（ D）方形6、堆积岩中的堆积中断面属于哪一种种类的结构面？（A）（A）原生结构面（B）结构结构面（C）次生结构面7、岩体的变形和损坏主要发生在（ C ）（A）劈理面（ B）解理面（ C）结构（D）晶面8、同一形式的结构体，其稳固性由大到小摆列序次正确的选项是（ B ）（A）柱状 >板状 >块状（B）块状 >板状 >柱状（C）块状 >柱状 >板状（D）板状 >块状 >柱状9、不一样形式的结构体对岩体稳固性的影响程度由大到小的摆列序次为（ A）（A）聚合型结构体 >方形结构体 >菱形结构体 >锥形结构体（B）锥形结构体 >菱形结构体 >方形结构体 >聚合型结构体（C）聚合型结构体 >菱形结构体 >文形结构体 >锥形结构体（D）聚合型结构体 >方形结构体 >锥形结构体 >菱形结构体10 、岩体结构体是指由不一样产状的结构面组合围限起来，将岩体切割成相对的完好坚硬的单无块体，其结构种类的区分取决于（ D ）（A）结构面的性质（B）结构体型式（C）岩石建筑的组合（ D）三者都应试虑1、在我国工程岩体分级标准中，软岩表示岩石的饱和单轴抗压强度为（ C ）。
1.塑性滞环:进行加卸载试验后，岩石的应力--应变曲线将形成一个环。
他的面积反映了岩石在加卸载试验中，消耗于裂隙的扩展和部分闭合后的裂隙的摩擦所做的功。
2.围岩压力：开挖后岩体作用在支护上的压力。
3.岩爆：围岩处于高应力场条件下所产生的岩片飞射抛洒，以及洞壁片状剥落等现象。
4.围岩：由人工开挖使岩体的应力状态发生变化，这部分被改变了应力状态的岩体叫围岩。
5.扩容：指岩石受外力作用后，发生非线性的体积膨胀，且这一体积膨胀是不可逆的。
6.岩体力学：主要研究岩石和岩体力学性能的一门学科，是探讨岩石和岩体发生变化后，作出响应的一门力学分支。
7.应力恢复法：用来直接测定硐室或其他开挖体表面附近岩体中应力大小的一种测量方法。
8.岩体的初始应力：岩体在天然状态下所存在的内在应力。
9.岩基极限承载能力：岩基在荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形前所应对的最大载荷。
10.岩基：建筑物以岩体作为持力层的地基。
11.RQD：大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分比。
12.岩体工程：主要指岩基和岩体中的各种地表半地下或地下坑洞。
其研究包括岩体初始应力，围岩稳定，岩基稳定，边坡稳定和岩爆等问题。
13.岩石质量指标：描述岩石质量大小有关的参数，通常采用岩石单位体积质量的大小表示，包括岩石的密度和颗粒密度。
1.岩石的成因可分为：岩浆岩，沉积岩，变质岩。
2.物理学指标：岩石的质量指标，岩石的水理性质，岩石的抗风化指标。
3.单向压缩荷载作用下的破坏：圆锥形破坏，柱状劈裂破坏。
4.三向压缩试验的破坏：劈裂破坏，斜面剪切破坏，塑性流动破坏。
5.三向压缩强度影响：倒向压力，试件尺寸，加载速率，加荷路径，孔隙水压力对三向压缩。
6.应力波的类型：弹性波，黏弹性波，塑性波，冲击波。
7.试件受力后两种破坏方式：产生完整岩石的剪切破坏和沿结构面发生剪切滑移破坏。
8.岩体完整性分类，：质量指标分类，弹性波速度分类，岩体综合指标分类，Q分类。
3.1 某均质岩体的纵波波速是，横波波速是，岩石容重，求岩体的动弹性模量，动泊松比和动剪切模量。
解：弹性理论证明，在无限介质中作三维传播时，其弹性参数间的关系式如下：动泊松比动弹性模量动剪切模量G，按公式计算题（普氏理论，次生应力）1抗拉强度的公式是什么？巴西法p41.St=2P/πD·t=0.636P/D·tP-劈裂载荷D、t-试件直径、厚度2将岩石试件单轴压缩压应力达到120MPa时，即破坏，破坏面与最大主应力方向夹角60度，根据摩尔库伦准则计算1岩石内摩擦角2正应力为零时的抗剪强度（就是求C）α=45°+ψ；τ=C+fσ=C+σtanψ增加公式Sc=2Ccosψ/（1 - sinψ）3计算原岩自重应力的海姆假说和金尼克假说的内容?和各自的公式？p85海姆假说：铅垂应力为上覆掩体的重量，历经漫长的地质年代后，由于材料的蠕变性及地下水平方向的约束条件，导致水平应力最终与铅垂应力相均衡。
