第七章岩体中的天然应力§7.1概述二、天然应力的组成及起源1.组成：岩体自重→自重应力构造运动→构造应力流体作用→渗流应力其它（地温、地球化学作用等）2.起源（主要指构造运动的起源）：板块运动地幔热对流地球自转速度变化三、天然应力的研究历史与研究意义1.研究历史①世界上:1878年海姆提出天然应力1932年，在美国胡佛水坝下的隧道中，首次成功地测定了岩体中的天然应力到目前天然应力测点遍布全球，有几十万个测点。大部分是浅部，最深5108米（美国密执安水压致裂法）。②中国：50年代末开始天然应力量测，有几万个测点，最深的有3958米（天津大港）。2.研究意义1）区域稳定2）地下洞室稳定3）边坡稳定4）地基岩体稳定以东经100～105o为界分东西两区。强度上：西强东弱（西高东低）方向上：西：NNE-SSW为主，东：近E-W。第七章岩体中的天然应力上覆岩体自重V多为压应力V多为最小主应力，少数为中间主应力与最大主应力三、水平应力（h）岩体中天然应力常以水平应力为主，即h>v，特别是hmax>v,据统计资料：h/v≈0.8-3.0，说明岩体中水平天然应力主要受地区现代构造应力场的控制;水平应力具有强烈的各向异性，即h1≠h2，我国华北hmin/hmax≈0.2-0.8，华南hmin/hmax≈0.3-0.75。原因a.岩体各向异性;b.构造运动的方向性;水平天然应力以压应力为主，仅在一些裂谷区、地堑区出现拉应力，且是以一向压，一向拉多见。另外在地表卸荷带影响区，也可能出现水平应力为拉应力的现象。四、天然应力比值系数与深度z的关系五、主应力平面与水平面的关系据主应力平面与水平面的关系，天然应力状态划分为：水平应力场—两个应力轴近水平，或与水平面夹角很小，另一应力轴近铅直，三个应力轴与空间坐标一致，我国大陆范围内属这种应力场;非水平应力场—水平应力与水平面夹45°左右，另一轴与水平面夹0~45°左右，分布于板块边缘。六、高天然应力标志开挖洞室时，常产生岩爆、剥离；收敛变形大，使开挖断面变小；软弱夹层内的物质被挤出，节理闭合；饼状岩心；水下开挖无水渗出。七、影响天然应力的因素1.地形起伏a.水平应力向负地形集中，向正地形释放b.在斜坡附近，应力方向发生偏转2.地表剥蚀该式说明：剥蚀后，岩体中一点增大了，当△Z大到一定值时，必有>1的情况出现。3.结构面§7.3岩体天然应力的确定zAA二、天然应力的量测At维持破裂展开，又不继续发展的条件为联立上两式有而：因此，可得测点的天然应力为破裂平行于，垂直于，破裂方向由压痕，井下电视确定。千斤顶⑤重复测量另一个方向的W;⑥计算天然应力:假定天然应力为水平应力场,当测得侧壁应力R和底板应力W时,则有:3、钻孔套芯应力解除法①基本原理设天然应力为水平应力场用消元法解三元一次方程，得：应变计互为60°时，可按下列公式计算选点、钻孔：130cm，深度一般小于30m;在孔底打一测量孔：36cm，深度一般50cm，并洗干净；安装应变计：并与应变仪连接，测记稳定初始读数；套钻解除：在应力解除过程中，测记应变计读数，至应变完全解除为止；折断岩心，在室内求取岩石的Em;按前述公式求解：天然应力hmax，hmin优点：能较准确地量测出岩体中的天然应力缺点：只能量测浅部（30米以内〕天然应力，深度大了，套钻技术难度大、精度低。