地应力的大小可以采用水压致裂法、应力解除法、扁千斤顶法、声发射法等多种方法进行实测。自20世纪50年代初期起，许多国家先后开展了岩体地应力绝对值的实测研究，至今已经积累了大量的实测资料。根据收集到的地应力实测资料，其分布有如下特征。

5.5.2.1　板块活动对地应力场的控制作用

板块活动对地应力场起到控制作用。例如，中国大陆板块受到外部两板块的推挤，即印度洋板块和太平洋板块的推挤，推挤速度为每年数厘米，同时受到了西伯利亚板块和菲律宾板块的约束。在这样的边界条件下，板块发生变形，产生水平受压应力场，其主应力迹线如图5-36所示。印度洋板块和太平洋板块的移动促成了中国山脉的形成，控制了我国地震的分布。

正是由于这样的板块运动的结果，使得我国大陆地应力的分布具有明显的分区性：西部，主要受控于印度洋板块向欧亚板块的俯冲，因此最大水平应力迹线方向近北北东向，所形成的山脉走向及活动断裂走向近南东东向；东部，由于主要受太平洋板块向欧亚板块的俯冲，因此最大水平应力迹线方向近北东东西向，所形成的山脉走向及活动断裂走向近北北东向。且明显的，西部地应力普遍高于东部。

由于板块活动的持久性，因此，总体上地应力场是相对稳定性的。但是地应力又受到很多因素的影响，不仅不同地区地应力场会有差异，而且同一地区在不同的时间段，由于内外界因素的变化，地应力场也会发生变化。即地应力的三个主应力的大小和方向是随着空间和时间而变化的，因而它又是一个非稳定的应力场。

从小范围来看，地应力在空间上的变化是很明显的，从某一点到相距数十米外的另一点，地应力的大小和方向都可能不同。但就某个地区整体而言，地应力的变化不大。如我国的华北地区，地应力场的主导方向为北西到近于东西的主压应力。

在某些地震活动活跃的地区，地应力的大小和方向随时间的变化很明显，地震前处于应力积累阶段，应力值不断升高，而地震时使集中的应力得到释放，应力值突然大幅度下降。主应力方向在地震发生时会发生明显改变，在震后一段时候又会恢复到震前的状态。

5.5.2.2　铅直地应力

图5-36　中国板块主应力迹线图

对全世界实测铅直应力σv的统计资料的分析表明，铅直地应力基本上都是压应力，在深度为25～2700m的范围内，σv呈线性增长，并且大致等于按平均密度ρ=2.7g/cm3计算出来上覆岩体的自重（图5-37）。但在某些地区的测量结果有一定幅度的偏差，上述偏差除有一部分可能归结于测量误差外，板块移动、岩浆对流和侵入、扩容、不均匀膨胀等也都可引起铅直应力的异常。

图5-37　铅直应力与埋藏深度关系的实测结果

（据Hoek和Brown，1981）

5.5.2.3　水平地应力

岩体中水平地应力的分布和变化规律比铅直应力复杂。根据已有实测结果分析，岩体中水平地应力主要受地区现代构造应力场的控制，同时，还受到岩体自重、侵蚀所导致的天然卸荷作用、现代构造断裂运动、应力调整和释放以及岩体力学性质等因素的影响。根据各地的地应力量测成果，岩体中天然水平应力的特点可以概括如下：

（1）实测资料表明，在绝大多数（几乎所有）地区均有两个主应力位于水平或接近水平的平面内，其与水平面的夹角一般不大于30°。水平地应力以压应力为主，出现拉应力者甚少，且多具局部性质。即使出现拉应力，也是一个方向为压应力，另一个方向为拉应力。

（2）水平方向的地应力呈明显的各向异性，一般来说σhmin/σhmax比值随地区不同而变化于0.2～0.8之间。例如，在我国华北地区不同时代岩体中应力量测结果表明，σhmin/σhmax比值的变化范围在0.15～0.78之间。

（3）最大水平应力σhmax普遍大于铅直应力σv。σhmax与σv之比值一般为0.5～5.5，在很多情况下比值大于2。但在单薄的山体、谷坡附近以及未受构造变动的岩体中，天然水平应力则往往小于铅直应力。