公式：σ1=σ2=σ3=ρgz=γz金尼克假说：铅垂应力仍是自重应力σz=γz，而水平方向上，均质岩体相邻微元体相互受到弹性约束，且机会均等，故由虎克定律应有εx =[σx -ν(σy +σz )]/E=0εy =[σy -ν(σx +σz )]/E=0，得到自重力的水平分量为σx=σy=νγz/（1-ν） 例题 求在自重作用下地壳中的应力状态：如果花岗岩，泊松比，则一公里深度以下的应力是多少？解：因为地壳厚度比地球半径小的多。
在局部地区可以把地表看作一个半平面，在水平方向为，深度也无限。
现考虑地面下深度Z 处的一个微小单元体。
它受到在它上边岩、土体重量的压力。
在单位面积上，这个重量是，其中，是它上面物体的体积，是物理单位体积的重量，因此：如果单元体四周是空的，它将向四周膨胀，当由于单元体四周也都在自重作用下，相互作用的影响使单元体不能向四周扩张。
即；解之，则得：对于花岗岩，，一公里深度以下的应力为：由此可见，深度每增加一公里，垂直压力增加，而横向压力约为纵向压力的三分之一。
第六章 岩体的初始应力状态第一节 初始应力状态的概念与意义岩体的初始应力，是指岩体在天然状态下所存在的内在应力，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。
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、地质构造形态、水、温度等，但这些因素大多是次要的，只是在特定的情况下才需考虑。
对于岩体工程来说，主要考虑自重应力和构造应力，二者叠加起来构成岩体的初始应力场。
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。
岩体的初始应力状态可以指在没有进行任何地面或地下工程之前，在岩体中各个位置及各个方向所存在的应力的空间分布状态，它是不取决于人类开挖活动的自然应力场。
在岩体中进行开挖以后，改变了岩体的初始应力状态，使岩体中的应力重新分布，引起岩体变形，甚至破坏。
在高地应力地区，开挖后常会出现岩爆、洞壁剥离、钻孔缩径等地质灾害。
对于地下洞室工程来讲，我们把与洞室本身稳定密切相关的周围岩体称为围岩。
洞室的开挖引起围岩的应力重分布和变形，这不仅会影响洞室本身的稳定状态，而且为了维持围岩的稳定，需施作一定的支护结构或衬砌。
合理地设计支护结构，确定经济合理的衬砌尺寸，是与岩体的初始应力状态紧密相关。
所以，研究岩体的初始应力状态，就是为了正确地确定开挖过程中岩体的应力变化，合理地设计岩体工程的支护结构和措施。
第二节 组成岩体初始应力状态的各种应力场及其计算一、岩体自重应力场及计算地心对岩体的引力，使原岩体处于受力状态，由此而引起的岩体应力称为重力应力。
它可以通过计算获得，其计算理论一般是建立在假定岩体为均匀连续介质的基础之上的。
1.海姆公式（Haim , 1878）海姆认为，原岩体的垂直应力为上覆岩体自重，且在漫长地质年代由于地下岩体蠕变的结果，造成各向等压状态，即静水压力状态（图6－1），即Z Z Y X γσσσ=== (6－1)式中：γ为岩体平均重度，一般取25KN/m 3；Z 为岩体中某点的深度，m 。
在静水压力状态下，无剪应力，任意方向都是主方向，则图6－1 原岩自重应力计算Z γσσσ===321 (6－2)2.金尼克公式（А.Н.Динник ，1925）金尼克假设地表面为水平面，地下岩体为线弹性体，其垂直应力等于上覆岩体的自重，即Z Z γσ= (6－3)在假设岩体为线弹性体的条件下，应满足广义虎克定律，即()[]Z Y X X Eσσυσε+-=1 (6－4) ()[]Z X Y Y Eσσυσε+-=1 (6－5) 在自重应力作用下，地下岩体在水平方向上都受到其相邻岩体的约束作用，不可能发生横向变形，即0==Y X εε (6－6)由上述公式可得 Z Z Z Y X λγλσσυυσσ==-==1 (6－7) 式中：υυλ-=1称为水平应力系数或侧应力系数；υ为泊松比。
