第二章 地殼巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)

第二章地殼巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)2.1基本概念及研究定義2.1.1巖體應(yīng)力的一些基本概念地殼巖體內(nèi)的天然應(yīng)力狀態(tài)，是指未經(jīng)人為擾動(dòng)的，主要是在重力場(chǎng)和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的綜合作用下，有時(shí)也在巖體的物理、化學(xué)變化及巖漿侵入等的作用下所形成的應(yīng)力狀態(tài)，常稱為天然應(yīng)力或初始應(yīng)力。人類從事工程活動(dòng)，在巖體天然應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)，因挖除部分巖體或增加結(jié)構(gòu)面而引起的應(yīng)力，稱為感生應(yīng)力。

按成因，可對(duì)構(gòu)成巖體應(yīng)力的各組分作如下分類：巖體應(yīng)力：天然應(yīng)力和初始應(yīng)力（virginalstress）

自重應(yīng)力（gravitationalstress）

構(gòu)造應(yīng)力（tectonicstress）活動(dòng)的（activetectonicstress）剩余的（residualtectonicstress）

變異及殘余應(yīng)力（alteredandresidualstress）

感生應(yīng)力（inducedstress）

⑴.自重應(yīng)力：在重力場(chǎng)作用下生成的應(yīng)力為自重應(yīng)力。在地表近水平的情況下，重力場(chǎng)在巖體內(nèi)的某一任意類形成相當(dāng)于上覆巖層重量的垂直正應(yīng)力σv。σv=γh（r為巖石的容重；h為該點(diǎn)的埋深；σv相當(dāng)于該點(diǎn)三向應(yīng)力中的最大主應(yīng)力。）由于泊松效應(yīng)（即側(cè)向膨脹）造成水平正應(yīng)力σh，相當(dāng)于三向應(yīng)力中的最小應(yīng)力：

（μ為巖體的泊松比，N。稱為巖體的側(cè)壓力系數(shù)。）

對(duì)于大多數(shù)堅(jiān)硬巖體：μ為0.2～0.3，即N。為0.25～0.43。對(duì)于半堅(jiān)硬巖體:N。大于0.43；而且當(dāng)上覆荷載大，下伏巖體呈塑流時(shí)，μ接近0.5，N。近于1，也就是說(shuō)該點(diǎn)近于靜水平應(yīng)力狀態(tài)。⑵構(gòu)造應(yīng)力巖石圈運(yùn)動(dòng)在巖體內(nèi)形成的應(yīng)力稱為構(gòu)造應(yīng)力。構(gòu)造應(yīng)力又可稱為活動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力和剩余構(gòu)造應(yīng)力?；顒?dòng)構(gòu)造應(yīng)力，即狹義的地應(yīng)力，是地殼內(nèi)現(xiàn)在正在積累的能夠?qū)е聨r石變形和破裂的應(yīng)力。剩余的構(gòu)造應(yīng)力是古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)殘留下來(lái)的應(yīng)力。⑶變異及殘余應(yīng)力變異應(yīng)力：巖體的物理、化學(xué)變化及巖漿的侵入等引起的應(yīng)力。具體來(lái)說(shuō)是巖體的物理狀態(tài)、化學(xué)性質(zhì)或賦存條件的變化引起的，通常只具有局部意義，可統(tǒng)稱為變異應(yīng)力。殘余應(yīng)力：承載巖體遭受卸荷或部分卸荷時(shí)，巖體中某些組分的膨脹回彈趨勢(shì)部分地受到其他組分的約束，于是就在巖體結(jié)構(gòu)內(nèi)形成殘余的拉、壓應(yīng)力自相平衡的應(yīng)力系統(tǒng)，此即殘余應(yīng)力。2.1.2巖體天然應(yīng)力狀態(tài)類型目前有三種觀點(diǎn)：⑴由瑞士地質(zhì)學(xué)家海姆于1905-1912年提出的，他以巖體具有蠕變的性能為依據(jù)，認(rèn)為地殼巖體任一類的應(yīng)力都是各向相等的，均等于上覆巖層的自重，即：σx=σy=σv=rh⑵垂直應(yīng)力為主的觀點(diǎn)基于彈性理論提出的，認(rèn)為巖體內(nèi)的應(yīng)力主要是重力場(chǎng)作用下形成的自重應(yīng)力。⑶水平應(yīng)力為主的觀點(diǎn)近年來(lái)，大量的震源機(jī)制資料和應(yīng)力實(shí)測(cè)資料清楚地揭示出地殼巖體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)存在著不同的類型，其中包括以下三種典型情況：①.中間主應(yīng)力近于垂直，最大主應(yīng)力σ1和最小主應(yīng)力σ3近于水平，我國(guó)的大多數(shù)地區(qū)如邢臺(tái)、新豐江、丹江口以及西南南北向構(gòu)造均屬這種類型。在這種應(yīng)力狀態(tài)下，如果發(fā)生破壞（或再活動(dòng)）是沿走向與最大主壓應(yīng)力成約30°～40°左右交角的陡立面產(chǎn)生走向滑動(dòng)性的斷裂活動(dòng)，此類三向應(yīng)力狀態(tài)稱為潛在走向滑動(dòng)型。

②.最小主應(yīng)力軸σ3近于垂直，最大主應(yīng)力與中間主應(yīng)力軸近于水平。喜媽拉雅的前緣地區(qū)屬于這種類型。在此種應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的破壞，是逆斷型的，即沿走向與最大主應(yīng)力垂直的剖面X裂面產(chǎn)生逆斷活動(dòng)，故可稱為潛在逆斷型。③應(yīng)力場(chǎng)中的最大主應(yīng)力軸σ1垂直，其余兩主應(yīng)力水平分布。在地處大洋中脊軸部地帶的冰島地區(qū)測(cè)得的三向應(yīng)力狀態(tài)就是這種類型。此應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的破壞（或再活動(dòng)），是沿走向與最小主應(yīng)力軸相垂直的面，發(fā)生正斷性質(zhì)的活動(dòng)，故可稱為潛在正斷型。上述為三種典型情況，大多數(shù)地區(qū)接近其中某一種，有些地區(qū)應(yīng)力狀態(tài)屬主應(yīng)力軸傾斜的過(guò)度類型?？傊罅繉?shí)測(cè)資料表明，世界上大多數(shù)地區(qū)巖體內(nèi)的天然應(yīng)力狀態(tài)是以水平應(yīng)力為主。

