低地应力及其工程地质意义
㈠ 地应力的影响
地应力活动会影响或产生地质构造。剧烈的地应力活动会引起地震。地应力活动还可内影响地壳容内岩石﹑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。
地应力是引起采矿、水利水电、土木建筑、铁道、公路、军事和其他各种地下或露天岩土开挖工程变形和破坏的根本作用力，是确定工程岩土力学属性，进行围岩稳定性分析，实现岩土工程开挖设计和决策科学化的必要前提。
地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料的储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究等也具有重要意义。
㈡ 地形，岩性，地质构造，地下水及地应力等，对隧道和地下硐室选址有何影响
洞室（隧道）围岩稳定性问题（公路、铁路等交通隧道，地铁隧道，引水隧道，地下硐室）； 地下洞室包围于岩土体介质中，在洞室开挖与建设中破 坏了岩体原始平衡条件，会出现一系列工程地质问题， 如塌方、突水、冒顶、片帮、底鼓等。因此，在规划与 选址阶段，需要进行稳定性评价。
1，地层岩性－成因、时代、岩性、产 状、成岩作用特点、变质特点、风化特征、 软弱夹层、接触带、物理力学性质等；
2，地 质构造：褶皱、断层、节理的分布与特征。 对于形成时代新、规模大的优势断裂，对地 震等灾害具有控制作用，对建筑安全影响较 大，需要详细而深入研究；
3，水文地质条件 －要查明成因、埋藏、分布、动态变化、化 学成分等；
4，地表地质作用－是现代地表地质作用的反 映，与建筑区地形、气候、岩性、构造、地下水 和地表水相互作用密切相关，主要包括滑坡、崩 塌、岩溶、泥石流、风砂移动、河流冲刷与沉积 等，对评价建筑物稳定性与预测工程地质条件变 化意义重大；
5，地形地貌－地形指地表高低起 伏状况、山坡陡缓程度、沟谷宽窄程度等，地貌 指形成的原因、过程与时代。如平原区、丘陵区， 如地形起伏、土层薄厚情况、地下水埋藏特征与 地表地质作用均具有不同特征，影响建筑物场地 与线路选择。
㈢ 岩体地质工程设计问题
著者曾提出地质工程基础理论是地质控制论，也就是说，地质工程作用的规律是受地质规律控制的，如地质环境和地壳稳定性是受大地构造特征控制的，岩体质量是受岩体结构和岩体赋存环境条件控制的，岩体力学作用和岩体力学性质也是受岩体结构和岩体赋存环境条件控制的，地质体改造实际上是岩体力学作用改造，也受岩体结构和岩体赋存环境条件控制，岩体地质工程设计和施工必须在地质控制思想指导下进行。这是岩体地质工程建设的基本指导思想，因此在进行岩体地质工程工作中最重要的是查清工程地质条件，否则的话，必将造成失败，这就是著者一再强调的地质工程必须以地质为基础，一刻也离不开地质，这是岩体地质工程工作的一条重要定理。
一般来说，地质是有规律的，地质体特性是有规律的，是可以掌握的，但在实际工程中，想靠地质勘察一次性地搞清楚地质结构、岩体赋存环境条件和岩体力学特性是很难的。解决这个问题的有效方法是在施工过程中继续进行地质勘察和地质超前预报，根据勘察和预报结果，及时修改设计，这一方法又称为信息反馈设计或地质监控施工，通俗地称为“三边方针”，即边勘察、边设计、边施工、边勘察……这第二个边勘察包括补充勘察和施工地质超前预报，这是比较有效的方法。
岩体地质工程设计的基本原则和其他工程设计一样，其基本原则是为保证建成的工程安全稳定、技术可行、经济合理，既要防止工程地质灾害发生，又要节省投资，还要施工技术可能做到。这里经常涉及工程选线、选址和工程选型问题，这两个问题往往是由工程规划、工程运营条件和投资经济决定。不是仅靠地质体自身稳定能力决定的，如长江三峡工程船闸边坡下部是根据工程需要选用直立边坡，上部边坡则根据地质体自稳能力和施工要求改用斜坡，设计的任务就是采取岩体改造措施，保证总边坡安全稳定。
为了保证地质工程稳定性，设计的任务就是采取地质体改造措施，减小岩体内的主应力差、地下水压或提高岩体强度，保证岩体地质工程稳定性。判断岩体地质工程稳定性有三个重要的技术问题：①岩体结构和力学模型；②岩体力学参数；③岩体稳定性分析方法。其中最关键的问题是抓岩体结构。解决岩体地质工程十分关键的问题有4个工程地质条件：①岩体结构；②地应力；③地下水；④岩体力学参数。
1.岩体结构