图6－2 层状岩体原岩应力的计算在自重作用下，剪应力0===YZ XZ XY τττ，则按上述公式计算的应力为主应力。
显然，当垂直应力已知时，水平应力的大小取决于岩体的泊松比υ。
大多数岩体的泊松比υ＝0.15~0.35，则λ＝0.18~0.54。
因此，在自重应力场中，水平应力通常是小于垂直应力的。
深度对原岩应力状态有着重大的影响，随着深度的增加，垂直应力Z σ和水平应力X σ＝Y σ都在增大。
但围岩本身的强度是有限的，当Z σ和X σ＝Y σ增加到一定值后，各向受力的围岩将处于隐塑性状态。
在这种状态下，岩体的变形参数（E 和υ）是随深度而变化的。
当深度增加到一定数值后，泊松比υ接近0.5，则水平应力系数λ接近1.0，即与静水压力状态相似。
由此可见，岩体中的原岩应力状态是随深度而变化的，其应力状态可视围岩的不同，分别处于弹性和隐塑性状态，相应的侧应力系数也不同。
岩体的隐塑性状态在坚硬岩石中约在距地面10km 以下，也有可能在浅部产生，如在岩石强度低的地段。
通常情况下，在隧道及浅部地下工程所涉及的范围内，都可视原岩应力场为弹性的。
对于垂直层状岩体，其自重应力场可按下述公式计算（图6－2），即第1层 ⎪⎩⎪⎨⎧=1111X11111X110 ; 0H H Y Z Y Z γλσσγσσσσ＝＝；＝＝＝下下下上上上 (6－8) 第2 层 ⎪⎩⎪⎨⎧++=)(H ; H 221122X2221121122X2112H H H H Y Z Y Z γγλσσγγσγλσσγσ＝＝；＝＝＝下下下上上上 (6－9)第n 层 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=∑∑∑∑==-=-=i i n i n Yn i i n i Zn i i n i n Yn i n i Zn H H H γλσσγσγλσσγσ1Xn 111Xn i 11 ; H ＝＝；＝＝＝下下下上上上 (6－10) 上述各式所表述的重力应力场是理论性的。
实际上由于地壳运动的结果，岩层会产生各种变形，如变成各种倾斜状的、弯曲的等等。
在这些情况下，围岩的原岩应力状态也有所改变。
例如，在背斜情况下，由于岩层成拱状分布，使上覆岩层重量向两翼传递，而直接处在背斜轴下面的岩层则受到较小的应力（图6－3）。
在被断层切割的楔形岩体中（图6－4），也可观察到类似的情况。
下窄上宽的楔形岩体移动时，受到两侧岩石的夹制，因而使应力减小；反之，下宽上窄的岩块，则受到附加荷载的作用。
大量的理论研究和实测资料表明，地质工作形态改变了重力应力场的初始状态，这在实际工作中有时是不可忽视的。
另外，地表的形态对初始应力场也将产生很大的影响。
图6－3 背斜构造的自重应力 图6－4 断层构造中的自重应力二. 岩体的构造应力场及计算由于地质构造运动而产生的应力称为地质构造应力，地质构造应力在空间上的分布规律称为地质构造应力场。
如前所述，原岩应力场主要是由重力应力场和构造应力场构成的。
地质力学认为，地壳各处发生的一切构造变形与破裂都是地应力作用的结果。
因而地质力学就把构造体系和构造形式在形成过程中的应力状态称之为构造应力场，它是动态的。
由于岩体构造应力场的不确定性，很难用函数形式表达。
它在整个原岩应力场中的作用只能通过某些量测数据加以分析。
实测结果表明：（1）地质构造形态不仅改变了重力应力场，而且除了以各种构造形态获得释放外，还以各种形式积蓄在岩体内，这种残余构造应力将对地下工程产生重大影响；（2）构造应力场在地壳浅部已普遍存在，而且最大构造应力的方向，多近似为水平，其值常常大于重力应力场中的水平应力分量，甚至也大于垂直应力分量；（3）构造应力场很不均匀，它的参数无论在空间上、时间上都有很大变化，特别是它的主应力方向和绝对值变化很大。
