岩石力学 第三章
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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。
(1)地应力(天然应力、初始应力等)人类工程活动之前存在于岩体中的应力。
重分布应力(二次分布应力、附加应力等)由于工程活动改变了的岩体中的应力。
(2)地应力的成因: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以引起相应的应力场。
(ppt上:岩体自重、构造运动、流体作用、地温、地球化学作用等)研究表明,重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因,水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大,地球经历了无数次的构造运动,应力场经过多次叠加、牵引和改造,以及其他因素的影响,造成地应力的状态的复杂性和多变性,因而地应力的大小和方向不能计算,只能测量。
(3)地应力分布的一般规律: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。
(4)地应力测量的基本原理:测量原始地应力就是确定存在于拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力状态,这种测量通常是通过一点一点的量测来完成的。
岩体中一点的三维应力状态可由选定坐标系中的六个分量来表示。
直接测量法:由测量仪器直接测量和记录各种应力量,并由这些应力量和原岩应力的相互关系,通过计算获得原岩应力值。
间接测量法:借助某些传感元件或某些介质,测量和记录岩体中某些与应力有关的间接物理量的变化,然后由测得的间接物理量的变化,通过已知的公式计算岩体中的应力值。
(5)水压致裂:1)打钻孔到准备测量应力的部位,井将钻孔中待加压段用封隔器密封起来,3)重新向密封段注射高压水,使裂隙重新打开并记下裂隙重开时的压力P r和随后的恒定关闭压力P s。
这种卸压-重新加压的过程重复2-3次,以提高测试数据的准确性。
P r和P s同样由压力-时间曲线和流量-时间曲线确定。