C.0.1 沒有巖體初始應(yīng)力實(shí)測(cè)成果時(shí)，可根據(jù)地形和地質(zhì)勘察資料，按下列方法對(duì)初始應(yīng)力場(chǎng)作出評(píng)估：
    1. 較平緩的孤山體，一般情況下，初始應(yīng)力的鉛直向應(yīng)力為自重應(yīng)力，水平向應(yīng)力不大于 。
    2. 通過對(duì)歷次構(gòu)造形跡的調(diào)查和對(duì)近期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的分析，以第一序次為準(zhǔn)，根據(jù)復(fù)合關(guān)系，確定最新構(gòu)造體系，據(jù)此確定初始應(yīng)力的最大主應(yīng)力方向。
    當(dāng)鉛直向應(yīng)力為自重應(yīng)力，且是主應(yīng)力之一時(shí)，水平向主應(yīng)力較大的一個(gè)，可取0.8γH～1.2γH或更大。
    3. 埋深大于1000m，隨著深度的增加，初始應(yīng)力場(chǎng)逐漸趨向于靜水壓力分布；大于1500m以后，可按靜水壓力分布確定。
    4. 在峽谷地段，從谷坡至山體以內(nèi)，可劃分為應(yīng)力松弛區(qū)、應(yīng)力過渡區(qū)、應(yīng)力穩(wěn)定區(qū)和河底應(yīng)力集中區(qū)。峽谷的影響范圍，在水平方向一般為谷寬的1倍～3倍。在谷底較深部位，最大主應(yīng)力趨于水平且多垂直于河谷。
    5. 地表巖體剝蝕顯著地區(qū)，水平向應(yīng)力應(yīng)按原覆蓋層厚度計(jì)算，其覆蓋層厚度應(yīng)包括已剝蝕的部分。
C.0.2 根據(jù)巖體開挖或鉆孔取心過程中出現(xiàn)的高初始應(yīng)力條件下的主要現(xiàn)象，可按表C.0.2評(píng)估工程巖體所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度應(yīng)力比范圍值。

