岩土力学课件--第六章岩体的初始应力.ppt

1.掌握初始应力、构造应力的概念，掌握自重应力的计算方法；2.了解原岩应力的一般规律及影响原岩应分布的因素；3.了解岩应力的实测方法镶毙御禁艰别殉碰刊幌醛级猿提槽皮志通晾灶聊汹矗黔槐轩晤扁宽轻馆逾岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/20241课件1 1 岩体初始应力状态的概念与意义岩体初始应力状态的概念与意义原岩原岩：未受工程影响而又处于自然平衡状态的未受工程影响而又处于自然平衡状态的岩体。岩体。原岩原岩应力应力（亦称（亦称初始应力初始应力或或地应力地应力）：）：定义之一：定义之一：原岩中存在的原岩中存在的应力。应力。定义之二：岩体在天然定义之二：岩体在天然状态下所存在的内应力。状态下所存在的内应力。一般习惯把原岩一般习惯把原岩应力分为应力分为自重应力场自重应力场和和构造应力场构造应力场。由上覆岩体的自重所引起的应力称为由上覆岩体的自重所引起的应力称为自重应力；自重应力；地层中由于地层中由于过去地质构造运动产生和现在正在活动与变化的过去地质构造运动产生和现在正在活动与变化的应力，地质应力，地质作用残存的应力统称为作用残存的应力统称为构造应力构造应力。涪右率楼和卜轰刁戎眶汹化互誊偷请矛咯鼎损涕嘶戊肋虽尺埂迂湾骨惋迹岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/20242课件研究研究岩体初始应力状态的工程意义：岩体初始应力状态的工程意义：1.1.正确确定开挖岩体过程中的岩体内部应力变化正确确定开挖岩体过程中的岩体内部应力变化2.2.合理设计地下工程的支护尺寸合理设计地下工程的支护尺寸眩聊蔷豪命豆富兵没哟葫貌氦钨掉穗梗妮精聘捆嫉按优滞惋儡仰殴丛七坟岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/20243课件2、组成岩体初始应力状态的各种应力场及其计算组成岩体初始应力状态的各种应力场及其计算一、岩体自重应力场一、岩体自重应力场1 1假设岩体为均匀连续价值，并为半无限空间体假设岩体为均匀连续价值，并为半无限空间体在距地表深度在距地表深度H H处，岩体的初始应力场为处，岩体的初始应力场为 z z=H H x x=y y=z z xyxy=0=0式中：式中：H H岩体单元的深度（岩体单元的深度（mm）上覆岩体的平均重力密度（上覆岩体的平均重力密度（kN/mkN/m3 3）侧压力系数侧压力系数若岩体视为各向同性的弹性体，若岩体视为各向同性的弹性体，x x=0=0，y y=0=0，由广义虎克定律：，由广义虎克定律：雍委激淘诱筏轧客去郑跌仆轨旧泻大逻老焙捷紫吾叙舒疥厢踊愈碳匝思挖岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/20244课件 x x=1/E=1/E x x-（y y+z z）=0=0 y y=1/E=1/E y y-（x x+z z）=0=0由此得：由此得：x x=y y=/（1-1-）z z=/（1-1-）H H（6-3）所以，侧压力系数=/（1-1-）2 2成层岩体成层岩体（6-46-4）（6-36-3）、（）、（6-46-4）岩体在一定深度范围内成立。）岩体在一定深度范围内成立。如如果果岩岩体体由由松松散散的的碎碎石石，砂砂及及卵卵石石组组成成，可可以以近近似似地地认认为为岩岩体体是是理理想想松松散散介介质质，可可由由松松散散介介质质极极限限平平衡衡条条件件来来建建立立垂垂直直应应力力与侧向应力的关系：与侧向应力的关系：=x x/z z=(1-sin)/(1+sin)(6-8)辆枪囚缆私臂厄膳第长萌装翁翔斤帚席剐呵端旧自汉巷捎咖枫矗记矛崔膀岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/20245课件对于具有一定粘聚力的松散岩体，侧向应力x与垂直应力z之间的关系为（6-9）显然，在一定深度范围，側向应力x有可能为负；令x=0，则由上式可得：（6-10）当HH0时，才开始出现侧向应力x，并随深度成正比增加。二、岩体构造应力场1构造应力的确定构造应力尚无法用数学力学的方法进行分析计算，而只能采用现场应力量测的方法来求得，但是构造应力的方向可以根据地质力学的方法加以判断。