2.1.3研究意義地殼巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)與人類的工程活動(dòng)關(guān)系極大，它不僅是決定區(qū)域穩(wěn)定性的重要因素，而且往往對(duì)各類建筑物的設(shè)計(jì)和施工造成直接的影響。實(shí)踐表明，在高應(yīng)力區(qū)，地表、地下工程施工期間所進(jìn)行的巖體開(kāi)挖工作，往往能在巖體內(nèi)引起一系列與卸荷回彈和應(yīng)力釋放相聯(lián)系的變形和破壞現(xiàn)象，其結(jié)果是不僅會(huì)惡化地基或邊坡巖體的工程地質(zhì)條件，而且作用的本身有時(shí)也會(huì)對(duì)建筑物造成直接的危害。地殼開(kāi)挖導(dǎo)致的巖體變形和破壞主要有以下幾種類型：⑴基坑底部的隆起、爆裂和沿已有結(jié)構(gòu)面的逆沖錯(cuò)動(dòng)。

⑵邊墻向向臨空方方向的水水平位移移和沿已已有的近近水平的的結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪剪切錯(cuò)動(dòng)動(dòng)。⑶邊墻或或邊坡巖巖體的傾傾斜。地下開(kāi)挖挖產(chǎn)生的的巖體變變形和破破壞也有有不同的的類型：：⑴拱頂裂裂縫掉塊塊；⑵邊墻內(nèi)內(nèi)鼓張裂裂；⑶底鼓及及中心線線偏移；；⑷施工導(dǎo)導(dǎo)坑縮徑徑。此外，修修建高壩壩、大型型水庫(kù)和和深大的的地下硐硐室等，，常能在在更大范范圍內(nèi)天天然應(yīng)力力的平衡衡，引起起一系列列諸如斷斷層復(fù)活活、水庫(kù)庫(kù)地震以以及大型型巖爆等等嚴(yán)重危危害建筑筑物和人人民生命命財(cái)產(chǎn)的的工程地地質(zhì)作用用。對(duì)于于天然巖巖體應(yīng)力力狀態(tài)的的研究，，是工程程地質(zhì)工工作者的的一項(xiàng)重重要任務(wù)務(wù)。2.2影響巖體體天然應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)的主要要因素及及其作用用2.2.1地區(qū)區(qū)地質(zhì)條條件及巖巖體所經(jīng)經(jīng)歷的地地質(zhì)歷史史對(duì)巖天天然狀狀態(tài)的的影響⑴巖體的的巖性及及結(jié)構(gòu)特特征對(duì)天天然巖體體應(yīng)力狀狀態(tài)形成成的影響響。a：巖體的巖巖性及結(jié)結(jié)構(gòu)特征征決定著著巖體的的容重（（γ）和泊松比比（μ）等物理力力學(xué)性質(zhì)質(zhì)指標(biāo)的的大小，，從而影影響自重重應(yīng)力場(chǎng)場(chǎng)特征（（σv=γh）。b：在統(tǒng)一區(qū)區(qū)域構(gòu)造造應(yīng)力作作用下，，巖體內(nèi)內(nèi)應(yīng)力分分布的特特征主要要取決于于巖性、、結(jié)構(gòu)特特征及其其非均一一性。c:巖體的巖巖性和結(jié)結(jié)構(gòu)特征征決定著著巖體的的強(qiáng)度及及其蠕變變特征，，因而決決定了巖巖體承受受及傳遞遞應(yīng)力的的能力。。⑵構(gòu)造作用及及其演變歷史史對(duì)巖體天然然應(yīng)力狀態(tài)形形成的影響。。統(tǒng)計(jì)表明活動(dòng)的構(gòu)造應(yīng)力對(duì)世界上大部部分地區(qū)巖體體的天然應(yīng)力力狀態(tài)起著決決定性的作用，而剩余余構(gòu)造應(yīng)力作作用僅局限于于一些地區(qū)。。⑶區(qū)域卸荷作作用對(duì)地殼表表層巖體應(yīng)力力狀態(tài)形成的的影響。區(qū)域性的地表表剝蝕卸荷作作用在增大某某些巖體內(nèi)的的水平應(yīng)力方方面有著重要要的作用。對(duì)于侵入體，，當(dāng)巖體侵入入時(shí)，由于巖巖體呈熔融狀狀態(tài)侵入地下下一定深處，，其中的應(yīng)力力呈靜水應(yīng)力力式分布。如下圖所示：：AB為原始地面，，則巖體內(nèi)任任一深度h0+h處的P點(diǎn)的應(yīng)力為：：σh=σv=γ(h0+h)此后，巖體經(jīng)經(jīng)剝蝕而出露露地表。隨著著巖體剝蝕卸卸荷，巖體內(nèi)內(nèi)的應(yīng)力隨之之而變化，但但垂直應(yīng)力σv與水平應(yīng)力σh的變化幅度不不同。假定剝剝蝕厚度為h0，則上述P點(diǎn)處的σv和σh分別變?yōu)椋害襳=γ(h0+h)-γh0=γhσh=γ(h0+h)-μ/(1-μ)×γh0=γh-((1-2μ)/(1-μμ))×γh0(a)可見(jiàn)地表卸荷荷在增大侵入入巖體內(nèi)水平平應(yīng)力方面起起了重要作用用。但卸荷作作用在巖體內(nèi)內(nèi)造成的高水平應(yīng)力不不具方向性，即σx=σy，所以與構(gòu)造作作用造成的各各向不等的高高水平應(yīng)力區(qū)區(qū)區(qū)別明顯。。2.2.2巖體內(nèi)自由臨臨空面附近的的應(yīng)力重分布布及應(yīng)力集中作用巖體內(nèi)自由臨臨空面附近的應(yīng)力重重分布及應(yīng)力力集中作用是促使巖體內(nèi)內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)復(fù)復(fù)雜化的另一一個(gè)重要因素素。巖體內(nèi)的自由由臨空面包括括地表的和地地下的兩類，，前者主要是是地表水流的的切割造成的的；而后者則則與各種成因因的地下洞穴穴的形成有關(guān)關(guān)。河谷下切所引引起的應(yīng)力變變化有以下幾幾條規(guī)律：⑴主應(yīng)力方向向在河谷臨空空面附近發(fā)生生明顯的變化化：最大主應(yīng)力與與臨空面近于于平行，而最小主應(yīng)應(yīng)力則與之近近于垂直。⑵最大主應(yīng)力由由內(nèi)向外逐漸漸增大，至臨臨空面達(dá)到最最大值，而最小主應(yīng)力力則恰好相反反，即由內(nèi)向外逐逐漸減少，至至臨空面處變變?yōu)榱?，有時(shí)時(shí)甚至出現(xiàn)拉拉應(yīng)力。與此此相聯(lián)系，剪應(yīng)力在臨空空面附近，特特別是在下部部坡腳處，顯顯著增大。錦屏河谷下切切后最大主應(yīng)應(yīng)力分布錦屏河谷下切切后剪應(yīng)力分分布圖⑶通常將最大大主應(yīng)力（或或剪應(yīng)力）在在臨空面附近近增大（或減減少）的現(xiàn)象象稱為應(yīng)力集中，而將變化后的的主應(yīng)力與初初始應(yīng)力之比稱為應(yīng)力集中系數(shù)數(shù)。臨空面附近的的應(yīng)力集中現(xiàn)現(xiàn)象通常在坡腳處及河谷谷底部表現(xiàn)得最為強(qiáng)強(qiáng)烈，可達(dá)原原始應(yīng)力場(chǎng)中中水平應(yīng)力的的三倍。