关于岩体结构从理论上讲可以划分为若干种类型，可是在实践中如何确定岩体结构类型是很难的。不得不采取模糊的办法来处理，按几种可能的力学模型来试。岩体力学模型有的是随机的，有的是具有确定模型的，比较容易鉴别的有4种力学模型：①连续介质力学模型，它对于结构面分布具有随机特征的岩体比较适用；②碎裂介质力学模型，在低地应力条件下的碎裂结构岩体具有这种力学模型特性；③块裂介质力学模型，在断层、长大节理或层间错动面切割成块体的岩体具有这种力学模型；④板裂介质力学模型，在结构面单组发育或与最大主应力平行分布时或层间错动极发育的岩体具有这种力学模型，还有一种情况是，高地应力地区的高边墙地下洞室边墙围岩极易产生板裂化，在力学模型上也属于板裂介质。在实际岩体地质工程稳定性分析时，要对这4种力学模型仔细诊断，选择应用。用单一的连续介质力学模型分析所有的岩体地质工程稳定性是不符合地质实际的。如地下洞室施工中出现破坏概率最大的是块体塌方，可是用连续介质力学是解决不了这个问题的，必须采用块裂介质岩体力学方法进行分析才行。岩体稳定性分析工作中关键是岩体结构鉴别问题，而这个问题是很难在施工掘进之前作出明确的判断的，要在施工过程中通过补充勘察和地质超前预报最后确定。
2.地应力
地应力也是比较复杂的问题，地应力测量结果只能代表测点的地应力状况。由于岩体结构十分复杂，有的部位破碎，有的部位完整，有的部位含水，有的部位不含水，对于岩体地质工程来说不是仅涉及一小块岩石，而是涉及包含有完整岩体和破碎岩体，有的含水，有的不含水，有的部位地应力高，有的部位地应力低的这样一种复杂的地应力体系。在这种情况下，如何确定地应力大小，是比较难的。我们常常在谈到地应力场时，习惯上用一个确定数表示地应力场特征，实际上它不是一个确定数，而是与岩体弹性模量和岩体抗压强度有关的。从地应力绝对值来说，不是一个常数，而是有大有小的分布密度不等的云状分布状态，应该采用一种分布函数来表征地应力场特征。在岩体力学分析时应该给出变形破坏的分布概率，采用概率概念进行岩体地质工程设计，这是由地质结构的复杂性决定的。
3.地下水
地下水同样也是地质工程设计中必须考虑的一个重要因素，我们经常遇到在岩体地质工程设计中，对地下水的处理具有很大盲目性。对地下水补给、排泄渠道，对地下水量、水压及其动态并不清楚。如目前在滑坡防治地质工程设计中如何进行排水设计，如何布置地表排水系统和地下排水系统，只是根据经验或主观判断，缺乏理论依据，因此所设计的工程防治效果也是带有很大的盲目性。在岩体地质工程设计时，必须对地下水状态有一个明确的认识，因为它是岩体地质工程变形破坏的重要影响因素。
4.岩体力学参数
岩体地质工程稳定性分析工作中，困难的问题是岩体力学参数选择。岩体力学参数选取得是否符合实际，是影响岩体地质工程设计成败的关键因素之一。目前岩体地质工程设计多数是保守的，个别的也有冒险的，这里蕴藏着巨大的浪费，关键在于岩体力学参数选取不符合地质实际。岩体力学参数取值与选用什么力学判据密切有关，在选用岩体力学参数之前必须正确选择力学判据，有了力学判据才能确定岩体力学参数。这是岩体力学测试之前必须首先解决的问题。可是目前对这个问题还不够明确，不管岩体变形、破坏机制如何，一律采用杨氏法则、库仑莫尔定律作为变形破坏判据，实际上并不完全符合实际。这也是目前岩体地质工程稳定性分析结果不符合实际的原因之一。著者在（1998）里曾提出了修正的杨氏法则和岩体破坏判据体系，为解决这个问题提供了依据，可供选用岩体力学判据参考。目前在岩体力学参数选取上有三种方法：①根据试验结果取值；②利用变形监测反分析结果取值；③利用类比分析方法取值。尽管这样，也很不容易取得符合实际的岩体力学参数。因为在根据试验结果取值中存在一个尺寸效应和地应力效应改正问题很难处理，同时，在利用试验结果取值中常用统计分析方法，也不尽合理，因为岩体力学参数有的是随机的，有的是具有确定模型的，不能一概都用随机原理进行统计分析；在变形监测反分析中，反分析的力学模型选择是否符合地质实际，对分析结果是否符合实际具有很大影响；工程类比分析中地质模型是否具有可比性，如地质结构、地应力条件、地下水条件等是否有可比性在进行类比分析中是至关重要的。对岩体来说，岩体力学性质中最重要的有三个参数，即岩体变形模量、岩体强度、结构面强度。它们都具有明显的尺寸效应，图3-16是著者总结整理成的岩体强度尺寸效应与地应力效应关系图。这个资料对根据试验结果进行岩体力学参数取值是比较有用的。
地质工程设计中另一个重要问题是确定地质体改造技术问题，关于这个问题著者在地质体改造原理、技术和方法部分里已经谈了很多，不再重复。
㈣ 高地应力地区与低地应力地区的地质标志