娇选僧村螺甩寥孕戍错迈抹钡否预解垃锅岭感垒日宝酋谬涟懦郎戌秩趾星岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/20246课件（a）正断层（b）逆断层（c）平推断层（d）岩脉（e）褶皱图6-4由地质特征推断的应力方向（a）（e）均为平面图键山俘搀哇快机秉燃绝遣抖天瘁须女殉害兰萄灾厉腺凋獭线贼鞋腥敲夷铲岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/20247课件2地表剥蚀时侧压力系数的影响图6-5侵蚀对某一深度上的应力的影响Z0K0Z0补蜘塔趴起埃畏莲矢组罪郭凯埂塘捎奈矣丧躲挛肠与咀资疼栏詹保陶卧鹊岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/20248课件设某深度设某深度H H0 0的一个岩石单元，该处初始侧压系数的一个岩石单元，该处初始侧压系数 0 0 上上覆覆岩岩体体剥剥蚀蚀了了厚厚度度 H H，使使岩岩石石单单元元受受到到卸卸载载作作用用，卸卸载载后后，垂垂向向应应力力 v v减减小小了了H H，水水平平应应力力 n n则则减减少少了了H H /（1-1-）（按弹性卸载考虑）（按弹性卸载考虑）则此时岩石单元的侧压力系数为则此时岩石单元的侧压力系数为：（6-116-11）由于剥蚀后岩石单元埋深由于剥蚀后岩石单元埋深H=HH=H00 H H，所以：，所以：可见，由于上覆岩体被剥蚀，使侧压力系数可见，由于上覆岩体被剥蚀，使侧压力系数 有增加的趋势，有增加的趋势，当深度小于一定数值时，当深度小于一定数值时，会出现水平应力会出现水平应力 n n大于垂直应力大于垂直应力 v v。柑暮眶泌埠狙习沧限胺桑蹈胚馁节睁殷胰酣珐砖片由框汁溪哪遣己弯眶凰岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/20249课件三、影响岩体初始应力状态的其他因素三、影响岩体初始应力状态的其他因素（一）地形（一）地形1.1.山谷谷底的应力很大山谷谷底的应力很大:与岩体的均质程度有关（图与岩体的均质程度有关（图6-6)6-6)2.2.地形对岩体初始应力影响的另一特征地形对岩体初始应力影响的另一特征:(:(图图6-76-7）撮闷薄畜卜微言屡序廉三染疮掳雕罢烦态涣族诡撵觅遍妈呵灌伯栋俭跑统岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202410课件（二）地质条件对自重应力的影响（二）地质条件对自重应力的影响图图6-86-8背斜背斜:两翼应力增大两翼应力增大,中部应力降低中部应力降低;向斜向斜:两翼应力降低两翼应力降低,核部应力增大核部应力增大.图图6-86-8断层断层:山峰地应力低山峰地应力低,山谷地应力高山谷地应力高（三）水压力和热应力（三）水压力和热应力剿肾架尖馒涸垄惊很沙佯肯秽逮轿泰些鲜衔评雪少矗探攒羚酣任帛溶啪近岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202411课件3岩体初始应力状态的现场量测方法岩体初始应力状态的现场量测方法一、岩体应力现场量测方法概述一、岩体应力现场量测方法概述 目目的的：了了解解岩岩体体中中存存在在的的应应力力大大小小和和方方向向，从从而而为为分分析析岩岩体体工工程的受力状态以及为支护及岩体加固提供依据。程的受力状态以及为支护及岩体加固提供依据。岩岩体体应应力力量量测测按按目目的的可可分分为为：岩岩体体初初始始应应力力量量测测和和地地下下工工程程应应力分布量测力分布量测 岩体应力量测常用方法岩体应力量测常用方法:应力解除法、应力恢复法和水压致裂法。应力解除法、应力恢复法和水压致裂法。工工程程中中某某种种应应力力量量测测方方法法的的精精确确度度能能控控制制误误差差在在0.4MPa0.4MPa以以内内，其结果通常被认为是令人满意的。其结果通常被认为是令人满意的。常用地应力测量方法表常用地应力测量方法表6-16-1 腐湍个茧辰炬冯亢朱炽柄彦戮寇银醒袜钧焕场嫁竖腆缓狭叔管蘸饥怎裴辕岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202412课件二、水压致裂法二、水压致裂法（一）方法原理及技术（一）方法原理及技术基本原理基本原理：P Po o孔隙水压或地下水压力。孔隙水压或地下水压力。P Pb b初始压裂压力。初始压裂压力。P Ps s液体进入岩体内连续地液体进入岩体内连续地将岩体劈裂的液压，称为稳定将岩体劈裂的液压，称为稳定开裂压力。开裂压力。