最新岩石力学课件---5.岩体初始应力新方案PPT课件 38页

'岩石力学课件---5.岩体初始应力新方案 §5-1基本概念原岩：处于自然平衡状态的岩体。原岩应力：原岩中天然存在的应力称为原岩应力或初始应力或地应力。围岩：受工程开挖影响应力发生重新分布的岩体。围岩应力：洞室开挖后，周围岩体失去原来的支撑，开始向洞内位移，引起洞周一定范围内岩体应力改变，重新调整形成新的应力。也称次生应力或二次应力。Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 非洲Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 三、构造应力场分析根据岩体变形破坏机理，对构造运动留下的遗迹（构造形迹）进行分析，以判断构造应力的主应力方向。（一）构造形迹的形成机理1、褶皱形成机理Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 2、断层和节理的形成机理断层、节理形成机理有三种：张性的、扭性的、压性的。（1）张性断层是由于岩体中的张应变超过极限而产生的。这种断层层面不规则，断层走向与最大主应力方向平行。小的张性断裂两盘岩石不一定发生错动，称之为张性节理。（2）压性断层和扭性断层都可用莫尔－库伦理论来解释。Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 由地质特征推断构造应力方向Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. （二）构造体系及区域构造应力场对一个区域而言，在一次构造运动中，既有褶皱又有断层和节理等。这些构造形迹尽管形态各异、性质不同、大小悬殊，但大都不是孤立出现，而是相伴而生，共同形成一个构造体系。例如：米字型构造体系。S1,S2’扭性断层－张性断层Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. §5-4岩体初始应力场测定一、应力解除法（一）基本原理地下某点的岩体处于三向压缩状态，如用人为的方法解除其应力，必然发生弹性恢复，测定其恢复的应变，利用弹性力学公式则可算出岩体初始应力。Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 1、孔底应力解除法孔底应力解除法步骤：（1）打大孔至测点，磨平孔底。（2）在孔底粘贴电阻应变花探头。（3）解除应力，测量其应变。（4）取出岩心，测其弹性参数。（5）计算岩体应力。Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 应变花种类：等角应变花、直角应变花Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 对于等角应变花，孔底平面内的应力按下式计算：Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 对于直角应变花，孔底平面内的应力按下式计算：Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 原岩应力也可按下式经验公式计算：对于深孔，按平面应变问题处理：式中：σx，σy，σz为孔底的原岩应力，CT，Cl为孔底横向和轴向应力集中系数，大多采用Van.Heerden的结果：CT＝1.25，Cl＝－0.75（0.645＋μ）Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 对于浅孔，按平面应力问题处理：采用孔底应力解除时，为获得岩体应力的六个分量，需用3个不同方向的共面钻孔进行测试。Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 2、孔径变形法孔径变形法通过测定钻孔孔径变形求解岩体应力。方法为：（1）打大孔至测点，磨平孔底。（2）打同心小孔，安装孔径变形计探头。（3）钻大孔解除应力，测量孔径变形。（4）取出岩心，测其弹性参数E、μ。（5）计算岩体应力。Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 假定孔径变形计探头的三个触头相对于岩体应力σ1’的夹角为θ1、θ2、θ3，测得的孔径变形分别为U1、U2、U3，孔壁径向位移为其1/2。Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 当θ1、θ2、θ3的间隔为600时，按下式计算岩体应力：Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 如果（d）式成立，则θ1为与U1的夹角，否则为与U1的夹角。式中K浅孔：可作平面应力问题处理，K=d/E;深孔：可作平面应变问题处理，K=（1－μ2)d/E。式中d为钻孔直径。Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 当θ1、θ2、θ3的间隔为450时，按下式计算岩体应力：Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 如果（d）式成立，则θ1为与U1的夹角，否则为与U1的夹角。式中的K，浅孔：可作平面应力问题处理，K=d/E;深孔：可作平面应变问题处理，K=（1－μ2)d/E。其中d为钻孔直径。按上式计算得出的，是钻孔断面内的次主应力。要确定一点的全应力，必须向测点打三个不同方向的钻孔，进行同样测定，然后再按最小二乘法求解。Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 3、孔壁应变法孔壁应变法是通过测定钻孔孔壁的应变求解岩体应力的6个分量。1）打大孔至测点，磨平孔底。2）打同心小孔，安装应变花探头。3）套孔解除应力，测量孔壁应变。4）取出岩心，测其弹性参数E、μ。5）计算岩体应力。Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 应变计探头孔壁布置3个应变花，每个应变花由3个应变片组成采用直角应变花形式。按最小二乘法求解岩体6个应力分量。Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 二、水压致裂法1、基本原理对测试段钻孔用特制封隔器密封起来，然后对密封段加高压水直至孔壁岩石产生张裂隙。根据裂隙的方向及泵压的大小分析确定原岩的应力状态。由弹性力学可知，一个位于无限体中的钻孔受无穷远处二维应力作用下，在钻孔一定距离处处于平面应变状态，钻孔周边应力为当即沿方向孔壁开裂，当裂隙深度大于3倍孔径时，此处接近原岩应力状态，停止加压，保持压力恒定，记为Ps，Ps应与平衡，Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 3、水压致裂法测定系统Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 4、水压致裂试验成果Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. §5-5岩体初始应力（原岩应力）分布状态目前，原岩应力的实测深度达3000m。在这一深度内，原岩应力变化规律大致可归纳为以下几点：一、原岩应力场是相对稳定的非稳定场；二、水平应力σH普遍大于垂直应力σv,即侧压力系数λ＝σH/σv>1;三、原岩应力三个主应力σHmax，σHmin，σv均随深度增加而增大1、平均水平应力σH与垂直应力σv的比值随深度增加而减小。2、两个水平应力的关系一般有Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 3、最大、最小水平主应力随深度线性增加：4、实测垂直应力σv基本上等于上覆岩层的重力在25～2700m深度内，σv随深度线性增加，大致相当于按平均重度γ=27kN/m3计算出来的重力γHσHmax＝6.7＋0.0444H(MPa)σHmin＝0.8＋0.0329H(MPa)Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 三峡坝址区：深129.7m处实测地应力结果而自重应力仅有2.6MPa实测地应力方位倾角水平、垂直地应力7421相当水平大主应力17723相当水平小主应力30253相当垂直地应力Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 四、原岩应力的分布规律还受地形、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。地形：谷底是应力集中部位，最大主应力在谷底或河床中心近于水平，在岸坡则向谷底或河床倾斜，大致与坡面平行；断层和结构面附近是应力降低区，断层端部、拐角处应力集中区，主应力方向大多平行或垂直于断层走向。Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientProfile5.2.0.0.Copyright2004-2011AsposePtyLtd. 结束语谢谢大家聆听！！！38'