剥蚀可以造成巨大的水平应力。由构造作用与由剥蚀作用 产生的水平应力的主要区别在于，由构造作用产生的水平应力 具有明显的方向性；而由剥蚀产生的水平应力，不具方向性14 。
3 岩石力学性质对地应力的影响 岩体地应力是能量积累与释放的结果。从能量
的积累观点来看，岩体应力的上限必然要受到岩体强
度的限制。 例如，当 Ｅ＝50GPa 以上的岩体，最大应 力一般为 10～30MPa ，而 Ｅ＝10GPa 以下的岩体应力
9
水平方向
? x ? ? y ? ? ?z
? ——侧压系数。
假定水平方向应变为零，根据胡克定 律可导出下式
? ? ?? ????x
?
?
1 E
?x
?
?
? y??z
?0
? ? ????y
?
1 E
?
y?
? ?? x ? ? z ??
0
10
连立求解，得
?
x
?
?
y
?
? 1? ?
?
z
?
? 1? ?
?H
即
?? ? 1? ?
3 地应力及其测量原理
3.1 概 述
3.1.1 地应力概念
a 地层未受到扰动时，存 在于地层内各点的应力称为 原岩应力 ，或称为原始应力 ， 或称为初始地应力 （in situ stress ）。它是地下工程围 岩变形、破坏、支护结构受 力的根本渊源。
1
b 当地层被开挖 后，存在于开挖空间 周围岩体中重新分布 的应力称为 次生应力， 也叫诱发应力 （induced stress ）。
?20世纪60年代中期之后，开创了三维地应力测量技 术，其中以澳大利亚联邦科学和工业研究组织研制的 CSIRO 型空心包体应变计应用最为广泛。
?20世纪 60年代末，美国人费尔赫斯特和海姆森提出 了水压致裂法，其突出优点是能够测量地壳深部的地 应力。
?20世纪80年代初，瑞典国家电力局 (SSPB) 研制成功
2 新构造运动应力是现今正在形成某种构造 体系和构造型式的应力，也是导致当今地震和 最新地壳变形的应力。
3 封闭应力是在各种地质因素长期作用下 残存于结构内部的应力。
12
3.2.3 地应力的影响因素
1 地质构造对地应力的影响
地质构造主要影响地应力的分布和传递：
（1）在静应力场中，断裂构造对地应力大小和方向的影响 是局部的。
了水下钻孔三向应变计
4
?20世界80年代后， Zoback 、 StePhansson 、Klein 和Ban 、Herget 、 Hudson 、Kugawara 、格佐夫斯 基等人绘制了美国大陆、斯堪的纳维亚半岛、西欧、 加拿大、英国、日本、前苏联的地壳应力图。
2 国பைடு நூலகம்发展情况
?20世纪 40年代，地质学家李四光把地应力作为地 质力学的一部分进行了研究。
?1980年国家地震局首次进行了水力压裂地应力测量， 从而迈出了我国深部应力测量的第一步。
?20世纪 80年代以后，空心包体应变计进入我国，随 后地质力学所、长冶院和长科院等研制了 KX-81 ， KX-2003 ，CKX-97 ，CKX-01 型空心包体。北京科技 大学的蔡美峰对 CSIRO 空心包体应变计做了重大改进。
很少超过 10MPa 。
这样，弹性模量较大的岩体有利于地应力积累， 所以地震和岩爆容易发生在这些部位，而塑性岩体容 易产生变形，不利于应力积累 。
15
4 温度对地应力的影响
岩体温度对地应力的影响表现在两个方 面：地温梯度和岩体局部温度的影响。
地温梯度一般为 3℃／100ｍ
了原岩应力的测量。
3
?在20世纪50年代，瑞典人哈斯特 (Hast) 采用应力解 除法和压磁变形计在现场进行了大规模的地应力测量。 1958年首次公布了他于 1952-1953 年在瑞典拉伊斯瓦 尔(Laiswall) 铅矿和斯堪的纳维亚半岛四个矿区的地
应力测量结果，首次测得近地表地层中的水平应力高 于垂直应力，引起了人们的关注。
?1991年刘允芳、 1994年高建理，提出利用水压致裂 法进行三维地应力测量，取得了很好的测量结果。
?2004 年葛修润，侯名勋提出了一种钻孔局部壁面应 力全解除法；胡斌，章光等在套孔应力解除的基础上 提出了一次套钻确定三维地应力的新型钻孔变形计。6
3.2 地应力的构成及影响因素
?重力应力
原岩应力????构造应力???新 古构 构造 造应 残力 余应力
? ?
??封闭应力
??温度应力
7
3.2.1 自重应力 由地壳岩层的重量引起。
x
x
?1H1
?2 H 2
y
?z
z
?x ?y
? z ?nHn
?x
z
(a)单一地层
(b)多层地层
垂直应力计算方法 8
垂直方向
? z ? ?H
? ——上覆岩层平均容重。
n
? ? z ? ?i H i i?1
? i ——上覆各层岩体容重；
当泊桑比值为0.5时，得到侧压系数为1.0 ， 所以海姆观点是金尼克公式的一个特例。
岩石的泊桑比值通常在0.10~0.35之间。因
此在自重应力场中侧压系数在0.10~0.54之间，
而主要在0.25~0.43之间。
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3.2.2 构造应力
1 古构造应力：是地质史上由于构造运动残 留于岩体内部的应力，也称为构造残余应力。
（2）在同一构造单元体内地应力大小和方向均较一致，而 靠近断裂或其他分离面附近大小和方向才有较大变化。
（3）在活动断层附近和地震地区，地应力大小和方向都有 较大变化。
（4）地质构造面与地应力方向关系，一般在水平面内，最 大主应力的方向常垂直于构造线。
13
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。
?地应力实测工作从上个世纪 60年代初开始， 1962~1964 年在三峡平善坝坝址获得了岩体表面应力 测量成果。
?1964年，在陈宗基院士的带领下，中国科学院武汉
岩土力学研究所在湖北大冶铁矿进行了国内首次应力
解除测量，测量深度为 80m。
5
?1966 年开展了地应力对地震预报的研究，并在河北 省隆尧县建立了我国第一个地应力观测台站，
2
3.1.2 地应力研究国内外情况
1 国外发展情况
? 1905-1912 ，瑞士地质学者海姆（ Heim ）假定
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? 1925-1926 ，金尼克假定
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?1932年，美国人劳伦斯 (Lieurace) 在胡佛坝下面的
一个隧道中采用岩体表面应力解除法首次成功地进行