表C.0.2工程巖體強(qiáng)度應(yīng)力評(píng)估

注：σ_max為垂直洞軸線方向的最大初始應(yīng)力。

條文說明

附錄C 巖體初始應(yīng)力場(chǎng)評(píng)估

C.0.1 巖體初始應(yīng)力或稱地應(yīng)力，是在天然狀態(tài)下，存在于巖體內(nèi)部的應(yīng)力，是巖石工程的基本外荷載之一。巖體初始應(yīng)力是三維應(yīng)力狀態(tài)，一般為壓應(yīng)力。初始應(yīng)力場(chǎng)受多種因素的影響，一般來講，其主要影響因素依次為埋深、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地形地貌、地表剝蝕等。當(dāng)然，在不同地方這個(gè)主次關(guān)系可能改變。
    準(zhǔn)確地獲得巖體初始應(yīng)力值的最有效方法，是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。對(duì)大型或特殊工程，宜現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)巖體初始應(yīng)力，以取得定量數(shù)據(jù)。對(duì)一般工程，當(dāng)有巖體初始應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)采用實(shí)測(cè)值；無實(shí)測(cè)資料時(shí)，可根據(jù)地質(zhì)勘探資料，對(duì)初始應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行評(píng)估。
    1. 在其他因素的影響不顯著情況下，初始應(yīng)力為自重應(yīng)力場(chǎng)。上覆巖體的重量為鉛直向主應(yīng)力，沿深度線性增加。
    2. 歷次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，常影響并改變自重應(yīng)力場(chǎng)。國內(nèi)外大量實(shí)測(cè)資料表明，鉛直向應(yīng)力值σ_v往往大于巖體自重。若用λ_o＝ 表示這個(gè)比例系數(shù)，我國實(shí)測(cè)資料λ_o＜0.8者約占13％、λ_o＝0.8～1.2者約占17％，λ_o＞1.2者占65％以上。這些資料大多是在200m深度內(nèi)測(cè)得的，最深達(dá)500m。A·B裴偉整理的蘇聯(lián)資料，λ_o＜0.8者占4％、λ_o＝0.8～1.2者占23％、λ_o＞1.2者占73％。
    國內(nèi)外的實(shí)測(cè)水平應(yīng)力，普遍大于泊松效應(yīng)產(chǎn)生的  γH，且大于或接近實(shí)測(cè)鉛直應(yīng)力。用最大水平應(yīng)力(σ_H1)與σ_v之比表示側(cè)壓系數(shù)(λ₁＝σ_H1／σ_v)，一般λ₁為0.5～5.5，大部分在0.8～2.0之間，λ₁最大達(dá)30。若用兩個(gè)水平應(yīng)力的平均值(σ_H·an)與σ_v之比表示側(cè)壓系數(shù)(λ_av＝σ_H·an／σ_v)，一般λ_av為0.5～5.0，大多數(shù)為0.8～1.5。我國實(shí)測(cè)資料λ_av在0.8～3.0之間，λ_av＜0.8者約占30％，λ_av＝0.8～1.2者約占40％，λ_av＞1.2者約占30％。
    確定初始應(yīng)力的方向是一個(gè)極為復(fù)雜的問題，本附錄沒有具體給出，在使用本條第2款時(shí)，可用以下方法對(duì)初始應(yīng)力的方向進(jìn)行評(píng)估。
    分析歷次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，特別是近期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，確定最新構(gòu)造體系，進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)分析，根據(jù)構(gòu)造線確定應(yīng)力場(chǎng)主軸方向。根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造和巖石強(qiáng)度理論，一般認(rèn)為自重應(yīng)力是主應(yīng)力之一，另一主應(yīng)力與斷裂構(gòu)造體系正交。對(duì)于正斷層，σ_v為大主應(yīng)力，即σ₁＝γH，小主應(yīng)力σ₃與斷層帶正交；對(duì)于逆斷層，σ_v為小主應(yīng)力，即σ₃＝γH，σ₁與斷層帶正交；對(duì)于平移斷層，σ_v是中間主應(yīng)力，即σ₂＝γH，σ₁與斷層面成30°～45°的交角，且σ₁與σ₃均為水平方向。