P Psoso关泵后压力表上保持的关泵后压力表上保持的压力，称关闭压力。压力，称关闭压力。P Pbobo开启压力。开启压力。鸟紫廊棕台磕霍柏艾已骇猾酮晒敛论鸵琉娱崖茎隘拐浊熬忧哑由囚暇五芬岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202413课件（二）基本理论和计算公式室内及现场资料表明：钻孔壁在液压下的初始开裂经常是垂直的。设孔周水平地应力为1h、2h孔壁还受有水压Pb，此时，钻孔周围岩体内应力：r=1/2(1h+2h)(1-a3/r2)+Pba2/r2+1/2(1h-2h)(1-4a2/r2+3a4/r4)cos2=1/2(1h+2h)(1+a3/r2)-Pba2/r2（6-13）-1/2(1h-2h)(1-3a4/r4)cos2当=a，即孔壁处，则，r=Pb=(1h+2h)-Pb-2(1h-2h)cos2（6-14）当=0时，有最小值，即：汝设涟谈合洞箔冶吹含姬侠散湖仔擒盐盘远纂熔道贯臼百刚篓赣准等鱼烘岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202414课件按最大拉应力理论有：按最大拉应力理论有：T To o（6-166-16）时，孔隙开裂，式中，时，孔隙开裂，式中，T To o为岩体抗拉强度。为岩体抗拉强度。据此，可求得孔壁破裂的应力条件为：据此，可求得孔壁破裂的应力条件为：33 2 2h h 1 1h h P Pbb+T T0 0=0=0（6-176-17）或或 1 1h h=3=3 2 2h h P Pb b+T+T0 0（6-186-18）如果岩体中有孔隙水压力如果岩体中有孔隙水压力P Pw w时，则式时，则式6-186-18）变为）变为：1 1h h=3=3 2 2h h P Pb b+T+T00PPw w（6-196-19）若若水水泵泵重重新新加加压压使使裂裂缝缝重重新新开开裂裂的的压压力力P Pbobo称称为为开开启启压压力力，即即此时此时T To o=0=0，则式（，则式（6-196-19）1 1h h=3=3 2 2h h P Pb b00PPw w（6-206-20）砸咀乔后骨尼帐锄暑酌剑堕骸沦粗拄酒零缄屹娇溅埔仍副围腕吏矩甲者线岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202415课件对比式（对比式（6-196-19）与式（）与式（6-206-20），可得），可得，P Pb b PPb b00=T=T0 0（6-216-21）在关闭压力在关闭压力P Psoso这一特征点上，孔壁已开裂，即这一特征点上，孔壁已开裂，即T To o=0=0，所以，所以，此时，此时，P Psoso等于与裂隙面垂直的应力，亦即：等于与裂隙面垂直的应力，亦即：2h2h=P=Psoso（6-226-22）由此通过分析：可得出主应力及岩体抗拉强度由此通过分析：可得出主应力及岩体抗拉强度 值：值：2h2h=P=PsosoP Pb b PPb b00=T=T0 0（6-236-23）1 1h h=3=3 2 2h h P Pb b+T+T0 0 覆艳蚜程舆蚤马严脆嗣芹佳抵脂豹肛晨羌纹宅孰呢位寺届向漳蓉铱暮魁离岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202416课件（三）根据水压致裂法试验结果计算地应力水压致裂法的主要缺点是地主应力方向难以确定，可由式（6-23）分析确定。（1）、一般z=h，作为地主应力之一，若z1，则，2h肯定为最小地主应力。由开裂方向可确定，2h或1h的方位，则三个地主应力的方位也可以相应地确定。（2）若2hh，且孔壁开裂后孔内岩体出现水平裂缝，则此时，z=h为最小地应力，2h与1h各为中间地主应力及最大地主应力，垂直开裂方向即为最大地主应力方向。（四）水压致裂法的特点论揭芭审帜薄双告盔盔恤段籽藉禄枢培蛆法蓬鹏陈亚饭孔发吼易吗磐馋泪岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202417课件（三）应力解除法（三）应力解除法基本原理：释放应力，量测变形，弹性求解基本原理：释放应力，量测变形，弹性求解按探测深度可分：按探测深度可分：表面应力解除法，浅孔应力解除及深孔应力解除。表面应力解除法，浅孔应力解除及深孔应力解除。按测试度形式应变的方法不同可分：按测试度形式应变的方法不同可分：孔径变形测试，孔壁应变测试及孔径变形测试，孔壁应变测试及钻孔应力解除法钻孔应力解除法等。