最大水平主应力σhmax=6.7+0.0444H(MPa) 最小水平主应力σhmin=0.8+0.0329H(MPa)
式中H为深度，单位为m．
6 最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较 大，显示出很强的方向性。
一般为0.2～0.8，多数情况下为0.4～0.8。
7地应力分布受多种因素影响特别是地层和断 层的影响最大。
4 地应力的确定方法
1 地应力场实测 ▪ ①量测围岩的绝对应力值，包括大小和方向； ▪ ②量测围岩应力在开挖过程中的相对变化。 2 量测方法： ▪ 直接法：扁千斤顶法，水压致裂法等 ▪ 间接法 ：应力解除法—孔底法、孔壁和孔径法；
应力恢复法。 2 地质力学分析 ▪ ⑴确定围岩初始应力场的方向； ▪ ⑵初始应力场量值的计算； ▪ ⑶水平和垂直应力比值的评价。
3 地应力的分布规律
▪ 岩体中的天然应力状态：非常复杂。 ▪ 影响因素：地质构造、岩性、地形、地貌
等。 ▪ 岩体中的天然应力大小及分布规律的认识
仍是初步的。 ▪ 到目前为止，对天然应力还缺乏完整的系
统理论，还无法进行较完善的理论计算， 只能由实测来确定。 ▪ 这就给天然应力场的确定造成很大困难。
▪ 适合完整脆性岩石中使用 ▪ 缺点：只能确定垂直于钻孔面的2维应力；
精度不够
•孔底应力解除法实施步骤
•1 钻孔至测量深度 2 在孔底贴应变片 3 解除围岩应力。 评价：1 只能测得孔底平面的两个主应力，三维应力需三个孔测量；
2 由于孔底应力集中影响，所测应力较真实原岩应力要高些
•孔壁应力解除法实施步骤
构造应力、温度应力、渗流荷载。 ▪ 围岩的初始应力场：
由于岩体自重和地质构造作用,在开挖隧道前岩体中就 已经存在着一定的地应力场,称为围岩的初始应力场.
地应力测量必要性：
▪ 天然岩体是预应力体 ▪ 工程建设需要 ▪ 数值计算的必备参数 ▪ 分布复杂，要了解必所引起的应力称为 岩体的自重应力。
➢ 由于高地应力的存在，在地下洞室开挖中，会出 现岩石的脆性破裂，积聚在岩石中的应变能由于 突然释放而产生岩爆或剥离。
➢ 在开挖前，岩石处于三向应力状态，岩石强度相 对较高，当开挖后，侧向应力减小至零，而岩石 中的应力积累已超过岩石单轴强度，则当应力超 过值较小时，出现岩石剥离，应力大时出现岩爆。
五 高地应力问题
▪ ②岩坡错动：边坡开挖中，由于高地应力 卸荷后，发生岩坡错动。有两种形式：
五 高地应力问题
▪ 2）构造应力：由地壳构造运动在岩体中所引起 的应力称为构造应力
▪ 3）温度应力：由岩体内地温梯度的影响而产生 的应力称温度应力。3°C/100m
▪ 4）成岩应力：岩石生成过程中在成岩作用下所 产生的应力。如结晶作用，变质作用，沉积作用， 固结作用，脱水作用等。
▪ 5）渗流荷载：地下水在岩体中运动所产生的荷 载。渗流荷载一般作为外荷载
▪ 水力压裂法适合于深部地应力测量（500m以 上）或石油钻孔等
▪ 地质力学法可以给出较大范围内原岩应力的定 性评价，若与实测资料结合，会对工程范围内 岩体的原岩应力作出较可靠的评价。
▪ 最近提出的试算法、多元回归分析法和位移反 分析法等尚有待完善。
5 高地应力问题
岩体中的应力积累达到单轴强度时，就是高 地应力。高地应力表现特征，首先是地震， 在工程上有以下特征： ▪ ①岩爆、剥离
扁千斤顶法－压力枕法
•应力恢复法测地应力
•其基本原理是事先在隧道的岩壁表面安装应变计，并记录下应变计的初读数，然 后在岩壁上掏一个狭长的槽口，这就解除了垂直于槽口的法向约束和平行于槽口 的切向约束，应变计读数将下降；最后将扁千斤顶放入槽口，固定后加压，使应 变计读数恢复到掏槽前的数值。此时，扁千斤顶显示的压力即为岩体中相应方向 的应力
•评价：直接得到应力值，不受岩体应力－应变关系制约；
•所测结果为二次应力，还原原岩应力需根据有关理论进行修正。
水压致裂法原理
Pi=3σ2-σ1+T PS=σ2 Pr=3σ2-σ1 若有裂隙水压P0则在式中减去 该项
Pi—初始开裂压力 Ps—关闭压力 Pr—裂隙重开时的压力
水压致裂法优缺点
▪ 优点：能测量深部应力，已见报道的测点 深5000m；不需预先开巷道；
▪ 6）施工应力：人为因素产生。
▪ 在天然应力中，成岩应力仅在岩石生成过程中起 作用，温度应力在地表浅部作用较小，所以，岩 体中天然应力主要是构造应力和自重应力，两者 构成了天然应力场的主要部分。
▪ 岩体在长期的地质作用过程中，已处于一种天然 的平衡状态，但在工程建设中，不仅会施加附加 应力，还会引起应力重分布，正是由于工程建筑， 岩体的天然稳定状态将随之改变。
3 地应力的分布规律
▪ 1、地应力是一个相对稳定的非稳定应力场， 是时间和空间的函数。 大部分地区为以水平应力为主的三向不等 压应力场。
2 实测垂直应力基本等上覆岩层的重量
3 水平应力普遍大于垂直应力
4 平均水平应 力和垂直应力 的比值随深度 增加而减小， 在不同地区变 化速度不同。
5 最大水平主应力和最小水平主应力随深度呈线性增长 ▪ 斯蒂芬森(O．Stephansson)等人根据实测结果给 出了芬诺斯堪的亚古陆最大水平主应力和最小水 平主应力随深度变化的线性方程： ·
•1 钻孔至测量深度 2 在孔底钻小孔并在孔壁贴应变片 3 解除围岩应力。 评价： 用一个钻孔就可测得围岩三维应力状态
应力解除法总结：
▪ 环境温度效应计补偿 ▪ 假设是：岩石线弹性、连续均质和各项同
性基础上计算而得 ▪ 新的更精确的方法有待建立
原岩应力场确定方法总结
▪ 应力解除和恢复法适用于埋深较浅的隧道或硐 室
第三章 地应力及其测量
▪ 一 概述 ▪ 二 地应力的成因及分类 ▪ 三 分布规律 ▪ 四 测量方法 ▪ 五 高地应力地区的岩石力学问题
1 概述
▪ 地应力 岩体中各种应力的总称（一般不包括渗流荷载）
▪ 应力场 应力在空间有规律的分布状态称为应力场。 如自重应力场，构造应力场。
▪ 天然应力（或初始应力） 指工程施工前就存在于岩体中的应力，如自重应力、