下面我们来讨论高地应力地区和低地应力地区的地质标志问题。这里所说的高地应力和低地应力是指水平地应力与垂直地应力比较而言。地应力测量一般投资很大，是否实测是需要慎重权衡的，但如果地应力在这项工程中处的位置很重要，而且它可能处于卸荷带以下，不能利用自重进行估算，这就必须进行地应力测量。特别是那些对地下工程位于可能引起工程破坏、出现大变形的高地应力地区内时，这就一定要进行地应力测量，否则可能作出错误的设计，给施工带来麻烦，甚至造成返工的重大浪费事故。作者总结了所接触到的高地应力地区和低地应力地区的一些地质现象，提出了高地应力地区和低地应力地区的一些地质标志。这里归纳出来的高地应力地区和低地应力地区的地质标志并不是全面的，也不一定都合适，但是它可以帮助大家思考，大家也可以补充完善它，这里可以起到一个抛砖引玉的作用。现在概括地将我们归纳的高地应力地区和低地应力地区的地质标志列于表5-3。
表5-3 高地应力地区和低地应力地区的地质标志
1.高地应力地区地质标志
第一种，开挖探洞时或开挖隧道时出现岩爆，有的不出现岩爆而出现剥离现象，其位置多在两个边墙拐角处。有时剥离现象也看不见，用锤子敲击洞壁时出现有哑声，这是存在高地应力的现象。有时在开挖正洞时不出现，而在开挖支洞的入口处出现。我们在二滩作原位岩体力学试验挖试验洞时，就遇到过这种现象。可以利用这个现象分析这个地区地应力的大小，与此相应的还有基坑开挖时出现岩爆现象，葛洲坝电站的二江电厂基坑开挖时就曾出现过这种现象。有的地方在边坡开挖中也出现过剥离现象，这也是高地应力地区的一种地质标志。1978年我们在河南工作时，河南省金刚台坝基开挖时不断的出现剥离现象，这是高地应力地区的地质现象。松潘地震发生前，有人报告曾见到过地面岩爆现象，这说明这个地方的地应力在集中，酝酿着地震。隧道中的剥离现象见得很多，南桐矿务局井下大巷里也见到过种现象，他们为了文明施工把巷道喷了白灰，喷过白灰的洞壁上就可以看到一块一块的黑斑，这是洞壁剥离现象。在十三陵水库蓄能电站的探洞里，1989年我们去考察时也见到过这种现象。在这个探洞施工以后，没有用水冲刷洞壁，洞壁附着的粉尘是灰色的，岩爆剥离后留下黑斑，在洞子的交叉口处，出现黑斑更多。
第二种，是收敛变形特别大，特别是软岩地区更为显著。金川二矿区井下500m深度处，1975年我们下去时巷道收敛变形后仅剩一个人可以爬过去的空间，这个地区的岩石的单轴抗压强度仅30～50MPa，而这个地区的地应力经过测量高达20MPa以上，显然这样大的收敛变形是地应力引起的。山西省汾西矿务局的一个水浴矿，有一个巷道埋深并不大，埋深大体上也就是百十米左右。这个巷道位于铝土页岩中，开拓时建的双轨矿车运输巷道，1984年我们去考察时单轨矿车也通不过去了。开拓时是用素混凝土衬砌的，经过一段时间以后在收敛变形应力作用下素混凝土被压碎了；后改为砂岩块石衬砌，结果又被压碎了；再改为用辉绿岩衬砌，我们去考察时看到又被压成了碎片儿，巷道断面已经缩小到单轨矿车都通不过去了，已经无法再进行维护，结果这条巷道被放弃了。这明显的是地应力高的征兆，这种现象在我们国内经常见到，特别是在煤炭矿山中尤为多见。收敛变形除了上述岩石流变成分外，有时还见到有结构变形成分参与，前面我们说的鲁布革电站地下厂房边墙板裂化就是一个例子。像这样的例子在岷江上的中滩堡电站的地下厂房内也见到过，这种变形一般不是均匀收敛变形，而多数是边墙中部收敛变形大。
第三种，是软弱夹层挤出，隧道施工中叫它“吐舌头”。这也是地应力高的现象。与此相似的还有一种软弱夹层较薄，构成一种软弱结构面，边坡开挖时，出现沿着软弱结构面临空的岩体向外错动的现象。这种现象在葛洲坝电站二江电厂基坑开挖时曾出现过，在天生桥二级电站调压井开挖时也出现过，与此相应地在边坡岩体内可以拉开比较宽的缝、洞现象，这些现象都可以作为判断这一地区有较高地应力的参考依据。
第四种，是饼状岩心。饼状岩心出现的范围相当广，饼的厚度与岩心直径和地应力大小有关，直径越大厚度越大，直径越小厚度越小，地应力越大饼越薄，地应力越小饼越厚。在钻探过程中要仔细观察有无饼状岩心，在二滩电站见到的饼状岩心比较薄；在大冶铁矿见到的饼状岩心也比较薄，但是它的位置深度比较大，大约在钻孔深300～400m处以下出现；在金川和白云鄂博都见到过饼状岩心，白云鄂博是在打水平钻时出现的，钻孔离地面深度约70m。保定冶金勘探公司在八达岭作交通洞勘探时，打钻在地面下30m处也见到过饼状岩心，这都是高地应力现象。利用饼状岩心我们也可以分析该地区的地应力状况。
第五种，水下开挖隧洞时没有渗水现象。这是地应力比较高，把所有的节理、裂隙挤压闭合的结果。
第六种现象是开挖过程中有瓦斯突出。有瓦斯突出地段就不会有突水。因为瓦斯突出需要有高的地应力将瓦斯封闭在岩体里。地应力高，节理、缝裂被封闭，也就没有水的存在条件，无水可突。这也是高地应力地区的一个重要标志。