等。钻孔应力解除法分：钻孔应力解除法分：岩体孔底应力解除法和岩体钻孔套孔应力解除法。岩体孔底应力解除法和岩体钻孔套孔应力解除法。（一）岩体孔底应力解除法（一）岩体孔底应力解除法图图6-136-13适用条件：各种岩体条件，包括较为破碎的岩体。适用条件：各种岩体条件，包括较为破碎的岩体。其测量和计算都较复杂。（略）其测量和计算都较复杂。（略）堂垄墓沤恐况响首鲸紧齿棱孝寐纽屋们伤毡同濒茹蛮限伏待蒲颧骤沸喜卫岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202418课件图图6-136-13湘僚冻杀降页贬贵诡吨针滁兄貌锥金春藻钠谬靳闪是被趴基按馈侍琴淌珐岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202419课件（二）岩体钻孔套孔应力解除法二）岩体钻孔套孔应力解除法 原原理理：进进行行岩岩体体中中某某点点应应力力量量测测时时，先先向向该该点点钻钻进进一一定定深深度度的的超超前前小小孔孔，在在此此小小钻钻孔孔中中埋埋设设钻钻孔孔传传感感器器，再再通通过过钻钻取取一一段段同同心心的的管管状状岩岩芯芯而而使使应应力力解解除除，根根据据恢恢复复应应变变及及岩岩石石的的弹弹性性常常数数，即可求得该点的应力状态。即可求得该点的应力状态。应应力力解解除除法法所所采采用用的的钻钻孔孔传传感感器器可可分分为为：位位移移传传感感器器和和应应变变传感器两类。传感器两类。中中科科院院武武汉汉岩岩土土所所研研究究（制制）的的36-236-2型型钻钻孔孔变变形形计计，其其变变形形计计的的直直径径为为32mm32mm，适适应应的的测测量量孔孔直直径径为为36mm36mm。岩岩土土力力学学（中中国水利水电出版社国水利水电出版社 张振营张振营 编著编著,6667,6667）摇崇蜗绢讲羹靛寂拇兽制痒遇拨恤忽卧幂郊模炙阮着银党逞嫌堤栋域两八岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202420课件说说明明 ：该该方方法法要要求求在在能能取取得得完完整整岩岩芯芯的的岩岩体体中中进进行行，一一般般至至少少要要能能取取出出达达到到大大孔孔直直径径2 2倍倍长长度度的的岩岩芯芯，因因此此在在破破碎碎和和弱弱面面多多的的岩岩体体中中，或或在在极极高高的的原原岩岩应应力力区区岩岩芯芯发发生生“饼饼状状”断断裂裂的的情情况下不宜使用。况下不宜使用。该该方方法法要要求求取取出出足足够够长长的的完完整整岩岩芯芯，一一方方面面是是保保障障直直径径变变化化测测量量的的可可靠靠性性，确确保保处处于于弹弹怀怀状状态态，弹弹性性理理论论才才是是适适用用的的；另一方面要用它测定岩石的弹性模量。另一方面要用它测定岩石的弹性模量。本方法是量测本方法是量测垂直于钻孔轴向平面内的孔径变形值垂直于钻孔轴向平面内的孔径变形值，所以它，所以它与孔底平面应力解除法一样，也需要有三个不同方向的钻孔与孔底平面应力解除法一样，也需要有三个不同方向的钻孔 进行测定，才能最终得到岩体全应力的六个独立的应力分量。进行测定，才能最终得到岩体全应力的六个独立的应力分量。跃关惯捕塑诵稀胀箔咱戌档愧卤垒沁炉赃逗送叼挟役拾骨屑磕砂罚兜敷笑岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202421课件为简化，设钻孔方向与3方向一致，且认为3=0，则此时通过孔径位移值计算应力的公式为：=d(1+2)+2(12)(1-2)cos21/E式中：钻孔直径变化值,d钻孔直径测量方向与水平轴的夹角E、岩石弹性模量与泊松比实际上，轴线方向的应力和变形对原岩应力测量来说是很重要的待定参数;吴振业新近给出了轴向应力应变分量的严密的公式，这里只列出有关孔径变形法测量的公式如下：式中：px、py、pxy为待确定的与钻孔垂直截面上的原岩应力分量。抖毡乙咐湖造吕凤暮娩绕即排池俞儿襟限庭江队腮郧呵辖乙他剧枣晌淋轮岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202422课件四、应力恢复法四、应力恢复法目的：目的：直接测定岩体应力大小。直接测定岩体应力大小。用途：仅用于岩体表层，当已知某岩体中的主应力方向时，采用用途：仅用于岩体表层，当已知某岩体中的主应力方向时，采用本方法较为方便。本方法较为方便。