岩体地应力及其测量方法综述_3
岩体地应力及其测量方法综述论文导读：产生地应力的原因是十分复杂的，地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆浸入和地壳非均匀扩容等。地形地貌对地应力的影响是复杂的，剥蚀作用对地应力也有显著的影响，剥蚀前，岩体内存在一定数量的垂直应力和水平应力，剥蚀后，垂直应力降低较多，但有一部分来不及释放，仍保留一部分应力数量，而水平应力却释放很少，基本上保留为原来的应力数量，这就导致了岩体内部存在着比现有地层厚度所引起的自重应力还要大很多的应力数值。应力解除法是岩体应力测量中应用较广的方法。(2)对于地表剥蚀作用对初始地应力反演的影响问题，若不能考虑剥蚀作用，仅考虑自重和构造作用进行回归分析，但重力因子也会大于1，此时，不宜用所有测点去拟合地应力场，用于各部位的分析计算，而应当进行边坡和坝肩分析，宜用近地表测值反演。关键词：地应力，剥蚀作用，应力解除法，重力因子
1 地应力的成因及其分类地应力一般是质地壳岩体处在未经人为扰动的天然状态下所具有的内应力，或称初始应力，主要是在重力和构造运动综合作用下形成的应力，有时也包括在岩体的物理、化学变化及岩浆浸入等作用下形成的应力[1]。
1.1 地应力的成因
产生地应力的原因是十分复杂的，地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应
力、地心引力、地球旋转、岩浆浸入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的应力场。其中，构造应力场和自重应力场为现今地应力场的主要组成部分。
1.2 地应力的分类
地应力按不同起源分为：自重应力、构造应力、剩余应力和变异应力。值得注意的是剩余应力与残余构造应力是完全不同的：剩余应力不具有方向性，常是σx=σy；而残余应力引起的高水平应力具方向性，σx 与σy相差较大[2]。
2 岩体地应力的影响因素地壳深层岩体地应力分布复杂多变，造成这种现象的根本原因在于地应力的多来源性和多因素影响，但主要还是由岩体自重、地质构造运动和剥蚀决定。水平初始应力随深度的变化并不存在线性增大的变化关系，在地壳浅部与深部的变化规律是不同的。在众多的地应力分布影响因素中，地质构造历史、岩性和河谷切割地貌是主要因素。
2.1岩体自重的影响
岩体应力的大小等于其上覆岩体自重，研究表明[3]：在地球深部的岩体的地应力分布基本一致。但在初始地应力的研究中人们发现，岩体初始应力场的形成因素众多，剥蚀作用难以合理考虑，在常规的反演分析中，通常只考虑岩体自重和地质构造运动。以重力因子表示反演重度与实测重度的比值，在初始应力场的反演中，重力因子往往大于1，即反演所得岩体重度大于实测重度，这一现象未得到合理解释，
常引起研究者和工程师的困惑。易达、陈胜宏[4]运用有限元数学模型回归分析法，考虑自重、剥蚀和构造作用，通过算例进行了分析，得出地表剥蚀作用是导致重力因子大于1的主要原因。
2.2地形地貌和剥蚀作用对地应力的影响
地形地貌对地应力的影响是复杂的，剥蚀作用对地应力也有显著的影响，剥蚀前，岩体内存在一定数量的垂直应力和水平应力，剥蚀后，垂直应力降低较多，但有一部分来不及释放，仍保留一部分应力数量，而水平应力却释放很少，基本上保留为原来的应力数量，这就导致了岩体内部存在着比现有地层厚度所引起的自重应力还要大很多的应力数值。
2.3构造运动对地应力的影响
在地壳深层岩体，其地应力分布要复杂很多，此时由于构造运动引起的地应力对地应力的大小起决定性的控制作用。研究表明：岩体的应力状态，一般其铅垂应力分量是由其上覆岩体自重产生的，而水平应力分量则主要由构造应力所控制，其大小比铅垂应力要大得多。
2.4岩体的物理力学性质的影响
从能量的角度看，地应力其实是一个能量的积聚和释放的过程。因为岩石中地应力的大小必然受到岩石强度的限制，可以说，在相同的地质构造中。地应力的大小是岩性因素的函数，弹性强度较大的岩体有利于地应力的积累，所以地震和岩爆容易发生在这些部位,而塑性岩体因容易变形而不利于应力的积累。
2.5水、温度对地应力的影响
地下水对岩体地应力的大小具有显著的影响，岩体中包含有节理、裂隙等不连通层面，这些裂隙面里又往往含有水，地下水的存在使岩石孔隙中产生孔隙水压力，这些孔隙水压力与岩石骨架的应力共同组成岩体的地应力。温度对地应力的影响主要体现在地温梯度和岩体局部受温度的影响两个方面。由于地温梯度而产生的地温应力，岩体的温度应力场为静压力场，可以与自重应力场进行代数迭加；如果岩体局部寒热不均，就会产生收缩和膨胀，导致岩体内部产生应力。
综上所述，岩体中的地应力场是一个具有三维空间的复杂应力场，它的大小和分布规律受到多种因素的影响，这也对地应力场的测量带来了很大的影响和不确定因素。
3. 岩体地应力测量应注意的问题3.1测量孔位和深度的确定
地应力测量孔位的选定应考虑地形地貌、测孔周围的断裂分布、岩性、人工活动、地表风化等因素[6]。地应力测量孔位应尽可能选在地形相对平缓地段，为配合重大工程建设需要,测量孔位应尽量较均匀分布在研究区具有代表性的构造部位，以便对研究区应力分布有总体了解，并与模拟实验结果相互验证。研究区测孔应尽量选同一岩性，这样可避免测值之间的岩性校正，便于对比分析。对于峡谷区，在测量之前应作一定的前期分析，大致确定所测地段非构造应力的影响深度，以确定测孔钻探深度，避免测量未超过非构造应力影响范围而影响研究区区域应力场分析。
3.2 地形地貌对地应力测量状态的影响分析
关于地形地貌对地应力的影响，国内外许多科学家已作了大量研究。
谭成轩等[7]学者在前人研究的基础上，依据实测资料，运用大量室内三维模拟分析讨论了地形地貌对地应力大小的影响，并提出构造应力面的概念。沟谷宽度影响非构造应力集中范围大小和形状，而不影响构造应力面的深度；山体高度不仅影响非构造应力集中范围大小和形状，还影响构造应力面的深度。水平侧压力和山体高度是影响构造应力面深度的主要因素。当水平侧压力随深度变化梯度与重力梯度相等时，在沟谷底部构造应力面深度近似等于山体高度。当水平侧压力随深度变化梯度增大构造应力面深度与其呈线性增加，同时在沟谷或坡角非构造应力集中强度加强。