[论文]地应力 [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2008-11-19

地应力研究现状以及在工程应用中存在的问题。
地应力
存在於地壳中的应力。广义上也指地球体内的应力。它包括由地热﹑重力﹑地球自转速度变化及其他因素产生的应力。地质力学认为﹐地壳内的应力活动是使地壳克服阻力﹑不断运动发展的原因﹔地壳各处发生的一切形变﹐如褶皱﹑断裂(见节理﹑断层)等都是地应力作用的结果。

通常﹐地壳内各点的应力状态不尽相同﹐并且应力随(地表以下)深度的增加而线性地增加。由於所处的构造部位和地理位置不同﹐各处的应力增加的梯度也不相同。地壳内各点的应力状态在空间分布的总合﹐称为地应力场。

与地质构造运动有关的地应力场﹐称为构造应力场。通常指导致构造运\动的地应力场。有人也将由於构造运动而产生的地应力场简称为构造应力场。在地质力学中﹐构造应力场是指形成构造体系和构造型式的地应力场﹐包括构造体系和构造型式所展布的地区﹐连同它内部在形成这些构造体系和构造型式时的应力分布状况。有多少类型的构造体系﹐就有多少种类的构造应力场。一定型式的构造体系所代表的应变图像﹐反映了其构造应力场的特徵。通过对构造应力场的分析研究﹐可以推演构造运\动的方式和方向﹐把各个大陆及地区运动的方式和方向综合起来﹐可以推断地壳运\动的方式和方向﹐进而探索地壳运动的起源。

存在於某一地质时期内的构造应力场称为古构造应力场。现今存在的或正在活动的地应力场称为现今构造应力场。现今构造应力场的研究﹐既要实地考察挽近地质时期﹐特别是第四纪以来﹐岩石﹑地层发生的构造变形以及地区的升降﹐也要用适当的仪器装置及其他方法﹐直接测量现今地应力的活动。进行地应力测量时要根据活动的构造体系﹑活动的构造带(如地震带)和重大工程建设要求来布置测点﹐同时配合相应的地质工作。

地应力活动会产生或影响地质构造。剧烈的地应力活动会引起地震。地应力活动还可影响地壳内岩石﹑矿物的物理性质和化学性质。因此﹐也可以利用这种物理和化学性质的改变来分析地应力的活动情况。

地应力问题在你所见的工程中是怎么来认识的，怎么来处理的，它到底是怎么一种力，怎么作用的？类似外荷载，恒力、变力？内力作用，怎么理解？可以它谈谈概念认识，实际工程应用，数值模拟处理方式等等！