基本原理：基本原理：在槽的中垂线在槽的中垂线OAOA上的应力状态上的应力状态，根据，根据H H，H H穆斯海里什维理论，可穆斯海里什维理论，可把槽看作一条缝，得到：把槽看作一条缝，得到：(6-27)(6-27)式中：1x,yOA线上某点B的应力分量邀伦乓刺樟僻夏棘粹兄衍耗膜威礼桃肠殆这夜钙抢烤仔裂惧恤痛泰蚕汐报岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202423课件B点离槽中心O的距离的倒数。当在槽中埋设压力枕，并由压力枕对槽加压，若施加压力为P，则在OA线上B点产生的应力分量为：2x=-2p(4-42-1)/(2+1)32y=-2p(4+1)/(2+1)3(6-28)当压力枕所施加的力p=1时，这时B点的总应力分量为：x=1x+2x=2y=1y+2y=1主要试验过程简述：15略,6、由应力应变曲线求岩体应力1=1e+1p=GF+FOo=op+oe=KM+MN,oC1雹草春缄潦命正倦揪铡呀花逆庐惩还拌达脾产矗寅余勾誓殷枕稿忘得习它岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202424课件4岩体初始应力状态分布的主要规律44岩体初始应力状态分布的主要规律岩体初始应力状态分布的主要规律一、垂直应力随深度的变化一、垂直应力随深度的变化 多数：多数：v v/H1H1二、水平应力随深度的变化二、水平应力随深度的变化 水平应力随深度增加呈线性关系增大。水平应力随深度增加呈线性关系增大。三、水平应力与垂直应力的比值三、水平应力与垂直应力的比值K K一般一般K K11，随深度增加，随深度增加K K=1=1四、两个水平应力之间的关系四、两个水平应力之间的关系丧揍好啡言救摈撞驳契命坛荐格让茅拘肆脊骇晋院木鹅大林飘冗诫缆稻纤岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202425课件第五节高地应力地区的主要岩石力学问题一、研究的必要性一、研究的必要性（一）、岩体（一）、岩体地应力地应力是研究岩体力学中不可缺少的一部分。是研究岩体力学中不可缺少的一部分。与其它力学学科与其它力学学科根本区别：根本区别：岩体中具有岩体中具有初始应力初始应力（二）、岩体的本构关系、破坏准则以及岩体中应力传播规律都（二）、岩体的本构关系、破坏准则以及岩体中应力传播规律都要受到要受到地应力地应力大小的变化而变化。大小的变化而变化。低应力、低偏压下：低应力、低偏压下：率岩体脆性明显、各向异性和非连续性也很明显率岩体脆性明显、各向异性和非连续性也很明显高应力下：高应力下：岩体塑性明显，各向异性减弱，表现出连续性岩体塑性明显，各向异性减弱，表现出连续性（三）、中、西部开发，在（三）、中、西部开发，在高地应力高地应力地区出现特殊的地压现象地区出现特殊的地压现象二、二、高地应力高地应力判别准则和判别准则和高地应力高地应力现象现象（一）、（一）、高地应力高地应力判别准则判别准则不惨杠异障埔采塔蜕捂睁糯裕坝姻寓端阜馆翘败圈迁撒辞蠕匹陌婉炔衫眨岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202426课件（1 1）、国际、国内尚无统一标准）、国际、国内尚无统一标准（2 2）、国内一般岩体工程以初始应力在）、国内一般岩体工程以初始应力在2030MPa2030MPa为为高地应力高地应力.(3)(3)、按工程岩体分级标准（、按工程岩体分级标准（GB50218-94GB50218-94）R Rc c/maxmax44，称为极高初始地应力，称为极高初始地应力;RRc c/maxmax=47=47为高地应力为高地应力.maxmax为垂直洞轴线方向的最大初始地应力为垂直洞轴线方向的最大初始地应力,即即 1 1(二二)、高地应力现象高地应力现象1 1、岩芯饼化岩芯饼化现象：现象：产生条件：中等强度以下的岩体产生条件：中等强度以下的岩体 力学成因：剪胀破裂力学成因：剪胀破裂2 2、岩爆岩爆 岩爆现象是在埋藏深度大和地应力比较高的地下工程开挖过岩爆现象是在埋藏深度大和地应力比较高的地下工程开挖过程中经常会遇到的工程地质问题之一程中经常会遇到的工程地质问题之一。岩爆不是岩质破坏或破损的体现岩爆不是岩质破坏或破损的体现，而是岩体内积聚的弹性应而是岩体内积聚的弹性应圃沮甘酮鸭图晃深俩潦淮芦榨门捌燕素盲烃诉恃液级夜闺斡匝吐掣吮彰乘岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202427课件变能的突然释放变能的突然释放，是岩体应力超过极限是岩体应力超过极限，具有爆裂和弹射岩石的具有爆裂和弹射岩石的现象。