地質(zhì)學(xué)課件：4-3-4-4巖體天然應(yīng)力與工程分類

1、4.3 巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)4.3.1 巖體應(yīng)力的組成天然應(yīng)力（natural stress）自重應(yīng)力（gravitational stress）與上覆厚度有關(guān)構(gòu)造應(yīng)力（tectonic stress）：與構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)變異應(yīng)力（altered stress）：與巖體的物理化學(xué)改變和巖漿侵入有關(guān)殘余應(yīng)力（residual stress） ：與卸荷有關(guān)感生應(yīng)力（induced stress）：與開挖支護(hù)等有關(guān)4.3 巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)天然應(yīng)力的理論計(jì)算：靜水應(yīng)力式的觀點(diǎn)、垂直應(yīng)力為主的觀點(diǎn)和水平應(yīng)力為主的觀點(diǎn)。最早且引用最多的是瑞士地質(zhì)學(xué)家Heim（1912）提出的假定，即地殼巖體某點(diǎn)的垂直地應(yīng)力為

2、其上覆巖體厚度的積分形式Zyxhvhh 設(shè)巖體為完全彈性體，水平地應(yīng)力可寫為式中：v-垂直地應(yīng)力； h-水平地應(yīng)力；-巖石密度；g-重力加速度；h-上覆巖體厚度；-巖石容重；-泊松比。 4.3.2 天然應(yīng)力分布的規(guī)律巖體中存在三向不等的空間應(yīng)力場(chǎng)；水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的關(guān)系表明：地殼表部巖體以水平應(yīng)力為主；深層三應(yīng)力基本相等（Heim假說）垂直地應(yīng)力隨深度而增加(據(jù)G.Herget,1988)水平地應(yīng)力隨深度而增加(據(jù)G.Herget,1988)4.3.2 天然應(yīng)力分布的規(guī)律水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力之比H/V與埋深H的關(guān)系（據(jù)Hoek和Brown，1980） 4.3.2 天然應(yīng)力分布的規(guī)律水平應(yīng)力具有

3、強(qiáng)烈的方向性，這與構(gòu)造活動(dòng)具有方向性有關(guān)；河谷地區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)的特征表明，受淺表生改造作用，天然應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生了重分布，且在峽谷底部有明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。 地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)平面分布位置圖主應(yīng)力隨深度的關(guān)系4.3.3 地應(yīng)力研究的工程意義基坑底部的隆起、剝離破壞 在大壩基坑開挖過程中，由于卸荷引起應(yīng)力釋放，當(dāng)初始的水平應(yīng)力較高時(shí)，會(huì)造成基坑底部巖層呈水平狀開裂。基坑邊坡的剪切滑移 殘存的水平構(gòu)造應(yīng)力大于軟弱夾層的抗剪強(qiáng)度，在開挖切穿軟弱夾層后，造成了沿軟弱夾層向臨空面的滑動(dòng)。地下洞室產(chǎn)生大的收斂變形 洞室軸線與最大的水平應(yīng)力垂直時(shí)，邊墻會(huì)產(chǎn)生特別大的變形。地下洞室施工過程中產(chǎn)生巖爆 應(yīng)力的突然釋放，引起洞壁巖

4、石爆裂、剝落或巖片彈射出來的現(xiàn)象。4 巖體的工程分類 方法：通過巖體的一些簡(jiǎn)單和容易實(shí)測(cè)的指標(biāo)，把工程地質(zhì)條件和巖體力學(xué)性質(zhì)參數(shù)聯(lián)系起來，并借鑒已建工程設(shè)計(jì)、施工和處理等方面成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)巖體進(jìn)行歸類的一種工作方法。目的：通過分類，概括地反映各類工程巖體的質(zhì)量好壞，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的巖體力學(xué)問題。為工程設(shè)計(jì)、支護(hù)襯砌、建筑物選型和施工方法選擇等提供參數(shù)和依據(jù)。4.4.1巖塊的工程分類 1、Deere &Miller 雙指標(biāo)分類 分類指標(biāo)：巖塊抗壓強(qiáng)度（c）、模量比（Et/c） 分類方法： （1）按c將巖塊按下表分為5類。巖塊抗壓強(qiáng)度(c)分類表類別巖塊分類c(MPa)巖石類型舉例A極高強(qiáng)

5、度200石英巖、輝長(zhǎng)巖、玄武巖B高強(qiáng)度100200大理巖、花崗巖、片麻巖C中等強(qiáng)度50100砂巖、板巖D低強(qiáng)度2550煤、粉砂巖、片巖E極低強(qiáng)度125白堊、鹽巖（2）按Et/c將巖塊按下表分為3類。巖塊模量(Et/c)分類表類別Et/c分類Et/cH高模量比500M中等模量比200500L低模量比200（3）綜合二者，將巖塊劃分成不同類別，如AH(高模量比極高強(qiáng)度巖塊)、BL(低模量比高強(qiáng)度巖塊)等。 2 、國(guó)標(biāo)巖土工程勘察規(guī)范分類巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001） 分類指標(biāo)：新鮮巖塊的飽和單軸抗壓強(qiáng)度 分類方法：按下表分為2大類4亞類。 巖塊強(qiáng)度分類表 類別亞類飽和單軸抗壓強(qiáng)度(M

6、Pa)代表性巖石硬質(zhì)巖石堅(jiān)硬巖石60花崗巖、花崗片麻巖、閃長(zhǎng)巖、玄武巖、石灰?guī)r、石英砂巖、石英巖、大理巖、硅質(zhì)礫巖等較硬巖石3060軟質(zhì)巖石較軟巖石530粘土巖、頁(yè)巖、千枚巖、綠泥石片巖、云母片巖等極軟巖石54.4.2 巖體的工程分類1、巖體質(zhì)量分級(jí) 2、洞室圍巖分類（錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范GBJ86-85） 3、巖體地質(zhì)力學(xué)分類 4、巴頓巖體質(zhì)量 巖石的質(zhì)量指標(biāo)RQDRQD(rock quality designation) 利用直徑為54mm的金剛鉆機(jī)鉆進(jìn)，用大于10cm長(zhǎng)的巖芯之和與鉆進(jìn)進(jìn)尺長(zhǎng)度之比的百分?jǐn)?shù)表示，即反映巖體的完整性，風(fēng)化程度，但不反映結(jié)構(gòu)面形狀、地下水作用 等級(jí)RQD值（）巖體質(zhì)量190100很好27590好35075中等42550差560306015305155堅(jiān)硬程度堅(jiān)硬巖較堅(jiān)硬巖較軟巖軟巖極軟巖巖體完整程度分級(jí)巖石堅(jiān)