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1、第五章 岩体天然应力与洞室围岩的应力分布,本章内容：,5.1 天然应力的概念及量测方法,5.2 洞室周边应力分布规律,5.1 岩体中的地应力及量测方法,岩体中的地应力,天然应力（初始应力）,附加应力：工程施工引起的，如洞室开挖引起的应力重分布；建筑物荷载在岩基中引起的应力增量等,自重应力,构造应力,地震应力,温度应力,工程施工前就存在的,天然应力的量测方法：,应力解除法和应力恢复法。,一、地应力的变化规律,（一）属不稳定应力场，是时间和空间的函数,1、地应力场是三向不等压的空间应力场。,2、三个主应力的大小和方向是随着空间和时间而变化的。,（二）实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量,地壳浅部（3
2、000m以内）地应力的变化规律：,世界各国垂直应力v与随深度H的变化规律图,该图是霍克（E.Hoek）和布朗（E.T.Brown）总结出的,（三）水平应力普遍大于垂直应力,由于构造应力以水平应力为主，造成浅层地壳中平均水平应力普遍大于垂直应力。实测资料见表51。,变化范围：,H为深度，单位为m,（四）平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小,侧压比：,二、自重应力与海姆假说,（一）自重应力,假定岩体为均匀、连续且各向同性的弹性体，将岩体视为半无限体，则岩体中某点的自重应力为：,因岩体视为各向同性的弹性体，由于岩体单元在各个方向都受到与其相邻岩体的约束，不可能产生横向变形，即：,考虑广义虎克
3、定律，则有：,由此可得：,若令：,则：,K0岩石的静止侧压力系数，其定义为某点的水平应力与该点垂直应力的比值。,一般在试验室条件下：,若岩体由多层不同重力密度的岩层所组成，如图：,则第n层底面岩体的自重应力为：,侧压系数K0与深度H关系,1878年，海姆，提出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，并与其上覆岩体的重量成正比，即：,（二）海姆假说,当K01时，就出现静水压力状态，即：,三、地应力的现场量测,目的： （1）了解岩体中存在的应力大小和方向。 （2）为分析岩体的工程受力状态，以及为支护和岩体加固提供依据。 （3）预报岩体失稳破坏以及预报岩爆的有力依据。,量
4、测方法：,应力解除法和应力恢复法。,（一）应力解除法的原理,1、岩体内有原岩应力 2、原岩应力已使岩体产生变形 3、将岩块从岩体母体分离出来，原岩应力得到解除，变形将恢复 4、测量恢复的变形值，根据应力应变关系，计算引起变形的应力值。,应力解除法实测的基本原理：,切断联系,解除应力,应变恢复,测试应变,计算应力,流程要点,应力解除法的要点,应力解除法计算公式：,一般岩体任一点的应力状态由六个应力分量，如图示：,每一钻孔可确定两个应力分量，一般通过三个钻孔可确定六个应力分量。,方法有：,1、共面三钻孔法确定,2、孔壁应变测试法,（二）应力恢复法的原理,要点：,1、安置三个应变计，读初始读数,2、挖槽，应力被解除，应变计有变化,3、扁千斤顶装于槽中加压，直到应变计恢复，,4、这时扁千斤顶的压力为槽壁上原有的应力,