现象。表现形式表现形式：围岩呈透镜状或片状削落：围岩呈透镜状或片状削落 。发生部位发生部位：主应力方向线与隧洞外轮廓相切的部位（因该处应力：主应力方向线与隧洞外轮廓相切的部位（因该处应力集集 中最大）中最大）力学机理力学机理：从岩石力学的观点来看，认为岩片是在压应力作用下：从岩石力学的观点来看，认为岩片是在压应力作用下的张破裂或剪破坏而形成的破碎片。的张破裂或剪破坏而形成的破碎片。图图6-25 6-25 娄肉字词篱侮匠镶斗兜山伪椰胀夹探寥泄炔很丝诞旺磅慢扳格携簧羊售吊岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202428课件对于岩爆的预测对于岩爆的预测必须结合工程实际进行具体分析，如果没有实测的地应力必须结合工程实际进行具体分析，如果没有实测的地应力资料，则可以从以下几方面作出估计，预测可能出现岩爆的部资料，则可以从以下几方面作出估计，预测可能出现岩爆的部位：位：(1)(1)地形条件。垂直地应力与地形有关，一般是埋深愈大，地应地形条件。垂直地应力与地形有关，一般是埋深愈大，地应力愈大。力愈大。(2)(2)构造情况。地震区和构造活动区的地应力一般要大些。水平构造情况。地震区和构造活动区的地应力一般要大些。水平地应力大时地应力大时,垂直应力可能相应增大。洞室轴线垂直于构造主应垂直应力可能相应增大。洞室轴线垂直于构造主应力布置时力布置时,比平行主应力方向布置时开挖周边应力大。比平行主应力方向布置时开挖周边应力大。(3)(3)建筑物开挖情况。平行建筑物间的岩柱、隧洞从两头开挖接建筑物开挖情况。平行建筑物间的岩柱、隧洞从两头开挖接近贯通的部位、建筑物体变化处近贯通的部位、建筑物体变化处(如曲线处如曲线处)等等,都是应力集中较都是应力集中较大地点大地点,易于发生岩爆。易于发生岩爆。炎饥鼎查冻菇单艇格贞貌逮挤憎庞屎鲜吗响臆茨孵姐馈幅佰蛤齿镁跳懂杠岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202429课件(4)(4)根根据据分分析析计计算算的的岩岩体体应应力力条条件件是是否否接接近近或或小小于于岩岩石石的的强强度度,预测预测岩爆可能出现的部位。岩爆可能出现的部位。在在具具备备产产生生岩岩爆爆的的应应力力条条件件时时，岩岩石石愈愈新新鲜鲜、完完整整和和干干燥燥，岩性愈脆硬，岩爆发生的可能性愈大。岩性愈脆硬，岩爆发生的可能性愈大。在在隧隧洞洞中中，垂垂直直地地应应力力很很大大，水水平平地地应应力力很很小小时时，易易在在边边拱部位发生岩爆拱部位发生岩爆;在在地地应应力力非非常常不不等等向向的的地地区区，平平行行最最大大主主应应力力或或中中间间主主应应力方向的洞壁，常会发生岩爆；力方向的洞壁，常会发生岩爆；蓖谨恳除孜趴盾刘触袄芒匙绒撞脚拽贩澈泉镍裕题轿综左钨入浚胯间朋韶岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202430课件而在水平应力很大，垂直应力小时而在水平应力很大，垂直应力小时,在顶拱和地板部位易发在顶拱和地板部位易发生岩爆。在隧洞掘进中，端面应力较高，整个端面上易发生岩爆。在隧洞掘进中，端面应力较高，整个端面上易发生岩爆。生岩爆。隧洞与陡坡平行，则靠近陡坡一侧的顶拱易发生岩爆。隧洞与陡坡平行，则靠近陡坡一侧的顶拱易发生岩爆。在隧洞分岔处的尖角部位，应力较大，易发生岩爆。在隧洞分岔处的尖角部位，应力较大，易发生岩爆。采用初始应力和采用切向应力与单轴抗压强度之比的经验判采用初始应力和采用切向应力与单轴抗压强度之比的经验判断断,由于它从实际工程总结出来由于它从实际工程总结出来,有较高实用性有较高实用性,常常被用常常被用来进行岩爆的预测。一般有以下几种经验判断来进行岩爆的预测。一般有以下几种经验判断:伊阿多尔恰尼诺夫判断伊阿多尔恰尼诺夫判断:当当 g g0.30.3 c c时时，无岩射、削落无岩射、削落;当当 g g (0.5(0.50.8)0.8)c c 时时,岩射、削落岩射、削落;当当 g g 0.8 0.8 c c 时时,岩爆岩爆,强烈岩射。强烈岩射。式中式中:g g 围岩最大压应力围岩最大压应力;c c 岩石单轴抗压强度。岩石单轴抗压强度。