岩体是在地质历史过程中形成的，己经经受过变形和破坏，具有一定物质成分和结构并赋存于一定地质环境中的地质体。经历了长期的建造和改造作用后，岩体具有复杂的性态并处于复杂的环境场(应力场、渗流场和温度场)之中，在人类工程经济活动之前，己处于相对的稳态平衡。就岩体而言，应力场和渗流场具有双重性特征，它们既是岩体的有机组成部分，又是岩体的赋存环境，但通常仅作为赋存环境对待。作为赋存环境，地下水可以与岩体中的物质咬岩石和结构面充填物)发生长期的水岩作用，致使岩体约力学性能降低;另一方面，地下水产生的动水压力和静水压力作用，影响和改变着岩体的应力场状态。岩体力学研究表明，温度影响着岩石的变形、强度和破坏特征;同时，温度的变化以及岩体内不同部位的温度差，也会产生应力(温度应力)或者引起原有应力状态的改变。总之，渗流场和温度场对岩体的作用，一是物理化学作用，引起岩体物理、力学性质的改变，二是力学作用，导致岩体应力场的改变，因此，其作用均可分别归于岩体的物理力学性质和应力场之中。基于此，可认为岩体的环境场主要是应力场，尤其在不进行三场(应力场、渗流场、温度场耦合分析时。
一般认为，地应力主要来源于岩体的自重应力和水平构造应力，此外有的学者认为地应力尚存在温度应力、渗流应力、封闭应力、构造剥蚀残余应力和侵入挤压应力等其它来源。地应力的研究方法有地质力学分析、地应力实测和数值计算(如应力函数趋势分析、数学回归分析、有限元回归分析、有限元拟合分析、有限元反演分析、试算法等)。许多学者运用这些方法，对全球应力场、区域应力场、局部应力场进行了大量的研究。研究表明，全球应力场和大区域地应力场是在时间上和空间上相对稳定的非稳定场，而对于小区域(尤其是工程岩体原岩应力场)的应力场分布特征和规律，明显受制于大区域应力场，显示出相对的不均匀性。区域应力场的分布规律受多种因素的影响，如构造运动、地形地貌、构造剥蚀或沉积、岩性分布等:而局部应力则更容易受到局部因素的影响(地形地貌、河流走向、岩体结构特征等) 。
岩体工程的稳定性，是工程岩体应力场与工程岩体特性及其力学响应这一对矛盾的对立统一体相互抗争的具体表现。就地下工程而言，失稳主要是因开挖引起的重分布应力超过围岩强度或过度变形所致，而这两方面的因素均与初始应力场的特征密切相关。
首先，除与工程因素(如工程性质和规模、工程布局和设计方案、开挖方法、支护方式等)和岩体特征有关外，原岩应力场是工程岩体应力场的直接来源，决定着工程岩体应力场的分布特征。理论计算和工程实测资料表明，无论洞形和轴室轴向如何，围岩应力和应力集中均与初始应力有关。其次，工程岩体应力场是在初始应力场基础上，叠加工程作用力而不断发展演化的，其演化的基本规律仍受原岩应力场的制约和影响。
再者，初始应力场不仅决定了原位岩体的力学特征和力学属性，而且原岩力越高，开挖引起的应变能和应力释放越大，即差应力越大，工程岩体因之而受到的卸荷损伤越大。因此，原岩应力场是岩体工程合理布局以及制定开挖支护方案的主要地质依据，历来受到广泛重视和得到深入研究。高地应力问题是危及工程岩体安全的主导因素，国内外许多重要岩石工程均曾经或
正在不同程度地受到高地应力的困挠，因此，高地应力问题已引起国内外岩石力学与工程学界的极大关注并予以深入研究。在中国(尤其是西部广大地区)，如水电工程中的渔子溪、拉西瓦、二滩和锦屏等水电站，以及矿业工程中的开滦赵各庄煤矿、金川镍矿等;在国外，日本的锅立山隧道和平石线隧道等，奥地利的塔威龙隧道和刚史塔英隧道，阿尔贝格隧道和陶恩隧道，南非的许多金矿，前苏联以及其它欧洲国家的许多地下工程。在所有岩石工程中，矿业工程对高地应力最为敏感，因为深部地下采场的地应力更大，矿山巷道又处于频繁的采动影响之下，加之深部地质条件与地表有着很大的差别，开挖将引起很大的应力集中和应力释放，并将产生过大的变形，而且其横向和纵深均随采矿进程而不断变化。
就高地应力的成因而言，一致认为它是由构造运动引起。一些学者认为区域构造剥蚀也是引起高地应力的主要因素之一。目前，对于高地应力的判定尚无统一标准，许多学者从不同的角度分别提出了高地应力的判定方法，大致可分为定性标准和定量标准两类。定性标准即为高地应力的地质标志，如钻孔的缩径和饼岩心、巷道围岩的强烈变形和岩爆、边坡岩体的台阶式错动、岩体渗透系数。定性方法主要用于无地应力实侧资料的地区的应力状态的初步估计，但也可与地应力实测相互佐证。基于地应力实侧值的高地应力定量标准又可分为相对性标准和绝对量值标准。

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只看该作者 1楼发表于: 2011-11-28

识规范、巧学规范、用好规范（转自朱丙寅大师）
1、认识规范规范是对过去经验和成熟技术的总结

1）应充分尊重规范

尊重人（专家）、尊重经验、尊重前人的积累、尊重。。。，充分尊重规范、肯定规范的指导作用。

2）科学辨证地看待规范的具体内容

用发展的眼光看待：过去经验、成熟技术（过去），理解规范规定的局限性和滞后性，不迷信规范。

一代结构宗师、现代预应力混凝土之父林同炎教授要求我们成为“不断探求应用自然法则而不盲从现行规范的结构工程师”。要不盲从规范，就得先理解规范，学习规范的目的不是鼓励大家死抠规范，而是在正确理解规范的前提下灵活运用规范。

