岩体渗流应力

岩体在渗流作用下产生的应力。研究岩体渗流应力的主要目的是分析岩体的变形与稳定。岩体渗流应力决定于渗流场，而渗流场又决定于岩体裂隙系统的物理和几何特性。作为几何特性的裂隙隙宽与岩体应力有关，即岩体渗流场与应力场有关。岩体渗流场和应力场相互影响，构成了岩体渗流应力分析的特殊性和复杂性。工程上计算由渗流而产生的岩体应力常按两个步骤进行。

（1）按一定的岩体渗流数学模型（参见岩体渗流理论）求得渗流场h=p/γ_w+z的分布（γ_w为水的容重，z为位置水头，p为孔隙压力）。按下式求出渗流的单位体力荷载

（2）用数值分析法（例如有限单元法）计算岩体渗流应力。必要时再根据应力场修正裂隙隙宽，重新进行渗流场计算，反复迭代至收敛。当计算域岩体相对均一，算题规模不大，也可采用渗流场与应力场全耦合法直接求解。

岩体渗流应力的另一特殊性，是其与水荷载的历史有关。在建筑物施工前、施工期及运行期中，岩体渗流场常发生相应的变化。某时段的渗流应力不仅决定于该时段的渗流荷载，而且决定于渗流荷载的历史。因此，为了求得岩体渗流应力，需用渗流增量荷载分析方法。例如，对于水工隧洞，在开挖以前，岩体内就存在着初始渗流场（h^（0））及相应的渗流体积力（f^（0）_i），在f^（0）_i作用下岩体初始渗流应力为σ^（0）_r。隧洞开挖后，形成渗流场（h^（1）），在渗流体积力增量Δf^（1）_i=f^（1）_i-f^（0）_i作用下产生应力增量Δσ^（1）_r，则此时岩体应力为σ^（1）_r=σ^（0）_r+Δσ^（1）_r。隧洞衬砌后，渗流场变为h^（2），在Δf^（2）_i=f^（2）_i-f^（1）_i作用下，岩体及衬砌产生应力增量Δσ^（2）_r及Δσ^（2）_c，则此时岩体及衬砌应力分别为σ^（2）_r=σ^（1）_r+Δσ^（2）_r，σ^（2）_c=σ^（1）_c+Δσ^（2）_c。隧洞充水后渗流场及应力场照此类推。各阶段的渗流应力按如下递推公式计算

工程措施的设置能够改变渗流场的分布，从而也改变岩体渗流应力场。合理地布置防渗帷幕和排水设施，可优化渗流应力状态，使之有利于工程的安全。