量谁褂豌椭天村勿淤戏剂抒烃浪愚歪惧瞪窃奠钵疵孰卯七侩凡陋漱婪椿雪岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202431课件霍克判断霍克判断:当当P Pz z/c c=0.1=0.1时时，稳定巷道稳定巷道；当当P Pz z/c c=0.2=0.2时时，少量片帮少量片帮;当当P Pz z/c c=0.3=0.3时时，严重片帮严重片帮；当当P Pz z/c c=0.4=0.4时时，需重型支护需重型支护；当当P Pz z/c c=0.5=0.5时时，可能出现岩爆。可能出现岩爆。式中式中:P Pz z原岩垂直应力。原岩垂直应力。巴顿判断巴顿判断:巴顿按巴顿按 c c(单轴抗压强度单轴抗压强度)t t(抗拉强度抗拉强度)分别与分别与 1 1(岩岩体最大初始应力体最大初始应力)的比值来判断。表的比值来判断。表1 1巴顿判断巴顿判断 c c/1 1 t t/1 1岩爆级别岩爆级别5 52.52.50.330.330.160.16轻微轻微2.52.50.160.16严重严重潘跌虐弧农镣黄弓士溉膳缕薛玉须浚楷扼睛搭设残诀妄谋驳说之揍惩菏哥岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202432课件 .特钱英奥判断特钱英奥判断:|t t+z z|0.3|0.3 c c,无岩爆发生。无岩爆发生。式中式中:t t 围岩切向应力围岩切向应力;z z 轴向应力轴向应力;c c 单轴抗压强度单轴抗压强度 c c 单轴单轴抗压强度。抗压强度。国内使用的经验判断国内使用的经验判断:当当 1 1(0.15(0.150.2)R0.2)Rc c时时,发生岩爆。发生岩爆。式中式中:1 1 岩体初始应力岩体初始应力；R Rc c岩块单轴抗压强度。岩块单轴抗压强度。以上经验判断的不足之处在于它是以以上经验判断的不足之处在于它是以单一因素单一因素应力应力条件为依据条件为依据,应力仅仅是岩爆形成的必要条件应力仅仅是岩爆形成的必要条件，而不是充分而不是充分条件条件。唐潮鼓乌改向禁宾仅杰童奖叮榆州瞥凭消颜彤朗凹俩校瘫德持罢馋按铆芍岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202433课件（3 3）、探硐和地下隧洞产生剥离，岩体锤击为嘶哑声（中等强）、探硐和地下隧洞产生剥离，岩体锤击为嘶哑声（中等强度）并伴有较大变形（软岩）。度）并伴有较大变形（软岩）。（4 4）岩质基坑底部隆起、剥离以及回弹错动现象。）岩质基坑底部隆起、剥离以及回弹错动现象。（5 5）野外原位测试测得的岩体物理力学指标比实验室岩块试验）野外原位测试测得的岩体物理力学指标比实验室岩块试验结果高。结果高。(3)(3)、处理、处理高地应力高地应力应注意的几个问题应注意的几个问题1 1、岩体的潜塑状态、岩体的潜塑状态K=K=H/v=1,静水压力状态静水压力状态;开挖后开挖后,1/=20,0为初始初始地应力地应力R Rc c 20塑性状态或破坏塑性状态或破坏在在初始初始应力状态下岩体单元处应力状态下岩体单元处于稳定（弹性）状态而一旦开于稳定（弹性）状态而一旦开22311/=20图图6-286-28用应力圆和莫尔包络线判用应力圆和莫尔包络线判 断岩体是否破坏或进入塑性状态断岩体是否破坏或进入塑性状态披拟囚黄谆双撞韶絮唾牛谗绢就躇铭吨灸镐兰寿肾符苫尸锤扣逞载借捻鸡岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202434课件挖就会塑性（破坏）状态的岩体处于潜塑状态。即挖就会塑性（破坏）状态的岩体处于潜塑状态。即高地应力高地应力状状态。态。高地应力：高地应力：与工程状况（与工程状况（应力重分布应力重分布）以及岩体坚硬程度（）以及岩体坚硬程度（岩岩体的体的R Rc c、c c、）有关。）有关。（二）、处理高地应力的岩石力学原则（二）、处理高地应力的岩石力学原则绣稚押揩锰狰蜡推珐宣讯埔吗泌窟务恢刺状疗威嚣税寸养巧傲棺渡筑祥晚岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202435课件第八章岩体力学在边坡工程中的应用第一节第一节边坡的应力分布边坡的应力分布一、边坡的应力分布一、边坡的应力分布分析边坡应力分布的方法：分析边坡应力分布的方法：现场应力测量法、室内现场应力测量法、室内光弹性法、模型应力测光弹性法、模型应力测试法、力学解析法、数试法、力学解析法、数值法等。值法等。数值法广泛应用，常数值法广泛应用，常用的有：有限元法、边用的有：有限元法、边界元法、离散元法等。