（4）最大水平应力和最小水平应力也随深度呈线性增长关系。与铅直应力不同的是，在水平应力线性回归方程中的常数项比铅直应力线性回归方程中常数项的数值要大些，这反映了在某些地区近地表处仍存在显著水平应力的事实。斯蒂芬森等根据实测结果给出了芬诺斯堪的亚古陆最大水平应力和最小水平应力随深度（Z）变化的线性方程：

最大水平应力σhmax=6.7+0.0444Z(www.daowen.com)

最小水平应力σhmin=0.8+0.0329Z

5.5.2.4　地应力比值系数

岩体中平均水平地应力与铅直地应力之比定义为地应力比值系数，用λ表示。世界各地的地应力量测成果表明，绝大多数情况下地应力比值系数在1.5～10.6范围内，并且随深度增加而减小。图5-38是Hoek-Brown根据世界各地地应力测量结果得出的地应力比值系数λ随深度的变化曲线。可以看出，地应力比值系数随深度增加而减小，地应力比值系数λ基本上满足下式：

图5-38　地应力比值系数（λ）实测结果

（据Hoek和Brown，1981）

5.5.2.5　地应力状态

岩体中天然应力一般处于三维应力状态。根据3个主应力轴与水平面的相对位置关系，把天然应力场分为水平应力场与非水平应力场两类。水平应力场的特点是两个主应力轴呈水平或与水平面夹角小于30°，另一个主应力轴垂直于水平面或与水平面夹角大于或等于70°。非水平应力场的特点是：一个主应力轴与水平面夹角在45°左右，另两个主应力轴与水平面夹角在0°～45°之间变化。应力量测结果表明，水平应力场在地壳表层分布比较广泛，而非水平应力场仅分布在板块接触带或两地块之间的边界地带。

在水平应力场条件下，两个水平或近似水平方向的应力是两个主应力或近似主应力。在这种情况下，岩体铅直平面内没有或仅有很小的铅直剪应力，而存在着水平剪应力（数值上取决于两水平主应力之差）。当水平剪应力足够大时，岩体就会沿铅直平面发生剪切破坏。哈斯特认为，各种行星外壳中正交断裂系统都是这种水平应力场作用的结果。

在非水平应力场条件下，岩体中铅直平面内存在铅直剪应力，在水平面内存在水平剪应力。根据哈斯特的应力量测资料，芬兰斯堪的纳维亚半岛与大西洋和挪威海相接触地带，以及太平洋与美洲大陆之间的接触地带都存在非水平应力场。哈斯特还认为，非水平应力场和很高的铅直天然剪应力出现在地壳不稳定地区，以及正在发生铅直运动的地区。故可推知，目前存在非水平应力场的地区，很可能是现今正在发生铅直运动的不稳定地区。

5.5.2.6　地应力场的影响因素

地应力的上述分布规律还会受到地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。

地形对原始地应力的影响是十分复杂的。在具有负地形的峡谷或山区，地形的影响在侵蚀基准面以上及其以下一定范围内表现得特别明显。一般来说，谷底是应力集中的部位，越靠近谷底应力集中越明显。最大主应力在谷底或河床中心近于水平，而在两岸岸坡则向谷底或河床倾斜，并大致与坡面相平行。近地表或接近谷坡的岩体，其地应力状态与深部及周围岩体显著不同，并且没有明显的规律性。随着深度不断增加或远离谷坡则地应力分布状态逐渐趋于规律化，并且显示出和区域应力场的一致性。

在断层和结构面附近，地应力分布状态将会受到明显的扰动。断层端部、拐角处及交汇处将出现应力集中的现象。端部的应力集中与断层长度有关，长度越大，应力集中越强烈，拐角处的应力集中程度与拐角大小及其与地应力的相互关系有关。当最大主应力的方向和拐角的对称轴一致时，其外侧应力大于内侧应力。由于断层带中的岩体一般都比较软弱和破碎，不能承受高的应力和不利于能量积累，所以成为应力降低带，其最大主应力和最小主应力与周围岩体相比均显著减小。同时，断层的性质不同对周围岩体应力状态的影响也不同。压性断层中的应力状态与周围岩体比较接近，仅是主应力的大小比周围岩体有所下降，而张性断层中的地应力大小和方向与周围岩体相比则变化显著。