含義
地應力是存在於地殼中的未受工程擾動的天然應力,也稱
岩體初始應力、絕對應力或
原岩應力,廣義上也指地球體內的應力。它包括由地熱﹑重力﹑
地球自轉速度變化及其他因素產生的應力。
通常﹐地殼內各點的
應力狀態不盡相同﹐並且應力隨(地表以下)深度的增加而線性地增加。由於所處的構造部位和地理位置不同﹐各處的應力增加的梯度也不相同。地殼內各點的應力狀態在空間分布的總合,稱為
地應力場。與
地質構造運動有關的地應力場,稱為
構造應力場,通常指導致構造運動的地應力場。
地質力學認為﹐地殼內的應力活動是使地殼克服阻力﹑不斷運動發展的原因﹔地殼各處發生的一切形變﹐如褶皺﹑斷裂等都是地應力作用的結果。
特徵
新構造期和在它之前的喜馬拉雅
構造期的最大不同,在於應力作用的
主應力方向出現了全新的特徵。在喜馬拉雅構造期,中國
岩石圈的主應力方向總體來說是南北向的,其中中國西部的主應力方向是北北東-南南西走向,中國東部則為北南走向至北北西-南南東走向。
到新構造期,主應力方向發生了重大變化,除
青藏高原西部和新疆大部仍主要為北北東-南南西走向外,中國北方大部已經變為北東東-南西西走向至東西走向,而中國南方大部則變為北西-南東走向,三者合起來呈現出放射狀散布的特點,這種
構造應力場是以前的地史上不曾有過的,它說明
印度板塊向北碰撞造成的影響已經較喜馬拉雅期為弱,而西太平洋
俯衝帶的影響又開始顯現出來,二者勢均力敵的結果便是這种放射狀應力場的形成。
研究
現今存在的或正在活動的地應力場稱為
現今構造應力場。構造應力場的研究﹐既要實地考察
挽近地質時期﹐特別是
第四紀以來﹐岩石﹑地層發生的構造變形以及地區的升降﹐也要用適當的儀器裝置及其他方法﹐直接測量現今地應力的活動。進行
地應力測量時要根據活動的
構造體系﹑活動的構造帶(如地震帶)和重大工程建設要求來布置測點﹐同時配合相應的
地質工作。
測量
李四光教授是中國
地應力測量的創始人。早在20世紀20年代就提出地殼中水平運動為主,水平應力起主導作用。他提出,地殼內的應力活動是以往和現今使地殼克服
阻力,不斷運動發展的原因;地殼各部分所發生的一切變形,包括破裂,都是地應力作用的反映;劇烈的地應力活動會引起地震。因此,“地應力的探測是
地質力學具有重大實際意義的一個新方面,是值得予以重視的”。
新豐江
水庫地震和邢台地震後,更加重視地應力測量工作。提出,地應力測量是實現地震預報的重要途徑。他將近八十高齡還親自參加野外地應力解除試驗工作,親自分析研究由邢台
地應力觀測站發回的地應力變化曲線。
在他的領導下,中國的地應力研究與測量工作得到迅速發展。已具備了完善的理論,多種測試儀器、手段,廣泛套用於地質、油田、礦山、水工、電站、地震等各個領域。他特別注重從活動地帶里尋找穩定地區,提出了“
安全島”理論,為建廠選址提供了依據,為國民經濟建設做出了重大貢獻。
套用
三維地應力回歸分析方法與工程套用
初始地應力是岩土工程設計與施工所要考慮的重要因素之一,根據實測地應力資料,採取三維有限元回歸分析方法,充分考慮岩體自重與構造應力的影響,利用多元線性回歸原理,可得到計算區域的初始地應力場.對某高速公路隧道的地應力回歸分析結果表明,計算結果與實測值吻合較好,可作為工程設計與施工的依據.
衛星攝動
地下岩層突然發生斷裂,在極短時間內釋放出大量的能量,產生了地面位移和錯動並輻射出
地震波,構造地震就是這樣產生的。這叫做地震的斷層成因論。多數
地震學專家對此都無異議,差不多已成定論。至於
斷層的產生,一般都假設是由於
構造運動使地球內部的
切應力慢慢積累並在某些地區集中。當積累的應力超過一定的限度時,便產生了斷裂。
可見地應力是地震孕育過程中的重要因素,全面而連續地監測地應力的變化,是探討、檢驗各種理論假說的基礎條件,也是
地震預測的基礎條件。
邢台地震後,
李四光提出:一要調查研究地下發震層以上地層岩層的力學性質及
破裂強度;二是要抓
地應力場及其變化,並研究兩者的關係。
人們尚無法取得
震源區的岩石介質的性質、破裂強度、
應力狀態和積累速度,以及其隨時間的區域演化狀態。再者,整個地殼都在運動,應力存在於地殼的每一點上,尚不能取得一個地區的應力圖像及其隨時間的變化,更無法取得更多地區的應力圖像和變化,以及它們可能破裂發生地震的順序,以及震後應力調整、重新分配的過程與狀態。
影響
地應力活動會影響或產生地質構造。劇烈的地應力活動會引起地震。地應力活動還可影響地殼內岩石﹑礦物的
物理性質和
化學性質。因此﹐也可以利用這種物理和化學性質的改變來分析地應力的活動情況。
地應力是引起採礦、水利水電、土木建築、鐵道、公路、軍事和其他各種地下或露天
岩土開挖工程變形和破壞的根本作用力,是確定工程
岩土力學屬性,進行圍岩穩定性分析,實現岩土工程開挖設計和決策科學化的必要前提。