2.低地应力地区地质标志
低地应力地区的一些地质现象的问题是我们在进行军都山隧道施工地质超前预报工作中觉察到的。过去我们主要研究了高地应力地区的地质标志，而在军都山隧道施工初期塌方、涌水现象比较严重。经过分析发现这个地区水平地应力低，由此我们总结出来地下开挖中围岩松动、塌方、掉块及围岩渗水等是低地应力地区的地质标志。现将接触到的一些事实归纳成如下几种低地应力地区地质标志。
第一种，在开挖隧洞时频繁地出现围岩松动、塌方、掉块现象。
第二种，围岩渗水现象。如果在地下洞室里有两组主要节理，而追踪这两组主要节理都有渗水现象时，这表明该地区是低地应力地区。如果仅一组出水，另一组不出水，这表明这个地区最大主应力方向与出水线方向是垂直的。这还不能证明这个地区是低地应力地区，只能证明第一水平主应力与第二水平主应力差值比较大。
第三种，节理面内有夹泥现象。这表明它位于卸荷带内，夹泥是由地表渗透水带下去的，这是节理开裂的表现，高地应力地区水是渗透不下去的。
第四种，岩脉内岩块松动或强风化。
第五种，节理面内有次生矿物与空洞。如果两组节理与断层都有这种现象，这可以肯定它是处于卸荷带内，是处于低地应力状态。如果仅有一组存在有这种现象，这表明这个地区最大主应力方向与这组节理垂直，最小水平主应力比较小。
上面这些标志可以作为判断这个地区地应力水平高低的参考资料，可帮助我们下决心作出该不该测量地应力的决策。
㈤ 软弱夹层的工程地质意义~
位于地壳岩体中的软弱夹层，是工程地质性质1最差的不连续面，也是控制岩体稳定专性的重要边1界 ．软弱夹属层的工程地质性质既与岩体应力、1地下水等环境条件有关，也与其成因性质、粘粒含量和粘土矿物成分等有关．在软弱夹层形成后的地质1历史中，地应力使其压密、固结，且延缓地下水的渗1流，从而改善其工程地质性质．因此，研究软弱夹层1的工程地质性质时，应充分考虑地应力这一环境因1素．但对于成因相同、粘土矿物成分一致、粘粒含量1变化不大的软弱层带而言，在受到不同压应力作用1时，其物理力学参数必然与之有一定的对应关系．1而受降雨和水文地质条件的影响，软弱夹层的饱水1状态是不一样的．在非雨季，地下水位线低，软弱夹1层常处于非饱和状态；在雨季，地下水位线升高，地1下水渗流加剧，软弱夹层多处于饱和状态．
㈥ 试论述工程地质勘察工作建设中的地位与作用，工程地质勘查基本内容有哪些 求高手解决
为查明影响工程建筑物的地质因素而进行的地质调查研究工作。所需勘察的地质因素包括地质结构或地质构造：地貌、水文地质条件、土和岩石的物理力学性质，自然（物理）地质现象和天然建筑材料等。这些通常称为工程地质条件。查明工程地质条件后，需根据设计建筑物的结构和运行特点，预测工程建筑物与地质环境相互作用（即工程地质作用）的方式、特点和规模，并作出正确的评价，为确定保证建筑物稳定与正常使用的防护措施提供依据。
按工程建设的阶段，工程地质勘察一般分为规划选点至选址的工程地质勘察、初步设计工程地质勘察和施工图设计工程地质勘察。
工程地质勘察方法或手段，包括工程地质测绘、工程地质勘探、实验室或现场试验、长期观测（或监测）等。
工程地质测绘 在一定范围内调查研究与工程建设活动有关的各种工程地质条件，测制成一定比例尺的工程地质图，分析可能产生的工程地质作用及其对设计建筑物的影响，并为勘探、试验、观测等工作的布置提供依据。它是工程地质勘察的一项基础性工作。测绘范围和比例尺的选择，既取决于建筑区地质条件的复杂程度和已有研究程度，也取决于建筑物的类型、规模和设计阶段。规划选点阶段，区域性工程地质测绘用小比例尺（1:10万，1:5万）；设计阶段,水库区测绘大多用中比例尺（1:2.5万，1:1万）,坝址、厂址则用大比例尺(1:5000，1:2000,1:1000,1:500)。工程地质测绘所需调研的内容有地层岩性、地质构造、地貌及第四纪地质、水文地质条件、天然建筑材料、自然（物理）地质现象及工程地质现象。对所有地质条件的研究，都必须以论证或预测工程活动与地质条件的相互作用或相互制约为目的，紧密结合该项工程活动的特点。当露头不好或这些条件在深部分布不明时，需配合以试坑、探槽、钻孔、平洞、竖井等勘探工作进行必要的揭露。
工程地质测绘通常是以一定比例尺的地形图为底图，以仪器测量方法来测制。采用卫星像片、航空像片和陆地摄影像片，通过室内判读调绘成草图，到现场有目的地复查，与进一步的照片判读反复验证，可以测制出更精确的工程地质图。并可提高测绘的精度和效率，减少地面调查的工作量。
工程地质勘探 包括工程地球物理勘探、钻探和坑探工程等内容。
