第二章　深部地应力分析与工作方法

第一节　概述

地应力是引起水利水电、土木建筑、采矿、公路、铁路和其他各种地下开挖工程变形和破坏的根本作用力,是确定工程岩体力学属性,进行围岩稳定性分析,实现地下工程开挖设计和决策科学化的必要前提。

人们认识地应力还只是近百年来的事。1912年瑞士学者海姆(A.Heim)在大型越岭隧道的施工过程中,通过观察和分析,首次提出了地应力的概念,并假定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,且等于单位面积上覆岩层的重量。1926年,苏联学者金尼克(A.H.Gennik)修正了海姆的静水压力假设,认为地壳中各点的垂直应力等于上覆岩层的重量,而侧向应力(水平应力)是泊松效应的结果,其值应为γH乘以一个修正系数。他根据弹性力学理论,认为这个系数等于即

式中:μ为上覆岩层的泊松比。

20世纪50年代,哈斯特(N.Hast)首先在斯堪的纳维亚半岛进行了地应力测试的工作,发现存在于地壳上部的最大主应力几乎处处是水平或接近水平的,而且最大水平主应力一般为垂直应力的1～2倍,甚至更多。在某些地表处,测得的最大水平应力高达7MPa,这就从根本上动摇了地应力是静水压力的理论和以垂直应力为主的观点。

后来的研究进一步表明,重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因,其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大。当前的应力状态主要由最近一次的构造运动所控制,但也与历史上的构造运动有关。由于亿万年来地球经历了无数次大大小小的构造运动,各次构造运动的应力场也经过多次的叠加、牵引和改造。另外,地应力场还受到其他多种因素的影响,因而造成了地应力状态的复杂性和多变性,即使在同一地区、不同地点的地应力状态也可能是不相同的,只有进行详细的测试、分析、研究,并根据现场的实际情况进行复核验证,才有可能得到实际的地应力场。