地应力

天然应力未受工程扰动

地应力（crustal stress）存在于地壳中的应力。即由于岩石形变而引起的介质内部单位面积上的作用力。它一般包括两部分：（1）由覆盖岩石的重量引起的应力，它是由引力和地球自转惯性离心力引起的；（2）由邻近地块或底部传递过来的构造应力。这种应力是指与标准状态差异的部分，它除包括由邻近地块或底部传来的现代构造应力外，还包括过去构造运动残留下来而尚未完全松弛掉的残留应力，以及附近人为工程（如隧洞、开采面）引起的应力变化。构造应力直接反映地壳运动的动力源，它是造成地震的一个重要因素。在构造应力强烈的地区开挖隧洞，由于洞壁成为自由表面容易变形，使洞体逐渐缩小或造成坍塌，因此研究地应力具有重要的意义。

含义

地应力是在漫长的地质年代里，由于地质构造运动等原因使地壳物质产生了内应力效应，这种应力称为地应力，它是地壳应力的统称。

地应力是存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力，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。

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。

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﹑断裂等都是地应力作用的结果。

特征

新构造期和在它之前的喜马拉雅构造期的最大不同，在于应力作用的主应力方向出现了全新的特征。在喜马拉雅构造期，中国岩石圈的主应力方向总体来说是南北向的，其中中国西部的主应力方向是北北东-南南西走向，中国东部则为北南走向至北北西-南南东走向。

到新构造期，主应力方向发生了重大变化，除青藏高原西部和新疆大部仍主要为北北东-南南西走向外，中国北方大部已经变为北东东-南西西走向至东西走向，而中国南方大部则变为北西-南东走向，三者合起来呈现出放射状散布的特点，这种构造应力场是以前的地史上不曾有过的，它说明印度板块向北碰撞造成的影响已经较喜马拉雅期为弱，而西太平洋俯冲带的影响又开始显现出来，二者势均力敌的结果便是这种放射状应力场的形成。

研究

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。

现今存在的或正在活动的地应力场称为现今构造应力场。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。

测量

李四光教授是中国地应力测量的创始人。早在20世纪20年代就提出地壳中水平运动为主，水平应力起主导作用。他提出，地壳内的应力活动是以往和现今使地壳克服阻力，不断运动发展的原因；地壳各部分所发生的一切变形，包括破裂，都是地应力作用的反映；剧烈的地应力活动会引起地震。因此，“地应力的探测是地质力学具有重大实际意义的一个新方面，是值得予以重视的”。

新丰江水库地震和邢台地震后，更加重视地应力测量工作。提出，地应力测量是实现地震预报的重要途径。他将近八十高龄还亲自参加野外地应力解除试验工作，亲自分析研究由邢台地应力观测站发回的地应力变化曲线。

在他的领导下，中国的地应力研究与测量工作得到迅速发展。已具备了完善的理论，多种测试仪器、手段，广泛应用于地质、油田、矿山、水工、电站、地震等各个领域。他特别注重从活动地带里寻找稳定地区，提出了“安全岛”理论，为建厂选址提供了依据，为国民经济建设做出了重大贡献。

应用

三维地应力回归分析方法与工程应用

初始地应力是岩土工程设计与施工所要考虑的重要因素之一,根据实测地应力资料,采取三维有限元回归分析方法,充分考虑岩体自重与构造应力的影响,利用多元线性回归原理,可得到计算区域的初始地应力场.对某高速公路隧道的地应力回归分析结果表明,计算结果与实测值吻合较好,可作为工程设计与施工的依据.

卫星摄动

地下岩层突然发生断裂，在极短时间内释放出大量的能量，产生了地面位移和错动并辐射出地震波，构造地震就是这样产生的。这叫做地震的断层成因论。多数地震学专家对此都无异议，差不多已成定论。至于断层的产生，一般都假设是由于构造运动使地球内部的切应力慢慢积累并在某些地区集中。当积累的应力超过一定的限度时，便产生了断裂。

可见地应力是地震孕育过程中的重要因素，全面而连续地监测地应力的变化，是探讨、检验各种理论假说的基础条件，也是地震预测的基础条件。邢台地震后，李四光提出：一要调查研究地下发震层以上地层岩层的力学性质及破裂强度；二是要抓地应力场及其变化，并研究两者的关系。

人们尚无法取得震源区的岩石介质的性质、破裂强度、应力状态和积累速度，以及其随时间的区域演化状态。再者，整个地壳都在运动，应力存在于地壳的每一点上，尚不能取得一个地区的应力图像及其随时间的变化，更无法取得更多地区的应力图像和变化，以及它们可能破裂发生地震的顺序，以及震后应力调整、重新分配的过程与状态。

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。

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。

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