①工程地球物理勘探。简称工程物探，其目的是利用专门仪器，测定各类岩、土体或地质体的密度、导电性、弹性、磁性、放射性等物理性质的差别，通过分析解释判断地面下的工程地质条件。它是在测绘工作的基础上探测地下工程地质条件的一种间接勘探方法。按工作条件分为地面物探和井下物探（测井）；按被探测的物理性质可分为电法、地震、声波、重力、磁法、放射性等方法。工程地质勘察中最常用的地面物探为电法中的视电阻率法，地震勘探中的浅层折射法，声波勘探等；测井则多采用综合测井。
物探的优点在于能经济而迅速地探测较大范围，且通过不同方向的多个剖面获得的资料是三维的。以这些资料为基础，在控制点和异常点上布置勘探、试验工作，既可减少盲目性，又可提高精度。测井则可增补钻探工作所得资料并提高其质量。开展多种方法综合物探，根据综合成果进行对比分析，可以显著提高地质解释的质量，扩大物探解决问题的范围，缩短工程地质勘探周期并降低其成本。由于物探需要间接解释，所以只有地质体之间的物理状态（如破碎程度、含水率、喀斯特化程度）或某种物理性质有显著差异，才能取得良好效果。
②钻探和坑探。采用钻探机械钻进或矿山掘进法，直接揭露建筑物布置范围和影响深度内的工程地质条件，为工程设计提供准确的工程地质剖面的勘察方法。其任务是：查明建筑物影响范围内的地质构造，了解岩层的完整性或破坏情况，为建筑物探寻良好的持力层（承受建筑物附加荷载的主要部分的岩土层）和查明对建筑物稳定性有不利影响的岩体结构或结构面（如软弱夹层、断层与裂隙）;揭露地下水并观测其动态;采取试验用的岩土试样；为现场测试或长期观测提供钻孔或坑道。
钻探比坑探工效高，受地面水、地下水及探测深度的影响较小，故广为采用。但不易取得软弱夹层岩心和河床卵砾石层样品，钻孔也不能用来进行大型现场试验。因此,有时需采用大孔径钻探技术,或在钻孔中运用钻孔摄影，孔内电视或采用综合物探测井以弥补其不足。但在关键部位还需采用便于直接观察和测试目的层的平洞、斜井、竖井等坑探工程。
钻探和坑探的工作成本高，故应在工程地质测绘和物探工作的基础上，根据不同工程地质勘探阶段需要查明的问题，合理设计洞、坑、孔的数量、位置、深度、方向和结构，以尽可能少的工作量取得尽可能多的地质资料，并保证必要的精度。
实验室试验及现场原位测试 获得工程地质设计和施工参数，定量评价工程地质条件和工程地质问题的手段，是工程地质勘察的组成部分。室内试验包括：岩、土体样品的物理性质、水理性质和力学性质参数的测定。现场原位测试包括：触探试验、承压板载荷试验、原位直剪试验以及地应力量测等（见岩土试验、工程地质力学模拟）。
设计建筑物规模较小，或大型建筑物的早期设计阶段，且易于取得岩、土体试样的情况下，往往采用实验室试验。但室内试验试样小，缺乏代表性，且难以保持天然结构。所以，为重要建筑物的初步设计至施工图设计提供上述各种参数，必须在现场对有代表性的天然结构的大型试样或对含水层进行测试。要获取液态软粘土、疏松含水细砂、强裂隙化岩体之类的、不能得到原状结构试样的岩土体的物理力学参数，必须进行现场原位测试。
长期观测 用专门的观测仪器对建筑区工程地质条件各要素或对工程建筑活动有重要影响的自然(物理)地质作用和某些重要的工程地质作用随时间的发展变化，进行长时期的重复测量的工作。观测的主要内容有：岩、土体位移范围、速度、方向；岩、土体内地下水位变化；岩体内破坏面上的压力；爆破引起的质点速度；峰值质点加速度；人工加固系统的载荷变化等。此项工作主要是在论证建筑物的施工设计的详细勘察阶段进行，工程地质作用的观测则往往在施工和建筑物使用期间进行。长期观测取得的资料经整理分析，可直接用于工程地质评价，检验工程地质预测的准确性，对不良地质作用及时采取防治措施，确保工程安全。
㈦ 地应力资料在地质工程中的应用
地应力资料对地质工程来说是比较重要的，尤其是对地下工程来说，必须考虑地应力。
对于地应力资料在地质工程中怎样应用的问题，还存在两种不同的看法。以隧道工程为例，只把隧道衬砌看成是工程，而把隧道上覆岩体自重看作是作用于围岩上的荷载，或把围岩看成是在自重作用下冒落作用于衬砌上的荷载，这是一套荷载支护体系观点。隧道工程实际上是以地质体做环境，以地质体做材料，以地质体做结构的一项特殊工程。它的稳定性主要受控于环境应力及岩体特性，环境应力是主要作用力，洞体围岩是抵抗地应力的基本结构和材料。地质体是有自稳能力的，当洞壁应力差大于围岩强度时，就会出现变形和破坏。为保证洞体稳定，可采用地质体改造的办法提高洞体稳定性。这是一种地质工程观点。在这一观点指导下进行地下洞室设计时，必须有地应力资料和岩体强度资料。作为一种最简单例子，现在取均匀地应力场圆形洞室洞壁围岩稳定性判据来说明：
