地应力及其在地下工程中的应用

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[摘要]科学研究表明，我们在进行有关地应力的研究试验中，可以总结到地球表面的盈利受到了很多方面因素的影响。而且在地应力的四周经常叠加着非构造应力（好比地壳运动引起的应力）。根据这些已有的研究结论，本文重点探讨了有关地应力的内涵、性质和相关的测量，以其在地下工程中的应用中所面对的各种引人注意的问题。关于地应力的测量，我们应注意很多的问题有环境的因素和一些客观的因素。如在测量之前和过程中都应该考虑测量的方位和周围环境的地形、地貌和一些地质影响。在完成了基本的测定后要对测量的结果进行相关的分析与对比，综合考虑测量的结果对出现的问题及误差要及时的加以改正。对于地应力澡工程中的应用，我们应综合考虑到工程地理位置、地质的构造和地质的结构以及在不同的地理层面中地应力的变化和特点，除此之外，工程本身的原因也应该充分的考虑进来如，工程自身的设计特点、结构类型、尺寸等原因。

[关键字] 地应力特性地下工程应用

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

引言

地应力的内涵特点我们可以通俗的理解为在岩体内部未受到其他因素影响的应力即为地应力。地应力的来源也非常的广泛通常情况下有以下5个基本的方面，岩体自重、地质构造的活动、地形势能以及剥蚀作用和封闭作用。

一般情况下，自重应力是地心对岩体的作用力，应力的引起有很多的方面也有很多的分类。由于地质的构造运动引起的应力，在地球的内部存在着很多的构造运动，当这些构造运动和一些岩体内部所存在的残余应力以及正在运动的岩体相互作用，它们将产生相互的作用产生地应力，这种地应力就是导致我们地球地震的原因。封闭应力就是由于地壳的周围受到了强烈的高温，这种高温的产生引起了岩石的变形，使得岩石与岩石之间岩石与其他的物质之间产生摩擦，这样的结构就是变形的岩石由于受到阻碍，使得应力无法是释放被存储起来，且这些岩石物质都处于平衡状态，所以变形之后基本不能回复原状，所以这种应力叫做封闭应力。

地应力的内涵和特点

在地球内部、地壳中，一般情况下每一个位置的应力都有个字的特点，没有完全相同的一个应力状态，这些应力的物理大小随着深度的增加而呈现线性增加的趋势。而且受到不同地理位置和不同构造的不同，应力的增长趋势也不尽相同。地壳中个应力状态的分布的综合成为地应力场。而在之中和地质构造运动相关联的地应力场，称之为构造应力场。

位于我国的喜马拉雅山在经历了岁月的变迁后，不仅它的高度和外形有了相应的变化，而且他的内部也产生了很大的变化，内部的应力分布状态和大小都呈现出了大大小小的变化。当喜马拉雅山处于构造期的时候，我国的岩石的应力方向的分布大致为南北朝向，我国的西部岩石的应力主要是北北东-南南西走向，而我国东部则表现为北南走向至北北西-南南东走向。当发展到了新构造时期，应力的方向分布产生了很大的变化，除了某些地区，如青藏高原和新疆的部分地区还是以原来的应力分布方向为主外，我国其他的绝大部分的应力分布都发生了绝对性的变化，我国的南方地区走向变为了北西-南东走向，他们的这种走向使得这种构造也是史无前例的，为我国的地质方面的研究提供了新颖的题材。

影响地应力的因素

在地壳中应力的分布特点可谓是复杂多变、难以总结，产生这些多变性、复杂性的主要原因在于地应力的来源广泛和众多的影响因素。

岩体自重的影响

一般情况下，岩体的自重力的大小在数值上等同于特所受的岩体应力，而且经过科学合理的研究在地壳的深处它内部岩体所受应力的分布具有一致性。

地壳内部的构造运动产生的影响

众所周知，在地壳的内部特别是深度大的岩层中岩体的应力分布相对于浅层次的岩层，它的应力分布要复杂的多。在地应力的控制因素中，地壳内部构造运用的影响起着决定性的作用，对于分析一般的岩体的应力状态，他在竖直方向上的应力是由于岩体的自重产生的，而构造运动的产生则主要控制着水平方向的应力。综合比较水平向的地应力要比竖直方向上的地应力大很多。

