1．自重应力

根据大量应力的实测资料已经证实，对于没有经受构造作用、产状较为平缓的岩层，其中的应力状态十分接近于由弹性理论所确定的应力值。对于表面为水平的半无限体，在深度为z处的垂直应力z 可按下式计算：

z= γ z

式中：γ为岩石的块体密度。

在半无限体中的任一微分单元体上的正应力x 、y 、z 是主应力，而且水平方向的两个应力与应变彼此相等，即

x= y, x= y

如果考虑到半无限体中的任一单元体都不可能产生侧向变形，即

x= y=0

则由此可得

式中：E、μ为岩石的弹性模量与泊松比。

因为x=y ，所以上式可以写成：

令 ，则有

式中：K0为称为岩石静止侧压力系数。

一般在试验室条件下所测定的泊松比μ=0.2~0.3 ，此时静止侧压力系数为K0=0.2～0.3 。

海姆假说

当侧压力系数 K0=1时，就出现侧向水平应力与垂直应力相等的所谓静水压力情况。这就是1878年著名瑞士地质学家海姆（Heim）所指出的情况。他根据在开挖横贯阿尔卑斯山的大型隧洞的观察中，发现隧洞的各个方向上都承受着很高的压力。于是他提出了著名的海姆假说：在岩体深处的初始垂直应力与其上覆岩体的重量成正比，而水平应力大致与垂直应力相等。

２．构造应力

在漫长的地质年代里，由于地壳的构造运动，不仅在岩层或岩体中引起构造应力，同时也在岩层和岩体中引起相应的变形，这种变形表现为各种岩层和岩体以不同产状、形状和一定的几何形态有规律地分布于地壳中。

岩层和岩体中的变形形成地质学中所称的地质构造。在野外所观察到的各式各样的地质构造，都是岩体在构造应力的长期作用下所产生的残余变形的结果。

对于现时还在活动的构造应力场的研究，主要的手段之一就是进行构造应力的实测。对于过去所形成的古构造应力场的研究，最重要的手段就是在野外对于古时地壳运动所遗留下来各种踪迹进行实地调查研究，并确定各种构造型式的存在和它们的构造特征。然后再采用各种相应的方法进行模拟实验，同时配合有关应力场的理论分析进行研究。

３．初始应力的分布特点

天然岩体中的初始应力是很复杂的，不仅与岩体自重、地质构造运动有关，而且与成岩条件、地形地貌、岩性、地温等许多因素有关。它的大小和方向，常随岩体中的测点位置和测点局部地质因素的不同而变化。但对一定范围内的地质体来说，起控制作用的终究是其自重和经受的地质构造作用，因而大体上仍有规律可循。根据目前所获得的大量实测地应力资料和地质调查结果，通过理论分析和研究，对于3000m以内的浅层地壳来说，地应力的分布规律主要有如下几点：

1) 一般情况下岩体中的初始应力场多数是三向不相等的空间应力场，最大水平主应力普遍大于垂直应力，最小水平主应力的数值则变化较大 。

2) 初始应力的大小、方向与地质构造有着密切关系。显然，位于活动断层的拐弯或交叉处的断裂构造则产生较大的应力集中，其它部位的断裂构造反而引起应力释放，促使岩体应力的重新分布。

3) 岩体上覆岩层的重量是形成岩体初始应力的基本因素之一。一般认为，岩体垂直初始应力基本上与上覆岩体的重量相等。

澳大利亚学者布朗（Brown）和霍克（Hoek）于1978汇集了世界范围内的原岩应力实测资料后认为，在25~2700m深度范围内，岩体的平均重度为27kN/m3，垂直原岩应力随深度增加呈线性增大 。

4．地形地貌对初始应力有一定的影响，因为地形被切割后必然引起新的重分布应力，这就使得河谷两岸岩壁的最大主应力方向往往与山坡方向一致，而最小主应力方向则是谷坡的法线方向。

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知识点：岩体的初始应力