因此，在高應(yīng)應(yīng)力區(qū)，河谷谷臨空面附近近的應(yīng)力集中中，往往使周周圍巖體內(nèi)的的應(yīng)力（特別別是坡腳和谷谷底）超過(guò)其其強(qiáng)度，使巖體發(fā)生破破裂變形，生成各類表生結(jié)構(gòu)構(gòu)面。而表層巖體體內(nèi)的應(yīng)力又又因釋放而降降低，圍繞河河谷臨空面形形成一個(gè)應(yīng)力力降低帶，高高應(yīng)力集中區(qū)區(qū)則向巖體內(nèi)內(nèi)部轉(zhuǎn)移。值得一提的是，垂直于最大主主應(yīng)力的河谷谷段，臨空面附近的的應(yīng)力集中程程度要比平行行于最大主應(yīng)應(yīng)力的河谷段段高得多。模型Ⅰ表示的的是兩長(zhǎng)一短短的彈簧被同同時(shí)固定在兩兩端的夾具之之間。這樣A、B兩類彈簧因發(fā)發(fā)生了彈性變變形而處于不不同的受力狀狀態(tài)。但是A類彈簧受到的的是壓縮變形形，內(nèi)部產(chǎn)生生壓應(yīng)力；而而B(niǎo)彈簧則因處于于引張狀態(tài)而而產(chǎn)生拉應(yīng)力力。體系內(nèi)上上述兩類應(yīng)力力的總和彼此此相等，故而而整個(gè)體系在在外荷載為零零的情況下處處于內(nèi)力平衡衡狀態(tài)。2.2.3巖巖體切割割面附近的殘殘余應(yīng)力效應(yīng)應(yīng)非均質(zhì)的承載載巖體，卸荷荷后，天然巖巖體內(nèi)形成自自我平衡的殘殘余應(yīng)力體系系，可用圖ⅠⅠ及圖Ⅱ所示示的力學(xué)模型型來(lái)表示。模型I然而，天然然巖體大多多是一種粘粘-彈性介介質(zhì)，更符符合于Ⅱ圖圖所示的沃沃依特流變變模型。與與模型Ⅰ不不同的是，，以阻尼器器（粘滯性性約束元件件）代替彈彈性約束元元件B彈簧。因粘粘滯元件具具有流變性性，故隨著著時(shí)間的推推移，其內(nèi)內(nèi)部的拉應(yīng)應(yīng)力將不斷斷降低，從從而導(dǎo)致整整個(gè)應(yīng)力體體系的松弛弛。所以，，從整體來(lái)看看，這類殘殘余應(yīng)力體體系始終處處于內(nèi)力緩緩慢降低的的動(dòng)平衡之之中。力學(xué)模型II在自我平衡衡的殘余應(yīng)應(yīng)力體系中中，起主導(dǎo)導(dǎo)作用的是是約束元件，，正是由于它它的存在，，殘余應(yīng)力力的形成才才成為可能能?！凹s束束元件”一一旦喪失其其約束能力（例如當(dāng)拉拉應(yīng)力超過(guò)過(guò)其抗拉強(qiáng)強(qiáng)度時(shí)），，束縛于體體系內(nèi)的殘殘余應(yīng)變能能就會(huì)突然然而猛烈地地以膨脹回回彈和生成成垂直于卸卸荷方向的的引張裂面面的方式釋釋放出來(lái)，，對(duì)以該巖巖體為地基基或環(huán)境的的結(jié)構(gòu)物發(fā)發(fā)生影響或或危害。2.3我我國(guó)地應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)的空空間分布及及隨時(shí)間變變化的規(guī)律2.3.1地應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)的空空間分布及及其與板塊塊運(yùn)動(dòng)的關(guān)關(guān)系2.3.1.1我國(guó)國(guó)地應(yīng)力場(chǎng)場(chǎng)的空間分分布特點(diǎn)（1）各地最大主主應(yīng)力的發(fā)發(fā)育呈明顯顯的規(guī)律性性各地的σ1方向均與由由各該點(diǎn)向向我國(guó)的察察隅和巴基基斯坦的伊伊斯蘭堡聯(lián)聯(lián)線所構(gòu)成成的夾角等等分線方向向相吻合或或相近似，，僅在兩側(cè)側(cè)邊緣地帶帶略有偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，即東側(cè)側(cè)向順時(shí)針針偏轉(zhuǎn)，西西側(cè)向逆時(shí)時(shí)針偏轉(zhuǎn)。。（2）三向應(yīng)力狀狀態(tài)及其所所決定的現(xiàn)代構(gòu)造活活動(dòng)類型呈有規(guī)律的的空間分布布：①潛在逆斷斷型應(yīng)力狀狀態(tài)區(qū)主要要分布于喜喜馬拉雅山山前緣一帶帶，其主要要特點(diǎn)是兩兩個(gè)水平主主應(yīng)力均大大于垂直主主應(yīng)力。（σ3垂直，σ1和σ2水平）②潛在走滑滑型應(yīng)力狀狀態(tài)區(qū)主要要分布于我我國(guó)中西部部廣大地區(qū)區(qū)，其主要要特點(diǎn)是只只有一個(gè)水水平主應(yīng)力力大于垂直直主應(yīng)力，，具中等擠擠壓區(qū)的特特征。。（σ2垂直，σ1和σ3水平）③潛在正斷斷型和張剪剪性走滑應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)區(qū)區(qū)主要分布布于我國(guó)的的東部和東東北部，其其主要特點(diǎn)是是：區(qū)內(nèi)新生代代以來(lái)正斷斷層與地塹塹或斷陷盆盆地十分發(fā)發(fā)育，發(fā)育育方向NE、NEE，推積厚度數(shù)數(shù)千米；區(qū)區(qū)內(nèi)KZ堆積具雙層層結(jié)構(gòu)(圖圖2-20)，E充填斷陷盆盆地，N-Q掩埋了E時(shí)期的地塹塹和地壘，，形成了現(xiàn)現(xiàn)代的低平平的平原地地形，橫向向差異?。?；區(qū)內(nèi)地震震由兩個(gè)方方向斷裂引引起，即NNE向斷裂的右右旋兼張性性活動(dòng)和NNW向斷裂的左左旋兼張性性活動(dòng)。衛(wèi)星影象及及天然地震震的震源機(jī)機(jī)制資料還還揭示，在在西藏高原原內(nèi)腹，還存在著一一個(gè)局部潛潛在正斷型型應(yīng)力分布布區(qū)(圖2—19)。該區(qū)內(nèi)內(nèi)廣泛地發(fā)發(fā)育著可能能是新生代代形成的近近南北向的的正斷層和和地塹式的的斷陷谷地地。該區(qū)天天然地震的的震源機(jī)制制也大多屬屬正斷層，，且主拉應(yīng)應(yīng)力軸為近近東西(圖2—21)。2.3.1.2地地應(yīng)力場(chǎng)的的形成與板板塊運(yùn)動(dòng)的的關(guān)系我國(guó)大部分分地區(qū)最大大主應(yīng)力方方向和量值值的上述變變化規(guī)律，，完全是由由印度板塊塊與歐亞板板塊的碰撞撞、擠壓所所導(dǎo)致的。。一般認(rèn)為為，白堊紀(jì)紀(jì)末印度板板塊從西南南向北北東東方向推移移，并在始始新世中期期末，即大大約距今3800萬(wàn)萬(wàn)年前與歐歐亞板塊相相碰撞（對(duì)對(duì)接）。