地下结构工程第2讲讲.ppt
《地下结构工程第2讲讲.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《地下结构工程第2讲讲.ppt(36页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、地下结构工程,(第二讲)3、岩体地应力问题2002年3月19日,3、岩体地应力问题,3.1 问题的提出:人类对地应力的认识过程3.2 地应力的成因3.3 地应力的分布规律3.4 地应力场与地下结构布置设计的关系,3.1 问题的提出:人类对地应力的认识过程为什么在讨论地下结构问题时,首先提出了地应力问题?答:地应力是影响地下结构稳定的主要因素,是引起地下结构变形和破坏的根本作用力。地应力决定了地下结构几乎所有的边界条件和地下工程实施的初始条件。是一切计算、试验分析的前提和基础。不了解地应力情况的地下结构设计,只能是盲目的设计。,人类对地应力的认识过程这个过程还不到100年1912年,瑞士地质学家
2、A.Heim首次提出地应力的概念,并假定地应力是一种静水压力状态。即地壳中任何一点的应力在各个方向相等,并且等于该点以上覆盖的岩层产生的压强。即:,1926年,前苏联学者A.H.Gennik修正了A.Heim的静水压力的假定,认为垂直应力可以等于上覆岩层的重量,而侧向应力(水平应力)应该是泊松效应的结果。它的值应该等于H乘以一个修正系数K,称为侧压系数,根据弹性力学理论,他认为K/(1-),即:,问题:难道地应力只与岩层重力有关吗?,回答是否定的。李四光曾在20年代根据许多地质现象提出:“在构造应力的作用仅影响地壳上层一定厚度的情况下,水平应力分量的重要性远远超过垂直应力分量。”50年代,瑞典
3、?的N.Hast在Scandinavia半岛进行了大量的地应力测量工作,发现地壳上层最大主应力大部分是水平或接近水平的。,最大水平应力的值一般为垂直应力的12倍,甚至更高。在某些地表处测得的水平地应力达到7Mpa。这个结果从根本上动摇了地应力是静水压力的理论,以及地应力以垂直应力为主的观点。,进一步研究表明:重力作用和构造作用是引起地应力的主要原因,尤其水平方向的构造运动对地应力场的形成影响最大。当前的地应力状态主要由最近的一次构造运动所决定,但也与地壳演化历史上的各次构造运动有关。最终的地应力场是历次构造运动应力场的叠加。同时还受到其它因素的影响,造成了地应力场分布的复杂和多变性。,几种结构
4、面的性质,1.压性结构面:垂直于最大主应力方向的结构面,如褶皱的轴面或直立岩层等。与最大主应力垂直的平面与地面的交线叫构造线。扭性(剪性)结构面:沿最大剪应力方向出现的“X”形结构面,其锐角平分线方向为最大压应力方向。张性结构面:在拉应力作用下产生的破裂面,往往沿一对“X”形扭剪性结构面发育。,3.2 地应力的成因产生的原因十分复杂包括地壳板块运动中相邻板块之间的挤压产生的应力地幔热对流引起的应力场地心引力形成的自重应力场地球旋转形成的惯性力场,地下岩浆入侵和地壳非均匀扩容地壳温度不均引起的应力水压力地表风化剥蚀和其它物理化学变化引起的应力释放等,3.2.1 板块运动引起的地应力,中国大陆板块
5、受到印度板块和太平洋板块的挤压,每年挤压变形达数厘米。同时受到西伯利亚板块和菲律宾板块的约束。因而产生水平受压的应力场,其主应力迹线如上图所示。印度板块和太平洋板块的挤压造成了我国大陆板块边缘的隆起和山脉的形成,同时也是我国地震的主要成因。,3.2.2 地幔热对流引起的地应力,由硅镁质组成的地幔因温度很高,具有可塑性,并可以上下对流和蠕动当地幔深处的上升流到达地幔顶部时,就分为二股方向相反的平流经一定流程直到与另一对流圈的反向平流相遇,一起转为下降流,回到地球深处,形成一个封闭的循环体系,地幔热对流引起地壳下面的水平切向应力,在亚洲形成由孟加拉湾一直延伸到贝加尔湖的最低重力槽,它是一个有拉伸特
6、点的带状区我国从西昌、渡口到昆明的裂谷正位于这一地区该裂谷区有一个以西藏中部为中心的上升流的大对流环,在华北山西地堑有一个下降流由于地幔物质的下降,引起很大的水平挤压应力,3.2.3 地心引力引起的地应力由地心引力引起的应力场称为自重应力场自重应力场是各种应力场中唯一能够计算的应力 场地壳中任一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量。重力应力为垂直方向应力,它是地壳中所有各点垂直应力的主要组成部分但是垂直应力一般并不完全等于自重应力,因为板块移动,岩浆对流和侵入、岩体非均匀扩容、温度不均和水压梯度均会引起垂直方向应力变化,3.2.4 岩浆入侵引起的地应力,岩浆侵入挤压、冷凝收缩和成岩,均在周
7、围地层中产生相应的应力场,其过程也是相当复杂的熔融状态的岩浆处于静水压力状态,对其周围施加的是各个方向相等的均匀压力但是炽热的岩浆侵入后即逐渐冷凝收缩,并从接触介面处逐渐向内部发展不同的热膨胀系数及热力学过程会使侵入岩浆自身及其周围岩体应力产生复杂的变化过程 与上述三种应力场不同,由岩浆侵入引起的应力场是一种局部应力场,3.2.5 地温剃度引起的地应力 地层的温度随着深度增加而升高,一般温度梯度为3100由于温度梯度引起地层中不同深度不相同的膨胀,从而引起地层中的压应力,其值可达相同深度自重应力的数分之一 另外,岩体局部冷热不均,产生收缩和膨胀,也会导致岩体内部产生局部应力场,3.2.6 地表
8、风化剥蚀引起的地应力 地壳上升部分岩体因为风化、侵蚀和雨水冲刷搬运而产生剥蚀作用。剥蚀后,由于岩体内的颗粒结构的变化和应力松弛赶不上这种变化,导致岩体内仍然存在着比由地层厚度所引起的自重应力还要大得多的水平应力值。因此,在某些地区,大的水平应力除与构造应力有关外,还和地表剥蚀有关。,3.3 地应力的分布规律,3.3.1 地应力是时间和空间的函数 地应力在绝大部分地区是以水平应力为主的三向不等压应力场三个主应力的大小和方向是随着空间和时间而变化的,因而它是个非稳定的应力场 地应力在空间上的变化,从小范围来看,其变化是很明显的,从一个矿山到另一个矿山,从某一点到相距数十米外的另一点,地应力的大小和
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 地下 结构 工程 讲讲
链接地址:https://www.31ppt.com/p-6042781.html