地质工程学原理
式中：K为稳定性系数；σc为岩体抗压强度；P0为地应力值。
式（5-1）表明，洞壁围岩稳定性系数大小主要决定于岩体抗压强度及地应力P0。当岩体强度太低或地应力太高时洞体首先从洞壁开始破坏，从而导致洞体失稳。根据这一观点，当岩体强度不足以抵抗地应力作用时，可以采取加固围岩、采用支护提高σ3或采取弱化洞壁围岩中应力等岩体改造的办法来提高围岩稳定性。而对于荷载支护观点来说，当支护强度不够时维护支护稳定性的办法，则要增加支护厚度和提高支护强度等，这完全是两条路子。上述表明，地应力是地下工程设计中必不可少的一个基本资料。正确的地下工程设计必须有地应力资料。
地应力对地质工程的影响是多方面的，下面先从总的轮廓上讨论一下，即地应力的力学效应。前面讨论了岩体结构力学效应，现在讨论地应力的力学效应。地应力的力学效应总的来说有如表5-4所示的一些内容。下面简单展开地谈一下。
表5-4 地应力的力学效应（地应力由低到高）
第一，对完整结构岩体来说，地应力可以改变岩体破坏机制。脆性岩体在高地应力条件下可以转化为塑性，而且其破坏强度随着地应力增高而增高，但它不是无限制地增大，达到塑性状态以后，它将保持一个稳定值。有一些岩石在高压下还可以转变为流体，其强度不仅不增高，而且还降低。这在比较高的压力条件下的地球深部和核爆炸的爆炸腔里可以看到。地下核爆炸腔周围的最外部成弹性变形，往里变为脆性破坏，再往里有一圈致密的，实际上是塑性化圈，在爆心里面呈流体状态。在陨石坑里也可以看到岩石呈流体状态，陨石坑里的岩石都呈玻璃质状态，其摩擦角接近于零，内聚力也很低，这是一种特殊状况。一般的地质工程中见不到。变形模量也存在这种现象，随着地应力增高变形模量增大。完整岩体里或多或少都存在有裂隙，这样岩体在低围压条件下的变形是结构面变形为主，即结构面变形为岩体变形的主要部分；随着围压增高结构面变形逐渐减小，当应力达到一定水平，大约为8MPa，结构面就全部闭合了。压力再增高时岩体变形则为岩石材料变形，但随压力增高弹性模量就接近于一个常数，而不变。这些现象表明，测量岩体力学性质时必须考虑环境应力水平。现在有些规程、规范规定试验加载到多少多少，实际上是不对的。正确的做法应该是根据工程作用的最大应力水平确定最大试验压力，一般来说，试验压力应该高于工程作用压力，这对于试验成果分析来讲是十分重要的。
第二，对碎裂结构岩体来讲，地应力力学效应可以反映在以下六个方面：
（1）碎裂结构岩体内结构面在低地应力条件下起作用，而随着地应力增高，结构面的作用逐渐减弱，而在高地应力条件下结构面便不起作用了，这个应力条件大体上是8MPa。
（2）在低地应力条件下，碎裂结构岩体力学性质的结构应十分显著，而随着地应力水平逐渐增高，力学性质的结构效应逐渐消失，这个条件大体上为岩体抗压强度的1/2。
（3）随着地应力增高，岩体破坏机制由受结构面控制逐渐转变为受岩块控制，即变为受结构体控制。
（4）随着地应力增高，岩体破坏强度的结构效应逐渐消失，图5-14是一个很好的例子，左图是在单轴压（无围压）条件下用劈裂法（巴西法）作的石灰岩岩块劈裂强度与试块尺寸关系，右图为高围压条件下的试验结果。试验结果表明，无围压时试验块力学性质具有明显尺寸效应，而在高围压条件下尺寸效应消失了。
图5-14 不同围压条件下巴西法试块试验结果
（5）随着地应力增高，岩体弹性模量的尺寸效应也逐渐消失。
（6）随着地应力增高，岩体力学介质类型也在发生变化。低地应力条件下呈碎裂介质；高地应力条件下则转化为连续介质，也就是说结构面不起作用了，起始转化的应力条件大约为岩块抗压强度的1/2。
第三，块裂结构岩体随着地应力增高，其地应力效应反映在岩体力学性质和破坏机制的改变上。这就是随着法向应力增加，其强度增大，结构面由滑动破坏转化为啃断破坏。但是作为一种力学介质来说，在工程所及的地应力条件下，其介质类型一般不会产生变化。
上述事实表明，我们在作岩体力学研究时，不要把岩体看成是孤立的，不变的。而它是随着环境应力改变而不断的变化着。特别是岩体内存在坚硬结构面时，这种变化十分明显，也可以说岩体力学与其他连续介质力学的不同就在于岩体内存在有结构面。岩体力学规律所以千变万化，就是因为岩体内存在有大量结构面。岩体的变形规律、破坏机制及力学性质与其他材料的区别，就在于岩体内有结构面作用。随此，便产生了地应力的力学效应。所以我们把岩体结构力学效应与岩体力学基本规律等同看待。
第四，板裂结构岩体的板裂体实际上都属于碎裂结构，随地应力增高，切割板裂体的结构面力学作用消失，转化为完整结构岩体；分割板裂体的软弱结构面的力学作用很难消失，只是结构面强度逐渐增加，起伏的结构面则由爬坡转化为啃断。
