地应力场的形成是一个复杂的地质历史过程,大致有以下几个方面。
(一)重力作用
重力作用如图3-1所示。岩土物质的自重不仅引起竖直应力,还引起侧向应力。竖直应力用式(3-1)计算,侧向应力用式(3-2)计算。对于大多数岩土物质,K0为0.20~0.70,对于软黏土,K0≈1.0,即接近静水压力状态。对于岩石和一部分土体,很多情况下K0>1.0,这种情况的形成是复杂的,要通过实测和地质历史来分析。
(二)地形地貌的影响
地形地貌的影响主要在地下较浅层有显著表现。影响大小和山体走向、地形轮廓有关,如高原区、山梁区、沟谷坡地、孤立山头等。在地下浅部,常有地应力的变异区,即分布特征和规律不明显、不确定,甚至规律紊乱。在山区深切河谷的地方,地下浅部地应力变异区以下又可存在应力集中区和应力松弛区。在西部水电站建设确定坝址时,要特别注意这一点,这方面我们还有不少未知的领域,很容易发生事故。
(三)地质构造运动、板块运动的强度、方向、序次及影响(www.daowen.com)
经构造运动,岩石岩体内会产生节理裂隙、岩浆侵入、岩脉、褶皱带、断层带、剪切带、不整合面,岩体也会出现非均匀性,出现隆起、凹陷、挤压、碰撞、掀起、错动、空穴等变形,这些对地应力会有显著的影响,会有应变能——应力的封存、储存、释放、发生岩爆,总之地应力强度、方向都会发生明显变化。一个地区,一种地貌形态在地质历史上除了某一次构造运动的强度、方向及影响之外,还有一个多次构造运动的序次问题。后一次构造运动对于前边的构造运动有个互相叠加、互相作用的问题。弄清这个构造运动的序次及互相作用以及结果是地质力学的主要任务之一。一个地区经历多次构造运动,才有今天的结果,互相作用,有应力释放,有应力积累,有建造,有改造,今天的地质情况是历史上地质作用累积的结果,弄清今天的情况和弄清历史上的多次变动是互相深入、互相关联的,也是对立统一的关系。
(四)岩性的影响
岩石种类不同,岩性不同,它们的刚度、变形特征不同。沉积岩的层理情况不同,弹性、弹塑性性能不同,变形比较大时,既会消耗能量,又能储存能量,如正长岩和玄武岩,砂岩、页岩、凝灰岩,它们的岩性不同,它们之中的地应力也不同,包括强度和方向。
(五)风化和剥蚀的条件和程度
风化和剥蚀是普遍存在的一种外力地质作用,它可以使岩石崩解、破碎、变质,又可改变岩层的覆盖厚度,它能使地应力释放,使地应力作用方向改变。产生风化、剥蚀的自然力很多,如风力、气体、流水和水力、冰川、热能和陡坡重力、环境变化、大型超大型的人类工程活动等。应力释放时,竖直应力易释放,水平应力释放就不大容易,所以出现许多地区静止侧压力系数K0>1.0的情况。
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