此此后印度板板塊仍以每每年約5cm的速度向北北北東方向向推進(jìn)，這這樣一種巨巨大而持續(xù)續(xù)的板塊間間的相互作作用是控制制我國(guó)西部部地區(qū)地應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)的決決定性因素素；在同一時(shí)期期，東部太太平洋板塊塊和菲律賓賓海板塊則則分別從北北東東和南南東方向向向歐亞大陸陸之下俯沖沖，從而分分別對(duì)我國(guó)國(guó)華北和華華南地區(qū)地地應(yīng)力場(chǎng)的的形成產(chǎn)生生重大影響響；并認(rèn)為為華北地區(qū)區(qū)目前處于于太平洋板板塊俯沖帶帶的內(nèi)側(cè)，，大洋扳塊塊俯沖引起起地幔內(nèi)高高溫、低波波速的熔融融或半熔融融物質(zhì)上涌涌并擠入地地殼，使地地殼受拉而而變簿，表表面發(fā)生裂裂谷型斷裂裂作用，這樣形成的的北西一南南東向拉張張和太平洋洋板塊于上上地幔深處處對(duì)歐亞板板塊所造成成的南西西西向的擠壓壓相結(jié)合，，就決定了了華北地區(qū)區(qū)現(xiàn)代地應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)和最最新構(gòu)造活活動(dòng)的特征征。2.3.2斷裂裂帶附近的的局部構(gòu)造造應(yīng)力集中中作用⑴一般規(guī)律律對(duì)于一個(gè)三三向受力的的巖體，那那些與最大大主應(yīng)力成成30°～40°左右交角的的斷裂，特特別是這類類方向的雁雁行式或斷斷續(xù)直線式式排列的斷斷裂組，應(yīng)應(yīng)力集中程程度最高。。特別是在在斷裂端點(diǎn)點(diǎn)、首尾錯(cuò)錯(cuò)列段、局局部拐點(diǎn)、、分枝點(diǎn)或或與其它斷斷裂的交匯匯點(diǎn)，總之之一切能對(duì)對(duì)繼續(xù)活動(dòng)動(dòng)起阻礙作作用的地方方，都是應(yīng)應(yīng)力高度集集中的部位位，所以這這些地方常常成為強(qiáng)震震發(fā)生的特特殊部位。。⑵局部構(gòu)造造應(yīng)力集中中區(qū)的發(fā)育育與活斷層層的關(guān)系活斷層或活活動(dòng)斷塊的的特定部位位，往往形形成很高的的局部構(gòu)造造應(yīng)力集中中地區(qū)。(對(duì)照?qǐng)D2-23講講解)2.3.3地應(yīng)力力隨時(shí)間變變化與地殼殼巖應(yīng)變速速率的關(guān)系系⑴地殼巖體體的應(yīng)力-應(yīng)變性狀狀與應(yīng)變速速率間的關(guān)關(guān)系。伊藤、熊谷谷等人的研研究表明：：巖體的應(yīng)應(yīng)變速率是是決定粘彈彈性介質(zhì)力力學(xué)性狀的的主要因素素。當(dāng)應(yīng)變速率率C小于某臨界界值C0時(shí)(對(duì)于實(shí)實(shí)驗(yàn)的花崗崗巖C0=10-13—10-14/S)，巖體在受力力初期隨應(yīng)應(yīng)變的增大大而發(fā)生應(yīng)應(yīng)力積累，，但當(dāng)應(yīng)力力增大到一一定程度時(shí)時(shí)，應(yīng)力就就不再增大大，而變形形則不斷增增大，即進(jìn)進(jìn)入粘性流流動(dòng)階段，，但不發(fā)生生破壞。但當(dāng)C大于C0時(shí)，則巖體體的性狀近近于彈性，，即隨著應(yīng)應(yīng)變的發(fā)展展，巖體內(nèi)內(nèi)的應(yīng)力不不斷增大，，最終導(dǎo)致致突然的破破壞。在統(tǒng)一的區(qū)區(qū)域構(gòu)造力力的作用下下，巖體內(nèi)部的應(yīng)變速率率和沿?cái)嗔褞У膽?yīng)變速率率通常是不不同的，一一般是前者者小于后者者。在天然然條件下就就可能出現(xiàn)現(xiàn)三種不同同的組合情情況。①當(dāng)區(qū)域構(gòu)構(gòu)造力的作作用使巖體的應(yīng)變速率率CR大于臨界應(yīng)變速速率C0時(shí)（此時(shí)CF必然大于C0），地殼巖體體整個(gè)處于于彈性狀態(tài)態(tài)，隨著變變形的發(fā)展展，巖體內(nèi)內(nèi)部及沿?cái)鄶嗔褞У膽?yīng)應(yīng)力不斷增增高，達(dá)到到一定程度度發(fā)生破壞壞。破壞即即可沿已有有的斷裂發(fā)發(fā)生，也可可在巖體內(nèi)內(nèi)部發(fā)生，，歷史上巖巖石圈遭受受強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)這種情況況。據(jù)計(jì)算算，在30km深度C=10ˉ13/s的應(yīng)變速率率，大體相相當(dāng)于地表表隆起速度度為5cm/a。。(2)當(dāng)區(qū)區(qū)域構(gòu)造力力的作用使使巖體的應(yīng)應(yīng)變速率CR介于C0和某一臨界界值Ca(相當(dāng)于使巖巖體內(nèi)方向向有利的斷斷裂帶的CF=C0時(shí)（此時(shí)CR<C0）的巖體應(yīng)應(yīng)變速率，，見(jiàn)圖2——28(a))之間，即C0>CR>Ca。(如圖2—28(a)中的②區(qū))時(shí)，則巖巖體本身的的力學(xué)性狀狀與斷裂帶帶不同：巖體本身，因其應(yīng)變變速率CR<C0，故隨應(yīng)變、、應(yīng)力的發(fā)發(fā)展很快進(jìn)進(jìn)入粘性變變形階段，，沿最大受受力方向產(chǎn)產(chǎn)生粘性的的壓縮變形形，垂直于于最大主應(yīng)應(yīng)力方向則則產(chǎn)生伸長(zhǎng)長(zhǎng)和隆起，，而不發(fā)生生破壞；方向有利的的斷裂帶內(nèi)內(nèi)，因其應(yīng)變變速率CF>C0，而具彈性性性狀，應(yīng)力力隨形變的的發(fā)展不斷斷增高，最最終發(fā)生破破裂，導(dǎo)致致再活動(dòng)，，引起地震震。日本列列島地區(qū)地地形變和斷斷裂新活動(dòng)動(dòng)性的發(fā)展展就是在這這樣的背景景條件下發(fā)發(fā)生的。這也是所有有構(gòu)造新活活動(dòng)區(qū)所具具有的共同同特征。一一些地震活活動(dòng)強(qiáng)烈地地區(qū)的地表表隆升速度度的資料表表明，地殼殼隆升速率率大于或等等于2mm/a的可能屬于于這類地區(qū)區(qū)。（3）區(qū)域域構(gòu)造力的的作用微弱弱，致使巖巖體的應(yīng)變變速率CR<Ca。在這樣的條條件下，由由于巖體本本身及斷裂裂帶的應(yīng)變變速率均低低于臨界應(yīng)應(yīng)變速率C0(如圖2—28(a)中的③區(qū))，故這類地區(qū)區(qū)的特點(diǎn)應(yīng)應(yīng)是以地殼殼隆升或沉沉降為標(biāo)志志的地形變變微弱，無(wú)無(wú)活斷層發(fā)發(fā)育，故代代表著現(xiàn)代代構(gòu)造穩(wěn)定定區(qū)的情況況。2.4地地殼表層巖巖體應(yīng)力狀狀態(tài)的復(fù)雜雜性2.4.1地殼表表層巖體應(yīng)應(yīng)力分布的的規(guī)律2.4.1.1垂垂直應(yīng)力力的分布世界各地實(shí)實(shí)測(cè)應(yīng)力資資料的統(tǒng)計(jì)計(jì)表明，不不同地區(qū)地地殼表層巖巖體垂直應(yīng)力隨深度的分分布，通常常有如下關(guān)關(guān)系：σv=A+γγh（γ大體相當(dāng)于于巖體的平平均容重，，A為常數(shù)）我國(guó)地殼表表層巖體內(nèi)內(nèi)垂直應(yīng)力力隨深度的的分布也大大體上與國(guó)國(guó)外統(tǒng)計(jì)結(jié)結(jié)果相一致致。表2-3我我國(guó)σv/γh比值統(tǒng)計(jì)資資料σv

