[科普中国]-初始应力

基本概念

初始应力，即原岩应力、天然应力，在地质学中通常被称为“地应力”，是岩体处于天然产状条件下所具有的内应力。包括自重应力，构造应力，岩石遇水后引起的膨胀应力，温度变化引起的温度应力，结晶作用、变质作用、沉积作用、固结作用、脱水作用所引起的应力，岩石不连续引起的自重应力波动等。其中主要是自重应力和构造应力。1

主要影响及测定方法初始应力主要影响地下硐室围岩的应力重分布、围岩的变形和稳定性、山岩压力的大小、岩坡和岩基的稳定性，是工程设计中必不可少的原始资料，一般应通过现场测量的方法（如应力解除法）来测定。工程中近似计算时，往往用自重应力代替。在空间的分布状态称“原岩应力场”或“初始应力场”。1

初始应力对应力波传播及块体运动规律的影响初始应力的存在使岩体内部的结构面力学效应消失，导致结构破坏机制转化，改善岩体力学性质。同时，地应力的存在使深部岩体具有储能特征，当爆炸扰动足够大时，会伴随着能量的释放。所以，对于一般的浅埋爆炸，在求解自由场应力建立方程时通常不考虑地应力的影响，而爆炸埋深较大时，考虑和不考虑由岩石自重而引起的初始应力会使计算结果产生一定的偏差，这种影响在浅埋爆炸时意义不是很大，而对于深部岩体中应力波传播和块体运动规律的研究具有很重要的意义。

在低应力下，岩石中的弹性波速随压力增大而增加迅速，增大的梯度在低应力下较高，在高应力下趋于一常数值。有效应力对波速的影响主要由孔隙空间减少和颗粒接触刚度增大引起。

当初始应力增大时，相同距离处的径向应力峰值和位移峰值会降低，而且衰减较快，波形变窄。速度峰值会在初始时刻发生一定的波动，随着计算时间的增加波形基本趋于相同。

块体间的相对位移与初始应力的大小成反比，在离爆炸较近的区域，块体运动参数与地应力的大小有较小的依赖关系，随着比距离的增加，地应力的影响变得明显。2