岩石力学原岩应力及其测量.pptx
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1、第三章 原岩应力及其测量一、基本概念1、原岩:未经采掘而又不受采动影响仍处于自然平衡状态的岩体称为原岩。2、原岩应力:在原岩中天然存在的应力称为原岩应力,亦称天然应力、初始应力或地应力。3、次生应力:在岩体中进行开挖以后,扰动了原岩的自然平衡状态,引起岩体中应力的重新分布,变化后的应力称为次生应力或二次应力。二、原岩应力的构成岩体自重、地质构造运动、地形、地震力、水压力、热应力、剥蚀作用。第一节 原岩应力构成及影响因素三、岩体初始应力场1、岩体自重应力场将岩体视为均匀、连续且各向同性的弹性体海姆理论金尼克理论铅垂应力水平应力剪应力铅垂应力水平应力剪应力构造应力:这种在地壳中促使地壳发生变动的力
2、称为构造应力。构造应力场:构造应力在空间的分布状态称为构造应力场。2、岩体构造应力场当深度H内有多层岩石,且各层岩石容重不同时:铅垂应力水平应力剪应力1、原始构造应力2、残余构造应力3、现代构造应力构造应力种类四、原岩应力分布的规律自重应力场分布特点:1、以垂直应力为主,垂直应力大于水平应力。2、应力均为压应力。3、应力随深度增加而增加。通常对于一些构造不发育、第四纪冲积层或岩体裂隙较发育,岩性较软的地区,其原岩应力基本符合重力应力场的特点。构造应力场分布特点:1、应力可能是压应力,也可能是拉应力。2、以水平应力为主,一般水平应力大于垂直应力。3、分布很不均与,以地壳浅部为主。地壳浅部原岩应力
3、分布的规律:1、原岩应力场是一个相对稳定的非稳定的应力场。2、实测铅垂应力基本上等于上覆岩层重量。3、水平应力普遍大于铅垂应力。4、平均水平应力与铅垂应力的比值随深度的增加而减小。5、水平主应力随深度增加呈线性增长关系。6、两个水平主应力一般相差较大,表现出较强的各向异性。7、应力轴与水平面一般有一定的角度。五、影响原岩应力分布的因素1、地形2、岩体的结构、裂隙面3、岩体的力学性质4、剥蚀作用5、温度6、水第二节、原岩应力测量直接测量法扁千斤顶法声发射法水压致裂法刚性包体应力计法间接测量法全应力解除法局部应力解除法孔底应力解除法孔径变形法孔壁应变法切槽解除法平行钻孔法中心钻孔法一、扁千斤顶法一
4、、扁千斤顶法、在准备测量岩石表面安装两个测量柱,并用微米表测量两柱之间的距离。、在于两测量柱对称的中间位置开挖一个垂直于测量柱连线的扁槽,槽的大小、形状、厚度应与扁千斤顶一致。、将扁千斤顶完全塞进槽内,必要时需注浆将扁千斤顶与岩石胶结在一起。然后加压,待两测量柱之间距离恢复到开挖前大小时,停止加压,记录下此时扁千斤顶中压力。1、扁千斤顶法测试步骤2、扁千斤顶法特点、扁千斤顶法只能测量一维次生应力。、扁千斤顶法假定岩石完全线弹性。二、声发射法、试件制备。、声发射测试。、原岩应力计算。声发射法测试步骤三、刚性包体应力计法 刚性包体压力计由硬质金属材料制成的空心圆柱,其中心部位有一个压力传感器。测量
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