2、巧学规范

1）首要的是理解

学规范一定要看条文说明，知道为什么（这么规定），要边看边画，变枯燥的文字叙述为图表，增强记忆。勤记录，规范上画得越多、越花，相信学得越好。

2）要纵、横穿通

将相关条款串起来（综合应用），仔细理解规定背后的规定（直接或隐含）。

（说明：上述1、2选自我多次规范应用研讨班的开场白）。

3、用好规范

结构设计工作枯燥且责任重大，我们有不少网友一遇到问题特别容易激动，在对规范还没有认真吃透的前提下，大发感慨，马上就说如果按规范的规定做就会如何如何，结果明显不合理，所以规范不对。其实自己就是没有静下心来再好好看看规范，就是没有反问自己是不是自己理解错了？有几个例子对我印象很深刻：

例1——关于荷载规范表4.1.1中第8项，对双向板楼盖板跨不小于6mx6m的规定

提问说：要求板跨不小于6mx6m，那对于十字梁布置就要求柱网12mx12m，对井字梁布置就要求柱网18mx18m，有消防车时，哪有做18mx18m柱网的呀，所以规范有问题。

例2——关于地基规范8.2.7条第3款1）

提问说：规范要求基础的宽高比大于2.5，那小于2.5怎么办，所以规范规定不全面。

与上述问题类似的情况在我的博客中并不少见，上述问题的出现就是没有认真再看看规范，是急躁、过于自信的结果。其实对规范的理解和认识我有切深的体会也可以说是教训：

那是在我工作三年后，我第一次担任工程的结构专业负责人，现在看来这个工程很简单，地上7层，无地下室，框架-剪力墙结构，剪力墙围绕楼、电梯布置形成核心筒，也就是现在的框架-核心筒结构，采用桩基础。由于核心筒作为主要抗侧力结构承担了大部分由地震作用引起的弯矩，中筒下要布置很多桩。当时觉得不合理、太浪费（其实计算结果合理），就只按竖向荷载确定桩数，审定、审核也是太相信我，没看出问题就出图了。在承台施工完后，院里抽查，院总发现有问题，只好通过减小上部结构刚度，满足设计要求。

现在重新回顾上述工程得出以下体会：

1、结构设计千万不能盲目自信

当时觉得自己三年多积累了不少经验，现在工作25年多再看，3年算什么。现在常有人说他干了5-6年（或10年左右）结构设计，言语之中觉得自己学问蛮大，工程经验已相当丰富了，其实，我不这么看，工作25年后我也不敢这么说，结构设计每天都有新挑战。

2、专家就是专家，虚心很重要

为什么专家一眼就能看出来的问题，我当时就没有认识到呢？这就是差距，所以要充分尊重专家，不能盲目自大，有句老话叫“谦虚使人进步”吗。

3、要勤于思考

结构设计思考最重要，要自己多想、多问，自己给自己提问题，再回答问题，这样进步将很快。有些人不喜欢这样，喜欢学小鸟，总张个嘴，就等别人喂，其实别人砠嚼过的东西就没味了。我常要求我们工作室的年轻人“做结构设计的有心人”，你的眼光要有别于其他人。别人看鸟巢觉得很好看，很壮观，但你得看它的本质，看它的主结构，要看出结构的味来。

4、要打好基础

结构设计没有很好的基础永远也做不好。其实做结构设计总会遇到问题，旧的问题、新的问题，就要我们去看书，去补课。最基本的知识、最基本的技能就是我们在学校里所学的，有人不注意这些，一工作就急于上手，结果基础不牢，想做好也不可能。比如说：有网友问地下室顶板与地下室外墙是刚接还是铰接，我说要结合板和墙的线刚度综合确定，他就问什么是刚度、什么是线刚度等等，总方恨少”，但认识了就还不晚，办法只有一个，就是自己看书。

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