1.构造应力的分类地质构造应力分为古构造应力、新构造应力和封闭应力三种。
由于构造应力的存在，使原岩应力在空间上呈现不均匀性，在时间上也不是常数，并造成地层中垂直应力和水平应力之间无明显的比例关系。
1）古构造应力古构造应力是地质史上由于构造运动残留于岩体内部的应力，也称为构造残余应力。
关于这个应力，目前还存在着极大分歧，因为有人根据应力松弛的观点，认为它已全部松弛不存在了。
但是，从应力松弛的观点解释这个问题是明确的：如果岩石的松弛期大于从应力形成到现在的时间，则必然存在着残余构造应力；反之，如果岩石的松弛期或者岩体中某种岩石的松弛期小于从构造应力形成到现在的时间，则可以认为构造应力已被松弛掉了（完全松弛），或部分松弛掉了（不完全松弛）。
2）新构造应力某些地层正在经受新构造运动的作用，在新构造运动中，引起地层升降、褶曲和断裂等的应力，称为新构造应力。
一般来说，新构造应力是引起当今构造地震应力的应力源。
地震本身是新构造运动的一种表现，地球上绝大多数地震是由新构造断裂运动引起的。
地震应力的特点是变化大，具有明显的时间性和突发性。
在地震应力场中，常常具有较大的水平应力。
3）封闭应力封闭应力是在各种地质因素长期作用下残存于结构内部的应力。
但是对它的存在与解释还不一致。
陈宗基教授认为：岩体中的各种颗粒，其刚度和温度系数各不相同，它们通过边界层接触，在历次构造运动中和温度应力场作用下，不断遭到复杂的加载和卸载过程。
因此，岩体中存在极不均匀的应力场。
在卸载过程中，由于各颗粒的力学特性不同，其卸载特性各异，即使外力全部卸除，内部仍然出现非均匀的应力场，原来的强应变区仍然会继续变形。
岩浆岩的冷却过程，也会引起大的温度梯度，产生不均匀的内应力场。
此外，在各种温度下，岩浆的物理化学变化过程也可能引起内部应力。
由此可见，即使外力全部卸除后，从局部结构来看，岩体结构里仍然存在着内能。
这个能量在介质里是连续被封闭的，称为被封闭的能量。
它是可以自我平衡的，叫封闭应力。
上述古构造应力、新构造应力及封闭应力，在实际当中很难区分。
岩体生成以后，在各个不同的地质年代里，都有不同的地质构造运动发生。
一般来说，地质构造运动需要很长的时间才能稳定。
在同一地区，一个构造运动结束后，或者就在这个运动发生的过程中，又有新的构造运动发生。
产生的新构造应力场与古构造应力场相互叠加，从而形成现今十分复杂的构造应力场。
三、地质力学的基本原理研究地质构造应力的形成及其发展规律，离不开地质力学。
地质力学是以力学的观点和方法研究全球、区域或局部地质构造的一门科学。
地质力学着重抓住地质构造史上遗留下来的“构造形迹”，如褶皱、断层及各类节理来反演过去地质构造的受力性状，并在总结规律的基础上，推断或预测更大范围的地质构造情况。
地质力学认为，地球在自西向东的永恒运动中，自转的角速度每隔若干年发生一次变化，从而引起转动惯量变化，造成东西向的巨大水平挤压力。
该挤压力形成造山运动或地质构造运动，往往形成由一系列褶皱和断层组成的南北向山脉或称为径向构造体系（见图6－5）。
同时，地质力学还认为，地球为一南北较短的扁椭球，椭球的离心率每隔若干年也发生变化，从而引起南北向的巨大水平挤压力，这是形成东西向山脉或称为纬向构造体系的主要原因。
图6－5 地质构造运动与地质形迹显然，在地质构造运动活跃期间内，岩体的水平应力必然增大，可能超过自重应力引起的水平应力的许多倍。
在构造运动结束后，由于岩体应力松弛的结果，其构造应力将逐渐减少，甚至完全消失。
按照地质力学的基本观点，通过对较小范围地质力学因素的调查分析，对判断当地原岩应力的情况，尤其是原岩水平应力的作用方向，是很有帮助的。
设局部有一水平岩层，当所受到的水平挤压力由小到大增加时，就会变形隆起，形成褶皱（背斜或向斜）（见图6－6 a）。
