岩体力学第七章同济.ppt

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1、第二节第二节 岩体初始应力及其影响因素岩体初始应力及其影响因素垂直应力垂直应力垂直应力垂直应力：平均密度，平均密度，平均密度，平均密度，KN/mKN/m3 3侧压力侧压力侧压力侧压力：HH总深度（总深度（总深度（总深度（mm）侧压力系数侧压力系数侧压力系数侧压力系数 的取值有的取值有的取值有的取值有4 4 4 4种可能种可能种可能种可能图6-1 岩体自重垂直应力1 1、岩体自重应力场、岩体自重应力场（1 1 1 1）岩体假定处于弹性状态）岩体假定处于弹性状态）岩体假定处于弹性状态）岩体假定处于弹性状态 得：岩体由多层不同性质岩层组成时岩体由多层不同性质岩层组成时岩体由多层不同性质岩层组成时岩体

2、由多层不同性质岩层组成时(图图图图6-2)6-2)第第第第j j层应力：层应力：层应力：层应力：图图图图6-26-2自重垂直应力分布自重垂直应力分布自重垂直应力分布自重垂直应力分布（2）Heim假设（塑性状态）假设（塑性状态）当原始应力超过一定极限，岩体就会处于假塑状态或塑性状态。当原始应力超过一定极限，岩体就会处于假塑状态或塑性状态。当原始应力超过一定极限，岩体就会处于假塑状态或塑性状态。当原始应力超过一定极限，岩体就会处于假塑状态或塑性状态。（相当于相当于相当于相当于 ）（3 3）岩体为理想松散介质（风化带、断层带，无粘聚力）岩体为理想松散介质（风化带、断层带，无粘聚力）由极限平衡理得由极

3、限平衡理得由极限平衡理得由极限平衡理得假塑性状态：假塑性状态：假塑性状态：假塑性状态：在初始应力状态下，岩体处于弹性状态，当开挖后即在初始应力状态下，岩体处于弹性状态，当开挖后即在初始应力状态下，岩体处于弹性状态，当开挖后即在初始应力状态下，岩体处于弹性状态，当开挖后即处于塑性状态。处于塑性状态。处于塑性状态。处于塑性状态。即即即即（4 4）当松散介质有一定粘聚力时）当松散介质有一定粘聚力时 注：当注：当注：当注：当 说明无侧压力说明无侧压力说明无侧压力说明无侧压力 侧压力为：侧压力为：侧压力为：侧压力为：无侧压力深度无侧压力深度 2 2、岩体构造应力、岩体构造应力（1 1）地质构造运动，包括

4、水平运动和垂直运动两种形式，通常，）地质构造运动，包括水平运动和垂直运动两种形式，通常，）地质构造运动，包括水平运动和垂直运动两种形式，通常，）地质构造运动，包括水平运动和垂直运动两种形式，通常，水平方向的构造运动对岩体构造应力的形成起控制作用，即构造应水平方向的构造运动对岩体构造应力的形成起控制作用，即构造应水平方向的构造运动对岩体构造应力的形成起控制作用，即构造应水平方向的构造运动对岩体构造应力的形成起控制作用，即构造应力以水平应力为主。力以水平应力为主。力以水平应力为主。力以水平应力为主。（2 2）地壳表面岩体剥蚀，此时岩体初始应力场发生变化，当上覆）地壳表面岩体剥蚀，此时岩体初始应力场

5、发生变化，当上覆）地壳表面岩体剥蚀，此时岩体初始应力场发生变化，当上覆）地壳表面岩体剥蚀，此时岩体初始应力场发生变化，当上覆岩体被剥蚀后，侧压力系数增大。岩体被剥蚀后，侧压力系数增大。岩体被剥蚀后，侧压力系数增大。岩体被剥蚀后，侧压力系数增大。剥蚀之前，垂直应力剥蚀之前，垂直应力剥蚀之前，垂直应力剥蚀之前，垂直应力 水平应力水平应力水平应力水平应力剥蚀之后，垂直应力 水平应力3 3、影响岩体初应力状态的其它因素、影响岩体初应力状态的其它因素图图6.7 地形对初应力的影响地形对初应力的影响（1 1）地形）地形）地形）地形（2 2）地质条件对初应力的影响）地质条件对初应力的影响）地质条件对初应力的

6、影响）地质条件对初应力的影响图图图图6-86-8背斜褶曲对地应力影响背斜褶曲对地应力影响背斜褶曲对地应力影响背斜褶曲对地应力影响图图6-9 断层对地应力的影响断层对地应力的影响 （3 3）岩体力学性质）岩体力学性质）岩体力学性质）岩体力学性质 坚硬而完整的岩体内可以积聚大量应变能而产生较高的坚硬而完整的岩体内可以积聚大量应变能而产生较高的坚硬而完整的岩体内可以积聚大量应变能而产生较高的坚硬而完整的岩体内可以积聚大量应变能而产生较高的初始地应力，而软弱或破碎岩体内积聚的应变能很小，只初始地应力，而软弱或破碎岩体内积聚的应变能很小，只初始地应力，而软弱或破碎岩体内积聚的应变能很小，只初始地应力，而

7、软弱或破碎岩体内积聚的应变能很小，只有很低的初始地应力。有很低的初始地应力。有很低的初始地应力。有很低的初始地应力。（4 4）水）水）水）水 岩体中地下水位的升降，可引起岩体重量的减少或增岩体中地下水位的升降，可引起岩体重量的减少或增岩体中地下水位的升降，可引起岩体重量的减少或增岩体中地下水位的升降，可引起岩体重量的减少或增加，从而减少或增加岩体的自重应力。加，从而减少或增加岩体的自重应力。加，从而减少或增加岩体的自重应力。加，从而减少或增加岩体的自重应力。（5 5）热应力）热应力）热应力）热应力 热膨冷缩在岩体中产生热应力。地温升高会使岩体内地应力增热膨冷缩在岩体中产生热应力。地温升高会使岩

8、体内地应力增热膨冷缩在岩体中产生热应力。地温升高会使岩体内地应力增热膨冷缩在岩体中产生热应力。地温升高会使岩体内地应力增加，一般地温梯度：加，一般地温梯度：加，一般地温梯度：加，一般地温梯度：岩体的体膨胀系数：岩体的体膨胀系数：岩体的体膨胀系数：岩体的体膨胀系数：，岩体弹模岩体弹模岩体弹模岩体弹模E=10E=104 4MPaMPa；地温梯度引起的温度应力约为：；地温梯度引起的温度应力约为：；地温梯度引起的温度应力约为：；地温梯度引起的温度应力约为：z-z-深度深度深度深度/m/m。温度应力是同深度的垂直应力的温度应力是同深度的垂直应力的温度应力是同深度的垂直应力的温度应力是同深度的垂直应力的1/91/9，并呈静水压力状态。，并呈静水压力状态。，并呈静水压力状态。，并呈静水压力状态。