下面进一步来讨论地应力与地下工程的关系。很多人经常遇到这样一个问题，地应力测了很多，在地下工程中怎么用?实际上它与地下工程建筑观点有关。早期的地下工程建筑观点是荷载支护体系，这个观念认为地下工程中的围岩破坏塌落下来的地质体是作用于衬砌上的荷载，维护地下工程稳定的措施是衬砌。那么作用于衬砌上的荷载怎么求?基本的概念是围岩不能自稳，在自重作用下是要塌落的，想方设法要找到塌落体高度，把塌落体的自重作为作用于衬砌上的荷载，来设计衬砌。这就是地下工程建筑早期的荷载支护体系观念，统治隧道设计理论达半个世纪以上的普氏理论是这一观念的代表性观点。随着隧道建筑经验的不断增加，许多人提出了异议，看出了普氏理论在地下工程中应用的不合理性。我国20世纪70年代曾出现过批判普氏理论的潮流，可是由于没有找到合理的理论取代它，批判归批判，使用归使用，问题没有得到解决。应当指出，普氏理论对土体力学还是适用的，对于岩体力学就不适用了。80年代以后，越来越多的人接受了厚壁圆筒理论在地下工程建筑中的应用，逐渐地取代了普氏理论。应当指出厚壁圆筒理论在地下工程中的应用并非是从80年代开始的，钱令希教授在40年代就提出了厚壁圆筒理论在地下工程中的应用问题，不过当时是将自重作为岩体中的应力而应用，因此效果不好。80年以来采用了实测地应力作为环境应力，从而建立起了新的理论体系，今天已经取代了普氏理论。厚壁圆筒理论的基本点如下。
首先我们知道地下洞室围岩中的应力与地应力大小有关，与围岩的力学介质无关。不管是弹性的还是塑性的，其应力分布规律都具有下面公式所表达的形式：
地质工程学原理
式中符号示于图5-15。地应力方向和大小对围岩内应力分布有较大的影响，就拿洞壁应力状态来说，在均匀应力场条件下，洞壁应力分别为
地质工程学原理
式中P0为地应力大小。在双向应力不等的条件下洞壁处应力为
地质工程学原理
图5-15 各向不等地应力条件下围岩内应力分析计算草图
与地应力最大主应力方向成处洞壁切向应力最大，径向应力最小，即
地质工程学原理
式中：σH为地应力的最大主应力分量；σh为地应力的最小主应力分量。
地质工程学原理
这里可以明显看出，洞壁围岩内应力分布是与地应力状态有关。这就是说，地下工程建筑中必须有地应力的资料。如果岩体是脆性破坏，则其破坏判据为
地质工程学原理
式中K为稳定性系数。当K=1时，岩体抗压强度如小于（3-λ）倍地应力值时岩体就要产生破坏，如地应力场是均匀的，即λ=1，则岩体强度小于两倍地应力值时，岩体就要产生破坏。现在再来看，如果围岩为塑性介质时，岩体的破坏判据应用下式表达
地质工程学原理
它的破坏点也应该发生在洞壁处。这时σ3=σr=0，则破坏判据变为
地质工程学原理
洞壁稳定条件为
地质工程学原理
这也表明洞壁稳定性既与岩体强度有关，也与岩体内地应力大小有关。提出地应力在地下工程中有什么用的同志可能忽略一个问题，他在用评价洞室稳定性的公式中，没有直接出现地应力P0这个参数，因为过去在这些公式中没有实测的地应力值，而是用自重（γ）乘上埋深（H）来代替地应力。这实际上也是考虑了地应力，只是由于没有实测的地应力资料，不得已而用自重代替罢了。现在我们进行了地应力测量，有了实测资料，如上面所介绍的那样，实际上地应力并不等于γH，有时甚至大于γH的两倍或三倍。特别是在地下不深处有一个水平地应力集中带，地应力就更比γH高了。而我们所修建的地下洞室要经常通过地应力集中带，显然不能用γH来代替。有一种情况可以用γH来代替，这就是地下洞室所通过的地区位于地应力松弛带内，因为构造作用产生的水平地应力已经都卸除了，剩下的只是自重应力，在这种情况下用γH替代地应力是完全正确的。在中国来说，水平地应力多半是大于自重应力。如北京郊区大灰厂地下12m深度处，测得的最大水平主应力高达8MPa。二滩电站的水平地应力也远远大于自重应力。金川二矿区测得的水平地应力也远大于自重应力。这样的实例很多。这充分说明，在地下洞室稳定性分析中，不能简单地一律采用γH来代替地应力。这样我们在具体的地下工程设计中要注意下面两个问题：
（1）洞轴线选择时不要垂直于最大主应力，如果许可的话最好平行于最大主应力，避免洞壁受最大主应力作用。地下洞室不仅怕地应力大，而更怕应力差大。如果我们避开最大主应力，这就使得洞室受的应力差小些，对洞室稳定性有利。在高边墙大型地下洞室建筑中，更应该注意这个问题。