/γh<0.80.8-1.2>1.2所占百分比13.717.360從統(tǒng)計(jì)關(guān)系系可以看出出：地表表層巖巖體內(nèi)的垂垂直應(yīng)力成成分主要由由上覆巖層層自重所引引起，即隨隨深度而線線性增大，，且其增長(zhǎng)長(zhǎng)率相當(dāng)于于巖體的平平均容重；；大多數(shù)地區(qū)區(qū)，在遭受受區(qū)域性剝剝蝕的過(guò)程程中，由于于垂向卸荷荷不徹底而而保存一部部分剩余自自重應(yīng)力，，公式中常常數(shù)項(xiàng)的存存在就表明明了這一點(diǎn)點(diǎn)。2.4.1.2水平應(yīng)力的的分布及應(yīng)力狀狀態(tài)的類型從已有的實(shí)測(cè)資資料分析，有如如下規(guī)律：水平應(yīng)力分量的的各向異性，即即σh2/σh1不等于1，其比值介于0.5-0.75之間。平均水平應(yīng)力的的分布及應(yīng)力狀狀態(tài)的的類型：：平均水平應(yīng)力力隨深度而增大大，并可區(qū)分三三種情況：a.σh<σv沉積物沉積后未未受構(gòu)造擾動(dòng)或或僅受輕微構(gòu)造造作用或明顯遭遭受側(cè)向卸荷影影響的巖體具有有這種應(yīng)力狀態(tài)態(tài)。（σ1垂直,重力場(chǎng)））；b.σh=σv近期未受構(gòu)造擠擠壓的深部塑性性變形區(qū)或某些些具有高塑性的的沉積巖層，N=1，靜水應(yīng)力分布；；c.σh>σv分布較為普遍，，σ1、σ3水平或垂直，N>1或<1。（σ2垂直，水平應(yīng)力力場(chǎng)）2.4.1.3局部地帶的的應(yīng)力異常分布布在斷層及一些剪剪切帶附近垂直直應(yīng)力及水平應(yīng)應(yīng)力隨深度的分分布明顯高于同同深度的其它地地帶，正是這種種異常往往導(dǎo)致致誘發(fā)地震的產(chǎn)產(chǎn)生。2.4.1.4淺部與深部部應(yīng)力狀態(tài)的差差異已有的資料表明明，近地表的淺淺部和較深部的的應(yīng)力狀態(tài)有時(shí)時(shí)明顯不同。導(dǎo)導(dǎo)致這種差異的的原因有：a.地表切割所引起起的側(cè)向卸荷和和河谷臨空面附附近的應(yīng)力重分分布作用往往會(huì)會(huì)使地表附近巖巖體的應(yīng)力在量量值和方向上變變化很大，從而而導(dǎo)致深淺部的的不同；b.各應(yīng)力分量隨深度的變化梯度不同，從而導(dǎo)致致深淺部應(yīng)力狀狀態(tài)的差異.2.4.2地地表高應(yīng)力區(qū)及及其地質(zhì)地貌標(biāo)標(biāo)志研究表明，高應(yīng)應(yīng)力區(qū)在地表地地質(zhì)地貌上有明明顯的表現(xiàn)。因因此，通過(guò)地質(zhì)質(zhì)地貌研究可以以揭示是否高應(yīng)應(yīng)力區(qū)的存在。。2.4.2.1天然條件下下高水平應(yīng)力釋釋放有關(guān)的淺表表生時(shí)效變形現(xiàn)現(xiàn)象（1）隱爆最早發(fā)現(xiàn)于美國(guó)國(guó)南安大略省，，其表現(xiàn)為近地地表出現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)的的隆褶或類似低低角度逆斷層的的斷隆，一般高高度較小，而延延伸長(zhǎng)度較大。。最早稱之為隆隆爆（POP-UP））現(xiàn)象。其發(fā)育特征有：：a.發(fā)育在強(qiáng)度和厚厚度都不太大的的近水平層狀巖巖層中；b.隆爆軸與實(shí)測(cè)最最大主應(yīng)力基本本垂直C.絕大多數(shù)隆爆都都是該區(qū)大陸冰冰川消退不久的的產(chǎn)物。分析認(rèn)為這種現(xiàn)現(xiàn)象乃是該區(qū)地地表巖體中的一一種與高水平應(yīng)應(yīng)力釋放有關(guān)的的表生時(shí)效變形形現(xiàn)象。導(dǎo)致這這種高水平應(yīng)力力則是由構(gòu)造應(yīng)應(yīng)力及大陸冰川川加載后的卸荷荷作用共同導(dǎo)致致的。（2）蓆狀裂隙隙在出露于地表的的侵入巖體中，，廣泛見(jiàn)于一種種近地表平行分分布的區(qū)域性裂裂隙發(fā)育，通常常上部較密，向向下逐漸變稀疏疏，即蓆狀裂隙隙。這是區(qū)域性性卸荷剝蝕的結(jié)結(jié)果。（解釋：：初始為深部靜靜水應(yīng)力狀態(tài)，，隨著侵蝕，垂垂直應(yīng)力減少，，應(yīng)力差逐漸增增大，當(dāng)超過(guò)巖巖體極限事，形形成水平破裂。。（3）谷下水平卸卸荷裂隙及谷坡坡內(nèi)水平剪切蠕蠕動(dòng)變形帶大量的勘察資料料表明，在高地地應(yīng)力區(qū)內(nèi)的較較開(kāi)闊的河谷經(jīng)經(jīng)常有一系列開(kāi)開(kāi)口良好，透水水性很強(qiáng)的卸荷荷裂隙，特別是是當(dāng)最大主應(yīng)力力與河段走向垂垂直時(shí)，這種卸卸荷裂隙尤為發(fā)發(fā)育。它們多沿沿已有的層面或或斷裂結(jié)構(gòu)面發(fā)發(fā)育而成。因此此，這種裂隙最最易產(chǎn)生于近水水平產(chǎn)出的沉積積巖分布區(qū)或緩緩傾角裂隙發(fā)育育的巖漿巖分布布區(qū)。發(fā)育在谷坡內(nèi)的的水平剪切蠕動(dòng)動(dòng)變形帶是高地地應(yīng)力區(qū)常見(jiàn)的的；另一種應(yīng)力力釋放類型產(chǎn)生生時(shí)效變形現(xiàn)象象是河谷形成的的不同階段，由由差異回彈導(dǎo)致致的沿坡角附近近已有平緩結(jié)構(gòu)構(gòu)面發(fā)生的減速速型剪切蠕動(dòng)變變形的產(chǎn)物。（4）應(yīng)力釋放放型的深大拉張張變形帶一些地段的谷坡坡后緣發(fā)育有深深大的拉裂縫及及拉張斷陷帶。。這類拉張變形形帶以其規(guī)模大大，延伸方向穩(wěn)穩(wěn)定和發(fā)育面深深區(qū)別于通常的的卸荷裂隙。2.4.2.2與鉆進(jìn)有關(guān)關(guān)的巖體應(yīng)力釋釋放及伴生現(xiàn)象象（1）巖心餅化化現(xiàn)象鉆進(jìn)過(guò)程中巖心心裂成餅狀的現(xiàn)現(xiàn)象是高地應(yīng)力力區(qū)所特有的巖巖體力學(xué)現(xiàn)象。。