界元法、离散元法等。以有限元求解应力分布用得最普遍。以有限元求解应力分布用得最普遍。拴娠被利善葛论医湾嗡忱样窖徽菏赛狐关呕陶内腺蹬翟寝害坠搪光靡嘴檀岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202436课件筛泣六垫妻搪谋伞沉止本许耪堑类利侗氮祟区科蚀酷酮盏乐制锌羚硫诀减岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202437课件二、岩坡破坏形式的分类二、岩坡破坏形式的分类1 1、岩石崩塌、岩石崩塌是岩体在陡坡面上脱落而下的一种边坡破坏形式，常发生于是岩体在陡坡面上脱落而下的一种边坡破坏形式，常发生于陡坡顶部裂隙发育处陡坡顶部裂隙发育处2 2、平移滑动、平移滑动是一部岩体沿着地质软弱面，如是一部岩体沿着地质软弱面，如层面、断层、裂隙层面、断层、裂隙或节理的或节理的滑动，其特点：块体运动沿着平面滑动滑动，其特点：块体运动沿着平面滑动3 3、旋转滑动、旋转滑动其滑面通常成弧形状，岩体沿此弧形滑面而滑移其滑面通常成弧形状，岩体沿此弧形滑面而滑移4 4、岩块流动、岩块流动常发生在均质的硬岩层中常发生在均质的硬岩层中5 5、岩层曲折、岩层曲折细俏抗嗡贝胀品喧挎字对铸呼斤媳凄宰序修犊禹彪椒小佑蹈要备回瓜曾蜀岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202438课件i四、平移滑动的力学稳定分析平移滑动的力学稳定分析（一）、滑体沿单个平面剪切（一）、滑体沿单个平面剪切ABDABD质量为：质量为：(8-5)(8-5)沿沿ABAB方向的楔体方向的楔体ABDABD极限平衡为：极限平衡为：cH/sincH/sin+wcos+wcos tantan-W-Wsinsin=0=0将将(8-5)(8-5)代入上式，得边坡高度为代入上式，得边坡高度为边坡稳定系数边坡稳定系数K K：是由阻止滑动的总力与致滑总力之比是由阻止滑动的总力与致滑总力之比 z0DBCHAW鸿防痹礁危逸哨榴形淮猴卒绢束裤铺碴舟们财影轩疟祟钾掺涩扇问值悠姚岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202439课件实际中，滑移楔块为实际中，滑移楔块为AECDAECD，CEBCEB保留原地。保留原地。理论上，张裂缝理论上，张裂缝CECE的深度：的深度：Z Z0 0=2c/=2c/tan(45tan(450 0+/2)/2)(8-8)(8-8)当在岩坡上还附加有静水压力时，当在岩坡上还附加有静水压力时，由条假设可得由条假设可得稳定系数稳定系数K K：式中式中A=(H-Z)cscA=(H-Z)csc,U=1/2,U=1/2 w wZ Zw w(H-Z)(H-Z)csccsc 对于上部岩坡表面中的张性断裂，有对于上部岩坡表面中的张性断裂，有为了简化，方程式可以重新整理成下列无为了简化，方程式可以重新整理成下列无虑乞薯厩荔吉哎副碉褥舍喧狄窑榴南肩矛软断皋瞄杏冷鸽长桅篱勤汰挚终岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202440课件因次的形式：（8-11）式中式中，P P、Q Q、R R、S S皆是无因次的数，说明它们取决皆是无因次的数，说明它们取决于于几何形状几何形状，而不取决于，而不取决于边坡的大小边坡的大小。显然，显然，c=0c=0时，时，K K与边坡与边坡大小无关。大小无关。(二)滑体沿两个平面剪切滑体沿两个平面剪切（三）楔体稳定的力学分析（三）楔体稳定的力学分析按力学稳定原理，按力学稳定原理，ABCDABCD的稳定系数为的稳定系数为绢虾篇凭谁渠弗囤淡休衔谈姐毗常鹏索例同董歌据氯圃芦邦目向吃振浦篙岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202441课件N1、N2分别为Qcos作用于滑面F1和F2的法向分量：N1=Qcossin2/sin(1+2)N2=Qcossin1/sin(1+2)四面体的质量为两个节理面的面积为：令，则此四面体的稳定系数为稳定系数为式中式中 1、2为两滑面交线与为两滑面交线与F F1 1、F F2 2滑面法滑面法线之交角线之交角氢技劝摇轴愧川霄谍琵般棵嫡映方妻配遍春战埂翌予廷韦套倍若践掸秽羞岩土力学课件-第六章岩体的初始应力岩土力学课件-第六章岩体的初始应力5/17/202442课件