    依據(jù)工程勘探平洞局部圍巖片幫等高地應(yīng)力現(xiàn)象也可以初步判斷局部地段巖體初始應(yīng)力的方向和大小。一般情況下，片幫所在位置的切向方向與斷面上最大主應(yīng)力方向一致，片幫的程度可以說明斷面上最大和最小主應(yīng)力的差別大小。與最大主應(yīng)力方向相垂直的平洞，片幫和片頂破壞的程度也越強(qiáng)烈。
    3. 實(shí)測(cè)資料還表明，水平應(yīng)力并不總是占優(yōu)勢(shì)的，到達(dá)一定深度以后，水平應(yīng)力逐漸趨向等于或略小于鉛直應(yīng)力，即趨向靜水壓力場(chǎng)。這個(gè)轉(zhuǎn)變點(diǎn)的深度，即臨界深度，經(jīng)實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，大約在1000m～1500m之間。也有人提出，這個(gè)臨界深度在各國不盡相同，如南非為1200m，美國為1000m，日本為500m，冰島最淺，為200m，我國為1000余米。
    在目前測(cè)試技術(shù)和現(xiàn)有實(shí)測(cè)成果的基礎(chǔ)上，本附錄規(guī)定深度在1000m～1500m為過渡段，1500m為臨界深度是比較合適的。況且，就巖石工程而言，絕大部分工程的埋深小于1500m。
    4. 由于地質(zhì)構(gòu)造與河流切割的原因，河流峽谷地段，從谷坡至山體一定區(qū)域內(nèi)，巖體初始應(yīng)力場(chǎng)通常具有明顯的區(qū)域分布特性。另外，由于地質(zhì)構(gòu)造及巖性差異，巖體初始應(yīng)力分布也具有不均勻性特征。一般而言，斷層及影響帶內(nèi)，巖體應(yīng)力較低，近影響帶巖體局部可能有應(yīng)力集中現(xiàn)象，遠(yuǎn)離斷層帶，巖體應(yīng)力趨于穩(wěn)定應(yīng)力值。軟硬相間層狀巖體和軟弱巖層中，巖體初始應(yīng)力通常較低，硬質(zhì)巖層中，巖體初始應(yīng)力通常較高。
C.0.2 高初始應(yīng)力區(qū)的存在，已為工程實(shí)踐所證實(shí)。巖爆和巖心餅化產(chǎn)生的共同條件是高初始應(yīng)力。一般情況下，巖爆發(fā)生在巖性堅(jiān)硬完整或較完整的地區(qū)，巖心餅化發(fā)生在中等強(qiáng)度以下的巖體。在我國，二灘工程的正長巖、白鶴灘工程的玄武巖、大崗山工程的花崗巖、魯布革工程的白云巖、大瑤山隧道的淺變質(zhì)長石石英砂巖、拉西瓦工程的花崗巖、錦屏一級(jí)和二級(jí)工程中的大理巖以及天生橋二級(jí)引水隧洞、漁子溪工程的引水洞、河南省故縣工程、甘肅金川礦等，在勘探和掘進(jìn)過程都有巖爆或巖心餅化發(fā)生，經(jīng)實(shí)測(cè)均存在高初始應(yīng)力。在國外，如瑞典的Victas隧洞，開挖期間在300m長的地段發(fā)生巖爆，該洞段位于高水平應(yīng)力區(qū)，最大主應(yīng)力為35MPa，傾角10°，方向垂直洞軸線。美國大古力壩，廠房基坑為花崗巖，開挖中水平層狀裂開，剝離了一層又一層。
    一定的初始應(yīng)力值，對(duì)不同巖性的巖體，影響其穩(wěn)定性的程度是不一樣的。為此，用巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度R_c與最大主應(yīng)力σ₁的比值，作為評(píng)價(jià)巖爆和巖心餅化發(fā)生的條件，進(jìn)而評(píng)價(jià)初始應(yīng)力對(duì)工程巖體穩(wěn)定性影響的指標(biāo)。實(shí)測(cè)資料表明，一般當(dāng)R_c／σ₁＝3～6時(shí)就會(huì)發(fā)生巖爆和巖心餅化，小于3可能發(fā)生嚴(yán)重巖爆。實(shí)際上，洞室周邊應(yīng)力集中系數(shù)最小為2，這樣高的初始應(yīng)力值σ₁，引起洞周邊應(yīng)力集中，從而使得部分洞壁巖體接近或超過強(qiáng)度極限。
    考慮到空間最大主應(yīng)力σ₁與工程軸線(如洞室軸線)夾角的不同，對(duì)工程巖體穩(wěn)定的影響程度也不同，只有垂直工程軸線方向的最大初始應(yīng)力σ_max，對(duì)工程巖體穩(wěn)定的影響最大，且荷載作用明確。所以本附錄表C.0.2采用R_c／σ_max作為評(píng)價(jià)巖體初始應(yīng)力影響的定量指標(biāo)。
    由于高初始應(yīng)力對(duì)工程巖體穩(wěn)定性的影響程度，尚缺乏成熟的資料，目前還不能給出更詳細(xì)的規(guī)定，表C.0.2將應(yīng)力情況定為兩種是適宜的。
    初始應(yīng)力的最大主應(yīng)力方向與工程主要特征尺寸方位(如洞室軸線、壩軸線、邊坡走向等)的關(guān)系不同，對(duì)工程巖體穩(wěn)定性的影響也不同，特別是地下工程巖體。由于目前在這方面缺乏足夠的依據(jù)，無法在分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中作出規(guī)定，而且這類問題也不是分級(jí)工作所能解決的，應(yīng)在工程設(shè)計(jì)和施工中根據(jù)具體情況給予充分注意。