這種現(xiàn)象有幾幾個(gè)方面的共性性：a.所有的餅狀巖心心在形態(tài)上均有有其共同特征：：巖餅的厚度與與巖心的直徑有有一定的關(guān)系，，一般約為直徑徑的1/4到1/5，所以不不同的鉆孔，只只要孔徑相同，，巖餅的厚度就就大致相近；所所有巖餅的表面面均為新鮮破裂裂面，而且邊緣緣部分粗糙，多多數(shù)內(nèi)部隱約見(jiàn)見(jiàn)有順槽，或沿沿一個(gè)方向的擦擦痕與之正常的的拉裂坎。b.餅狀巖心是鉆進(jìn)進(jìn)過(guò)程中差異卸卸荷回彈的產(chǎn)物物，破裂主要發(fā)發(fā)生在一定高度度的巖心根部，，是由拉張和復(fù)復(fù)合機(jī)制導(dǎo)致的的。c.餅狀巖心的產(chǎn)生生需具備特定的的巖體力學(xué)條件件：彈性高，儲(chǔ)能條條件好的巖性條條件，如火成巖巖；整體塊狀的巖體體結(jié)構(gòu)條件；高地應(yīng)力條件，，最大主應(yīng)力在在30MPa以上。(2)鉆孔崩落落現(xiàn)象：研究發(fā)現(xiàn)，一些些鉆孔的孔徑不不是園的，而呈呈橢圓型，長(zhǎng)短短軸之差可達(dá)3-18cm。觀察表明，這種種孔徑的增大是是由于孔壁局部部破損崩落所致致，即鉆孔崩落落。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)：破裂首先出現(xiàn)于于孔壁應(yīng)力集中中程度最高的部部位；破壞域側(cè)側(cè)向角的大小主主要受巖石的強(qiáng)強(qiáng)度參數(shù)及水平平應(yīng)力的控制。。2.4.2.3與開(kāi)挖卸荷荷及應(yīng)力釋放相相聯(lián)系的巖體變變形破壞現(xiàn)象及及研究意義開(kāi)挖往往引起巖巖體內(nèi)一系列卸卸荷回彈和應(yīng)力力釋放相關(guān)聯(lián)的的變形破壞現(xiàn)象象：采場(chǎng)及基坑底部部的隆爆；邊坡及邊墻向臨臨空方向的水平平位移和沿已有有的近水平的結(jié)結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切切錯(cuò)動(dòng)；邊坡、邊墻巖體體的傾倒；地下硐室、巷道道的變形與破壞壞等這些變形和和破壞不僅會(huì)惡惡化建筑物場(chǎng)地地的工程地質(zhì)條條件，有時(shí)還會(huì)會(huì)對(duì)建筑物造成成直接危險(xiǎn)。在在各個(gè)方向的開(kāi)開(kāi)挖中，垂直于于最大主應(yīng)力的的地表、地下開(kāi)開(kāi)挖，引起的變變形和破壞最為為強(qiáng)烈。2.5巖體體應(yīng)力和區(qū)域應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)研究鑒于天然應(yīng)力狀狀態(tài)復(fù)雜性，為為了從定性、定定量?jī)蓚€(gè)方面闡闡明一個(gè)地區(qū)天天然應(yīng)力狀態(tài)的的總體特征，一一般采用下述途途徑：以地質(zhì)、地貌方方法研究該區(qū)構(gòu)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的演演化歷史和現(xiàn)今今應(yīng)力場(chǎng)基本特特征；在此基礎(chǔ)上，選選擇一些有代表表性的地點(diǎn)進(jìn)行行應(yīng)力測(cè)定；以以這些實(shí)測(cè)應(yīng)力力資料和已掌握握的應(yīng)力集中區(qū)區(qū)的發(fā)育分布規(guī)規(guī)律，對(duì)區(qū)域構(gòu)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行行數(shù)值模擬研究究，并根據(jù)反演演分析結(jié)果建立立區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的的定量化模型。。2.5.1構(gòu)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的演演化歷史和現(xiàn)今今地應(yīng)力場(chǎng)的基基本特征的地質(zhì)質(zhì)地貌研究（1）構(gòu)造應(yīng)力力場(chǎng)演化歷史研研究通過(guò)地質(zhì)力學(xué)方方法通過(guò)斷層錯(cuò)動(dòng)機(jī)機(jī)制解的赤平投投影解釋（2）現(xiàn)今地應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)基本特征征研究研究方法：斷層錯(cuò)動(dòng)機(jī)制解解地質(zhì)地貌方法新斷裂網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)質(zhì)地貌分析法地震震源機(jī)制解解所謂新斷裂是指最新構(gòu)造應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)下形成與與發(fā)展的斷裂。。在一定區(qū)域內(nèi)內(nèi)，不同性質(zhì)的的新斷裂往往構(gòu)構(gòu)成一定形式的的網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)成新斷裂網(wǎng)絡(luò)的成分包括一對(duì)對(duì)共軛的剪切面面，一組壓性結(jié)結(jié)構(gòu)面和一組張張裂面，其中后后二者一般發(fā)育育較差。共軛剪剪列面大多數(shù)表表現(xiàn)為兩組區(qū)域域性剪裂隙，該該裂隙陡傾且彼彼此近于正交。。奧地利學(xué)者認(rèn)為為這類區(qū)域性剪剪裂隙是在蠕動(dòng)動(dòng)條件下沿最大大剪應(yīng)力跡線形形成的。這一對(duì)對(duì)共軛剪裂面常常常是新斷裂網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的基本成成分，且其銳角角等分線就是區(qū)區(qū)域最大主應(yīng)力力方位。2.5.1.3區(qū)域巖體應(yīng)應(yīng)力積累和程度度的研究（1）歷史上各各時(shí)期及當(dāng)代地地殼隆升的速度度和高度：通過(guò)過(guò)層狀地貌進(jìn)行行詳細(xì)研究（剖剖面測(cè)量和測(cè)年年），求出抬升升速率和幅度；；在此基礎(chǔ)上，，以地殼巖體應(yīng)應(yīng)變速率的變化化趨勢(shì)，結(jié)合歷歷史時(shí)期的斷裂裂活動(dòng)情況，總總體上判明當(dāng)前前區(qū)內(nèi)巖體應(yīng)力力積累和程度。。