地质作用以及地形地貌的影响

在对地应力的分析中，除了以上两种因素的明显影响外，一些明显的地质作用，如，以下岩土的塌陷、地下水的腐蚀作用和地形地貌都对地应力的分布及大小有着很大的影响。例如由于水的侵蚀作用，侵蚀前的地应力明显大于侵蚀后的地应力。还有由于剥蚀作用的影响，在受到剥蚀作用前，在岩体内部存在着水平和竖直两个方向的应力，而在受到了剥蚀作用后水平应力由于保存在了内部所以损失的较少，但是竖直方向的地应力则消耗的较大。

力学性质的影响。

在力学的研究中，里的产生其实就是一个有关于能量产生与释放的过程，地应力也不除外有着一样的性质。所以这就表明在岩石地应力大小的决定因素中，岩体自身的强度和所受里的大小都对地应力有着明显的影响，对于一些内部结构受力不均的岩体它所受地应力的大小就会不均匀同时也不好控制，相比一些构造好受力均匀的地应力的分布情况就相对较好。对于一些岩体自身刚度较好，相比于一些刚度小的要提拥有较高的力。

所以，经过我们对于地应力各方影响因素的分析，地应力的分布及大小受到了很多因素的综合影响，我们在平时的研究学习中要多加注意。

地应力在地下工程中的应用

洞室轴线的走向

在地下工程的地下洞室选择中，我们要考虑两个主要的影响因素，地质条件的影响和地下枢纽的布置。所以在选择轴线走向时应按以下的关键规矩分析，当水平的应力大于垂直方向的应力时，我们应选择地应力较大的水平应力的方向来作为洞室轴线的走向。当水平的应力小于垂直方向的应力大小时，这是我们应该选择应力较小的垂直方向应力作为选择。

洞室群体中最佳间距的选择

一般情况下，如果要分析群体的洞室要比单独的分析一个洞室要复杂很多，因为分析它们要从所受的应力上下手，应力的影响起着主要的控制作用。在洞群中，如何选择最有利的间距是我们需要解决的问题，在我们的研究中可以知道影响其分布的主要是在洞室群周围的围岩的应力作用。

经过相关的科学有效的研究，我们基本可以得到以下结论：在洞群众由于相邻的洞室之间的的相互作用使得原来单个的洞室的情况发生了改变，尤其便现在应力状态。特点表现在，洞室的隧洞的岩柱周围应力的作用分布最大，而且在竖向应力的作用下使得它的应力集中系数要比单独的洞室的高很多，这也使得洞室群中的个体也具有较高的稳定性。

选择良好的施工顺序以及衬砌支护的时间

由于洞室在施工中的施工顺序和衬砌支护的时间在影响上跟地应力的特性有着很大的联系，两者都相互影响着。其原因在于洞室在施工中，由于施工开挖改变了洞室的应力所以在岩体的内部就出现了应力集中的现象，这在工程上是非常不利的影响所以我们必须选择良好的施工顺序以及衬砌支护的时间。

稳定性的分析和安全度的计算

在研究地应力的过程中，地下洞室也是不可遗漏的对象，它的稳定性和安全度的计算都是研究地应力中需要解决的问题。在分析和计算稳定性和安全度之前都必须了解洞室地应力的分布情况。

总结：

通过文章的分析，我们可以总结到地应力的研究存在着很多的价值。不仅可以对地质灾害进行了解，还可以在工程中解决一些常见的难题，如，工程地理位置的选择、工程的设计方案。所以在不管是我们的个人企业还是国家的研究所都应重视这一研究，通过研究得到的成果为我国未来的经济发展做努力。

[参考文献]

[1] 刘志刚;赵勇;隧道隧洞施工地质技术[M];中国铁道出版社;2002年08期

[2] 曾秋生;中国地应力状态[M];北京;地震出版社;2007年09期

[3] 于学馥;郑颖人;地下工程围岩分析[M];煤炭工业出版社;2009年09期

作者简介：

宋 欢（1983-），性别：男，籍贯：江西省吉安市，学历：硕士研究生，职称：工程师，研究方向：主要从事地下工程方面研究工作