自然岩体均处于一定的原始地应力场中,当岩体开挖后,岩体卸荷并发生应力松弛,开挖面附近岩体的渗透性发生变化,并且随着岩体损伤的发展,将对整个岩体的渗流特性产生进一步影响。
1.边坡形成后的岩体应力分布
由于自重应力、构造应力及孔隙水压力对边坡稳定性具有重要的作用,因此许多学者对岩体的应力分布进行了研究。
当边坡形成后,自由临空面附近的岩体发生卸荷回弹,引起应力重分布及应力集中,并具有以下的规律。
(1)愈接近临空面,最大主应力愈接近平行于临空面,而最小主应力则与之近于正交,如图3.2所示。
图3.2 边坡主应力分布
(a)重力场条件下,集中系数k=0.33;(b)水平应力场条件下,集中系数k=3
(2)坡脚附近,最大主应力显著提高,且愈接近表面愈高;而最小主应力显著降低,至临空面处变为零,甚至转为拉应力。坡缘附近,在一定条件下,坡面的径向应力和坡顶的切向应力可转化为拉应力,形成张力带。(www.xing528.com)
(3)与主应力迹线偏转相联系,坡体内最大剪应力迹线由原来的直线变为圆弧,弧的下凹面朝着临空方向。
(4)坡面处由于径向压力实际等于0,所以实际处于单向应力状态,向内渐变成两向或三向状态。
2.隧洞形成后的岩体应力分布
同样,隧洞(隧道)作为一种特殊的卸荷工程形式,当隧洞形成后,其应力分布也有其自身的特点。在隧洞开挖的瞬间,隧洞表面围岩的应力降为0。由于地下隧洞的形成,破坏了岩体原有的应力平衡状态,使得岩体中应力有恢复平衡的趋势,直至达到新的平衡,在这一过程中,围岩主应力的大小与方向都发生了变化,如图3.3所示。围岩中的径向应力是随着向自由表面的接近而逐渐减小至0。而切向应力不同,在一些部位越接近自由表面,其切向应力变得越大,至洞壁处达到最大值;在一些部位越接近自由表面,其切向应力变得越低,有时甚至在洞壁处产生拉应力。由于以上应力的变化,使得岩体中的最大主应力与最小主应力均发生变化。隧洞主应力等值线图如图3.4所示,初始水平应力为垂向应力的3倍。
图3.3 隧洞主应力
(长线段为最大主应力,短线段为最小主应力)
图3.4 隧洞主应力等值线图
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