（2）我们习惯设计地下洞室形状是圆形、圆拱直墙或马蹄型的，总是长轴方向是垂直的，短轴方向水平，好像这是一种习惯，很少考虑地应力状况。我们在金川遇到一个问题，二矿区的一个巷道，几乎是没有不破坏的，经过采用很多办法来支护，但仍然破坏，这是为什么?著者认为是与地应力状态有关。金川的水平地应力比垂直地应力大2～3倍，在这种情况下洞室的短轴方向受到大的地应力作用，而长轴方向受到小的地应力作用，这是最容易破坏的，从结构设计来讲这是不合理的。因此在1977年我们到现场工作时，曾向他们建议巷道长轴应放躺下，与最大主应力方向平行，洞子的截面形状，即洞的长轴与短轴之比应该与最大主应力与最小主应力匹配。这一点在地下工程设计中非常重要，所以出现上述不合理的情况，与长期以来把垂直应力看作是最大主应力有关，而过去我们也没有接触过这么多水平应力大于垂直应力的情况。还应该指出，最大主应力和最小主应力的分布并不是垂直的或水平的，而是与水平面成一个角度，这种情况下洞子应该怎么放?如果是一个单个洞子恐怕要从结构上想办法，即开挖洞形与使用洞形不一定一样。开挖洞形剖面可以是倾斜的、椭圆形的洞形，而使用的洞形应在里面加一衬砌层作成所需要的洞形。如果是洞室群，像电站地下厂房那样。洞室群总体排列应该与地应力分布相适应，洞室群长轴方向应该与最大主应力方向平行，短轴方向应该与最小主应力方向平行，它所形成的整体形状应该与地应力的三个分量的比值相匹配。这样可以避免掉地应力造成的麻烦，其内部的个体建筑才能比较稳定。这也是一种优化设计方案。
上述的地应力与地下工程的理论，不仅适用于与平卧的地下洞室，也适用于直立的竖井和钻孔设计中的稳定性检核。在高地应力地带的竖井和钻孔在围岩强度不高，应力差过大时，或者出现缩径变形，或者出现井壁和孔壁破裂，导致竖井和钻孔破坏，不能正常应用，这种事故在矿山和采油井、采气井、采水井等地质工程中经常见到，为了避免事故，应在设计中进行井壁和孔壁稳定性检查。
㈧ 地质构造大致有哪些形式，其工程意义如何
工程地质学是：研究人类的工程活动与地质环境的相互作用，以便认识评价，改造和保护地质环境。是地质学的一个分支。
工程地质是一门研究与工程建设有关的地质问题的专门学科。
工程地质学的研究对象是：工程地质条件和工程地质问题。
所谓工程地质条件是：工程地质环境各个要素的总和。包括：
（1）岩土类型及其工程地质性质（2）地形地貌条件（3）地质结构与地应力（4）水文地质条件（5）物理地质现象（6）天然建筑材料
地 质 工 程 Geological Engineering
地质工程领域是以自然科学和地球科学为理论基础，以地质调查、矿产资源的普查与勘探、重大工程的地质结构与地质背景涉及的工程问题为主要对象，以地质学、地球物理和地球化学技术、数学地质方法、遥感技术、测试技术、计算机技术等为手段，为国民经济建设服务的先导性工程领域。国民经济建设中的重大地质问题、所需各类矿产资源、水资源与环境问题等是社会稳定持续发展的条件和基础。地质工程领域正是为此目的而进行科学研究、工程实施和人才培养。地质工程领域服务范围广泛，技术手段多样化，目前，从空中、地面、地下、陆地到海洋，各种方法技术相互配合，交叉渗透，已形成科学合理的、立体交叉的现代化综合技术和方法。
本工程领域涉及到数学、物理学、地质学、油气及固体矿产的矿产普查与勘探、水文地质、工程地质、岩土工程、遥感地质、数学地质、应用地球物理和应用地球化学、计算机应用技术等学科。
㈨ 什么是地应力的影响作用
地应力
存在于地壳中的应力.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.由于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.有人也将由于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.
㈩ 工程地质条件和工程地质问题的概念
工程地质条件
定义：与工程建筑有关的地质要素的综合(或者说各种对工程建筑有影回响的地质因素的总答称)。
包括以下六个方面：
1.地形地貌条件
2.地质结构和地应力
3.岩土类型及其工程地质性质
4.水文地质条件
5.物理地质现象
6.天然建筑材料
工程地质问题的定义：与人类工程活动有关的地质问题。
它影响建筑物修建的技术可能性、经济合理性和安全可靠性。如建筑物所处地质环境的区域构造稳定问题，地基岩体稳定问题，地下硐室围岩稳定问题和边坡岩体稳定问题，水库渗漏问题，淤积问题，浸没问题，边岸再造及坝下游冲刷问题，以及与上述问题相联系的建筑场地的规划、设计和施工条件等方面的问题。工程地质工作的基本任务在于对人类工程活动可能遇到或引起的各种工程地质问题作出预测和确切评价，从地质方面保证建设事业的技术可能性、经济合理性和安全可靠性。
回答者：匿名 1-6 21:55