（2）區(qū)內(nèi)應(yīng)力力集中條件和應(yīng)應(yīng)力集中區(qū)的分分布：取決于巖巖性和構(gòu)造部位位；（3）可以作為為高應(yīng)力區(qū)標(biāo)志志的地質(zhì)、地貌貌現(xiàn)象的發(fā)育歷歷史和分布：如如河谷強(qiáng)烈的卸卸荷回彈、巖餅餅、基坑、平硐硐中的巖爆和其其它強(qiáng)烈變形現(xiàn)現(xiàn)象。2.5.2巖巖體應(yīng)力測(cè)量目前巖體應(yīng)力測(cè)測(cè)量的方法很多多，分類也不盡盡一致，但歸納納起來(lái)可分為直直接測(cè)試法和間間接測(cè)試法兩類類：巖體應(yīng)力測(cè)試方方法直接測(cè)試法間接測(cè)試法應(yīng)力恢復(fù)法應(yīng)力解除法水力壓裂法（水水壓致裂法）鉆孔崩落法定向巖心非彈性性應(yīng)變恢復(fù)法凱塞爾效應(yīng)測(cè)試試法2.5.2.1應(yīng)力恢復(fù)法法（stress-recoverymethod)當(dāng)巖體應(yīng)力被解解除后，通過(guò)施施加壓力，使巖巖體恢復(fù)到原來(lái)來(lái)的狀態(tài)，以求求得巖體應(yīng)力解解除時(shí)的應(yīng)力值值。其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)決定定巖體的應(yīng)力時(shí)，，不需測(cè)定巖體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系系2.5.2.2應(yīng)力解除法（stress-reliefmethod)：在擬測(cè)點(diǎn)附近的的一個(gè)小巖石單單元周圍切割出出的一個(gè)“槽子子”，使得這一一小部分巖體不不再承受旁側(cè)巖巖體傳來(lái)的應(yīng)力力。從刻槽前裝裝置好的儀器測(cè)測(cè)出由于這種應(yīng)應(yīng)力解除而引起起的應(yīng)變。并根根據(jù)有關(guān)巖石已已知的應(yīng)力—應(yīng)應(yīng)變關(guān)系換算出出解除前巖體內(nèi)內(nèi)的應(yīng)力。以其精度高、測(cè)測(cè)值穩(wěn)定可靠等等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛泛應(yīng)用于巖土工工程設(shè)計(jì)、礦產(chǎn)產(chǎn)開(kāi)采、地震研研究等方面。壓壓磁全應(yīng)力解除除法實(shí)現(xiàn)了單孔孔測(cè)量三維地應(yīng)應(yīng)力，它克服了了一般應(yīng)力解除除測(cè)量法對(duì)巖石石條件要求高、、野外測(cè)量工序序復(fù)雜、工期長(zhǎng)長(zhǎng)、費(fèi)用高等缺缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)垂垂直孔深0～100米的三維維地應(yīng)力測(cè)量。。該方法最大的的優(yōu)點(diǎn)是能夠精精確測(cè)得三維主主應(yīng)力的大小和和方向，以及可可以在狹窄的坑坑道內(nèi)完成測(cè)量量。圖3-28應(yīng)應(yīng)力解除法布置置圖1.刻痕；2.電阻片的的布置圖3-29鉆鉆孔內(nèi)應(yīng)力解除除法2.5.2.3水壓致裂法法(hydraulicfracturingmethod)通過(guò)鉆孔向地下下某深度處的測(cè)測(cè)點(diǎn)段壓液，用用高壓將孔壁壓壓裂，然后根據(jù)據(jù)破壞壓力、關(guān)關(guān)閉壓力和破裂裂面的方位，計(jì)計(jì)算和確定巖體體內(nèi)各主應(yīng)力的的大小和方向。。該法能有效地利利用已有鉆孔進(jìn)進(jìn)行深部地應(yīng)力力測(cè)試，且具有有操作簡(jiǎn)便、無(wú)無(wú)須知道巖體力力學(xué)參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)應(yīng)用于水電工程程設(shè)計(jì)、鐵路、、公路的隧道選選線、場(chǎng)地穩(wěn)定定性評(píng)價(jià)、核廢廢料處理以及地地學(xué)研究等領(lǐng)域域。應(yīng)用該測(cè)試方方法，可以得得到垂直于鉆鉆孔平面的最最大和最小應(yīng)應(yīng)力的大小和和方向。對(duì)于于垂直鉆孔，，由不同深度度的測(cè)試數(shù)據(jù)據(jù)，可得到最最大和最小水水平主應(yīng)力隨隨深度變化規(guī)規(guī)律。對(duì)三個(gè)個(gè)或三個(gè)以上上的交匯鉆孔孔進(jìn)行測(cè)試，，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處處理計(jì)算得到到測(cè)點(diǎn)附近的的三維應(yīng)力狀狀態(tài)。2.5.2.4鉆鉆孔測(cè)量崩落測(cè)測(cè)量法：研究表明鉆孔崩落落現(xiàn)象是由孔壁應(yīng)應(yīng)力集中部位的局局部破壞引起的，，且崩落的長(zhǎng)軸垂垂直區(qū)內(nèi)水平最大大主應(yīng)力方向，而而崩落域側(cè)向角（（θb）及破壞應(yīng)力比（σH/σh）的大小則主要與與巖石的性質(zhì)及水水平最小主應(yīng)力有有關(guān)。由此可以求求出該區(qū)水平最大大、最小主應(yīng)力的的方向及大小。步步驟如下：(1)詳細(xì)測(cè)量區(qū)區(qū)內(nèi)的鉆孔崩落現(xiàn)現(xiàn)象，并根據(jù)崩落落域的長(zhǎng)軸展布確確定該區(qū)水平最大大主應(yīng)力和最小主主應(yīng)力。(2)按照實(shí)際的的巖體條件進(jìn)行模模擬試驗(yàn)，求得θb—σh直線關(guān)系(圖2——50)，并根據(jù)據(jù)實(shí)測(cè)的σb求出區(qū)內(nèi)的水平最最小主應(yīng)力(σh)的量值。(3)根據(jù)σh及實(shí)測(cè)的C0，利用圖2—51即即可得出區(qū)內(nèi)水平平最大主應(yīng)力(σH)的大小。2.5.2.5定定向巖心非彈性性應(yīng)變恢復(fù)測(cè)量法法：1．基本原理實(shí)測(cè)結(jié)果表明，巖巖石應(yīng)變恢復(fù)的性性狀(圖2—52)有如下主要特特征：(1)巖石的總應(yīng)應(yīng)變恢復(fù)量(ε)是由彈性應(yīng)變恢復(fù)復(fù)(ε′)和非彈性應(yīng)變恢復(fù)復(fù)(ε″)兩部分所組成成，且整個(gè)應(yīng)變恢恢復(fù)的時(shí)間足夠長(zhǎng)長(zhǎng)，約達(dá)30余小小時(shí)。(2)在未發(fā)生非非線性蠕變的條件件下主應(yīng)變恢復(fù)(無(wú)論是彈性的或或是非彈性的)的的軸向與主應(yīng)力方方向一致，即：ε1、ε′2、ε″3、與σl的方向一致，而ε3、ε′3、ε″3與σ3的方向一致，且ε1=ε′1+ε″1ε3=ε′3+ε″3(3)如果發(fā)生非非線性蠕變，則最最大彈性應(yīng)變恢復(fù)復(fù)軸與最大非彈性性應(yīng)變恢復(fù)軸的方方向?qū)⑹遣煌?。。此時(shí)，彈性應(yīng)變變恢復(fù)的軸向所反反映的是較新的應(yīng)應(yīng)力環(huán)境，而非彈彈性應(yīng)變恢復(fù)的軸軸向所代表的則是是較老的應(yīng)力環(huán)境境。但實(shí)測(cè)資料表表明，出現(xiàn)非線性性蠕變的情況是很很少的。(4)在整個(gè)應(yīng)變變恢復(fù)過(guò)程中，主主應(yīng)變比(無(wú)論是是彈性或是非彈性性的)與主應(yīng)力比比始終保持相等。。2．測(cè)量的方法及步驟驟(1)從鉆孔中取取定向巖心。(2)在巖心內(nèi)選選三個(gè)不同方向的的面，且在每個(gè)面面上的三個(gè)不同方方向上進(jìn)行應(yīng)變恢恢復(fù)測(cè)量(所得結(jié)結(jié)果顯然是非彈性性的)，然后根據(jù)據(jù)測(cè)量資料計(jì)算三三個(gè)主應(yīng)變的方向向及比值。如果有一個(gè)主應(yīng)力力是垂直的，且其其大小等于上覆層層的重量，則只在在水平面內(nèi)的三個(gè)個(gè)不同方向上進(jìn)行行應(yīng)變恢復(fù)測(cè)量，，求得兩個(gè)水平主主應(yīng)變的方向及比比值即可。(3)測(cè)量時(shí)應(yīng)注意使巖巖心密封，以避免免溫度及濕度變化化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影影響。2.5.2.6凱凱塞爾（Kaiser）效應(yīng)測(cè)量法1.基本原理1950年，德國(guó)國(guó)學(xué)者J.Kaiser發(fā)現(xiàn)受單向拉伸力力作用的金屬材料料，只有當(dāng)應(yīng)力達(dá)達(dá)到并超過(guò)材料所所受過(guò)的最大先期期應(yīng)力時(shí)才會(huì)開(kāi)始始有明顯的聲發(fā)射射現(xiàn)象出現(xiàn)，這就就是著名的凱塞爾爾效應(yīng)。1963年，Goodman通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)巖石石也具有凱塞爾效效應(yīng)，從而為應(yīng)用用這一技術(shù)測(cè)定巖巖體應(yīng)力奠定了基基礎(chǔ)。70年代末末期以來(lái)，日，美美、中學(xué)者對(duì)這一一問(wèn)題開(kāi)展了廣泛泛的理論及實(shí)驗(yàn)研研究，先后解決了了凱塞爾效應(yīng)方向向獨(dú)立性、三維地地應(yīng)力測(cè)量及試驗(yàn)驗(yàn)過(guò)程中噪聲的排排除等問(wèn)題，使凱凱塞爾效應(yīng)在地應(yīng)應(yīng)力測(cè)量領(lǐng)域已基基本具有實(shí)用性。。為了深入理解凱塞塞爾效應(yīng)及其在地地應(yīng)力測(cè)量方面的的應(yīng)用，首先需對(duì)對(duì)下述基本問(wèn)題作作簡(jiǎn)要的討論。(1)巖石凱塞爾爾效應(yīng)的微觀機(jī)理理研究表明，巖石的的聲發(fā)射現(xiàn)象實(shí)際際上是來(lái)源于其內(nèi)內(nèi)部顯微缺陷的受受力擴(kuò)展，而巖石石的每一次受力，，都會(huì)使其內(nèi)部組組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與荷荷載大小及方向相相適應(yīng)的顯微破裂裂系統(tǒng)，再次加載載時(shí)，如果荷載小小于先期荷載，則則先期形成的缺陷陷不會(huì)發(fā)生進(jìn)一步步破裂，因此也就就幾乎沒(méi)有聲發(fā)射射出現(xiàn)，—·旦荷荷載達(dá)到并超過(guò)先先期荷載，，已有有的裂紋即將進(jìn)一一步擴(kuò)展，聲發(fā)射射隨之開(kāi)始大量持持續(xù)出現(xiàn)，這就是是凱塞爾效應(yīng)的基基本機(jī)理。(2)巖石凱塞爾爾效應(yīng)對(duì)地地應(yīng)力的記記憶功能已有的研究究認(rèn)為，通通過(guò)凱塞爾爾效應(yīng)所測(cè)測(cè)得的是巖巖體在地質(zhì)質(zhì)歷史時(shí)期期內(nèi)所遭受受過(guò)的最大大應(yīng)力。如如果確是這這樣，實(shí)際際上就無(wú)法法利用凱塞塞爾效應(yīng)來(lái)來(lái)解決現(xiàn)今今地應(yīng)力的的測(cè)量問(wèn)題題，因?yàn)樵谠谠馐苓^(guò)構(gòu)構(gòu)造變動(dòng)，，且有斷裂裂發(fā)育的地地區(qū)，任何何一部分巖巖體當(dāng)時(shí)都都遭受過(guò)很很大的，甚甚至是接近近其破裂強(qiáng)強(qiáng)度的應(yīng)力力。但是，，一系列實(shí)實(shí)測(cè)資料表表明，利用用凱塞爾效效應(yīng)測(cè)得的的巖體應(yīng)力力遠(yuǎn)小于該該巖體的破破裂強(qiáng)度，，而與用套套鉆法測(cè)得得的現(xiàn)今巖巖體應(yīng)力十十分接近(表2—10)o對(duì)于為什么么出現(xiàn)這種種矛盾現(xiàn)象象，以往的的研究也未未能加以闡闡明。通過(guò)過(guò)對(duì)已有實(shí)實(shí)測(cè)資料的的深入分析析，我們發(fā)發(fā)現(xiàn)凱塞爾爾效應(yīng)實(shí)際際上只能記記憶挽近時(shí)時(shí)期的應(yīng)力力；而不能能記憶古構(gòu)構(gòu)造力。之之所以如此此，看來(lái)這這里有一個(gè)個(gè)顯微破裂裂的愈合問(wèn)問(wèn)題。隨著環(huán)境的的改變，巖巖石會(huì)發(fā)生生重結(jié)晶或或新晶體生生長(zhǎng)的作用用，使那些些古老的顯顯微破裂焊焊接愈合，，從而也就就使其喪失失對(duì)古構(gòu)造造應(yīng)力的記記憶能力。。相反，挽近近時(shí)期巖體體的受力過(guò)過(guò)程是在該該巖體己處處于地表附附近的常溫溫，低圍壓壓條件下發(fā)發(fā)生的，此此時(shí)所產(chǎn)生生的顯微破破裂系統(tǒng)，，由于形成成后所經(jīng)歷歷的時(shí)間很很短，且始始終處于常常溫和低圍圍壓條件下下，所以不不會(huì)發(fā)生愈愈合。因此此，當(dāng)采樣樣并對(duì)巖石石試件加載載、且應(yīng)力力達(dá)到和超超過(guò)挽近時(shí)時(shí)期巖體所所遭受的應(yīng)應(yīng)力量級(jí)時(shí)時(shí)，這類顯顯微破裂即即將進(jìn)一步步擴(kuò)展，從從而引起聲聲發(fā)射的急急劇增加，，這也就是是巖石凱塞塞爾效應(yīng)只只能記憶挽挽近時(shí)期巖