V型河谷区原地应力测量研究

为研究V型河谷区岩体应力的大小、方向及其分布,采用水压致裂法对河床和山体内的平面和三维地应力进行现场测量。实测最大水平主应力方向为NW40°～60°,最大水平主应力值最高近40MPa,最小水平主应力值为20MPa;在河床谷底浅部80m以上,受河谷卸荷影响地应力有所释放,形成卸荷带;孔深90～130m产生应力集中,形成V型峡谷典型的“应力包”分布特征;在山体内PD27#平硐不同硐深处的3个测点进行三维地应力测量。测量结果表明:三维主应力值随硐深的增加而增大,从1#～3#测点测得的最大主应力和最小主应力的数值增加近1倍;3个测点主应力的方位和倾向大体一致,随硐深的增加,最大主应力倾角逐渐变陡,反映出重力的贡献越为显著。对原地应力实测结果进行解析,得到隧道横截面的最大主压应力和最小主压应力及相关的应力参量,结合岩爆判据对隧道发生岩爆的可能性进行分析,隧道横截面内最大差应力的大小是控制岩爆发生的主要因素。     

新疆某高放废物预选处置库区地应力测量研究

 为了获得预选处置库区现今地应力的赋存特征,在该区花岗岩体内的4个深钻孔中采用水压致裂方法进行地应力测量。基于钻孔岩芯编录结果,在0～700 m深度范围内,成功取得地应力量值和最大水平主应力方向数据。依据获取的地应力实测资料,结合拜尔利定律和断层摩擦库伦准则,对预选区的地应力状态及断层活动性进行分析。结果表明：(1) 3个主应力随深度呈现出较好的线性关系;(2) 测试深度范围内,水平应力普遍高于垂向应力,预选区构造应力占主导地位,且随深度的增加逐渐减弱,岩体北部的水平力作用强于中部及南部,南部最弱;(3) 最大水平应力优势方位为NEE,与区域构造应力场方向基本吻合,自青藏高原内部及边缘到东天山地区,现今最大主应力的作用方向表现为由NE～NEE的变化规律;(4) 预选区地应力量值未达到断层摩擦滑动临界值,断层活动性较弱;(5) 研究成果为处置库的开挖设计和稳定性评价提供科学的指导,实测资料填补了该区域地应力数据的空白,为我国西部地区地应力场分布规律研究提供重要参考资料。     

长河坝水电站坝址区斜坡应力场特征研究

采用孔径变形法对大渡河长河坝水电站坝址区斜坡深部地应力场进行测试,并采用简易、快速、经济的硐壁应力恢复法对坝址区两岸不同高程勘探平硐内的硐壁应力场进行系统测试。研究成果表明,斜坡应力场随深度变化呈驼峰式分布,斜坡应力场具有明显的分带性,由表及里可分为应力降低带、应力增高带、应力波动带和应力平稳带。应力降低带水平深度右岸一般小于36～54 m,左岸一般小于65～95 m;应力增高带右岸约在水平深度40～90 m处,左岸约在水平深度65～125 m处;应力平稳带一般水平深度大于360 m,地应力值在20 MPa以上,实测最大值达31.96 MPa,最大主应力方向为NWW～EW向,属潜在走滑型。并简要分析深切河谷区斜坡应力场呈驼峰式分布的原因。研究成果对认识深切河谷区斜坡应力场具有重要意义。     

引汉济渭工程黄三隧洞地应力测试研究

通过地应力现场测试,研究引汉济渭工程黄三隧洞地应力场特征。首先介绍水压致裂法基本原理,然后分析现场测试结果得到了水平主应力量值和最大水平主应力方向,讨论了地应力场特征及地应力对隧洞轴向选择的影响。测试区域内,地应力属于中低应力水平,σ_Hσ_hσ_Z;地应力方向在浅部符合河谷区应力分布一般规律,深部主要受区域构造应力场影响。从地应力角度分析,隧洞轴线选择方向对围岩稳定较为有利。     

某水源地工程水压致裂地应力测试研究

介绍了该水源地建设工程的基本地质概况,依据水压致裂法基本原理,通过水压致裂地应力现场测试,研究该水源地建设工程地应力场特征。分析现场测试结果得到了水平主应力量值和最大水平主应力方向,σHσhσZ,地应力方向在浅部符合地形地貌应力分布一般规律,深部主要受区域构造应力场影响。     

南水北调西线工程区地应力测量及地应力场特征分析

基于对南水北调西线一期工程场区现场水压致裂地应力测试工作,得出如下初步结论:(1)各线路孔中最大水平主应力值最高约为25 MPa,最大水平主应力方向均为NNE或NEE;(2)各坝址孔中最大水平主应力值最高约为17 MPa,最大水平主应力方向受局部地形地势影响变化较大,但大多数孔方向仍为NNE或NEE;(3)在试验深度范围内,线路孔侧压系数随着钻孔深度的增加逐渐减小;当测试深度在200 m以下时,侧压系数值基本维持在2左右;(4)各测孔侧压系数均大于1,表明工程场区地应力以构造应力为主导;(5)在测试深度范围内,各测孔的最大、最小水平主应力随岩层深度的增加均有增大趋势;(6)回归分析结果表明线路孔的最大水平主应力值随深度呈现良好的线性关系;(7)由于隧洞洞室埋深较深,且穿越高应力区,存在中等强度岩爆或流变的可能性。     

布西水电站坝址边坡地应力场及岩体力学特性的试验研究

介绍了水压致裂法和钻孔弹性模量法在布西坝址边坡地应力场及该区域岩体力学性状研究中的综合应用,其中包括测试区域岩体水平主应力、弹性模量和变形模量的大小及其分布规律。研究结果表明:坝址右岸边坡的应力水平明显高于左岸,而浅部测试的模量值均较小,揭示了边坡表层及河床附近岩体的力学性质。最后根据测试结果分析了边坡卸荷机制,初步划定卸荷界限,为拱坝坝肩边坡的合理开挖提供了依据。     

水压致裂法地应力测试结果分析

介绍了水压致裂法的主要设备及测试步骤,明确了水压致裂法的基本原理与方法,通过某矿区地应力实测数据得到钻孔横截面上大、小主应力值,大主应力倾角以及大主应力方位角,表明了实测范围内地应力以构造应力为主,并非随深度呈线性增加趋势且测段出现应力场突变特征。     

深切河谷区水电站厂址初始应力场规律研究及对地下厂房布置的思考

针对深切河谷高地应力区水电站厂址区域初始地应力张量空间分布特征及其与洞室群布置相对关系识别问题,结合河谷历史发展过程分析、应力张量空间解析法和多核并行计算技术等,将复杂地质环境下三维地应力场模型与洞室群精细开挖计算模型相耦合,提出考虑河谷演化规律的厂址区域地应力场量化精细数值模型的建立方法和分析思路,识别锦屏一级水电站厂址区初始应力场分布规律并进行现场验证,结果表明：锦屏一级地下厂房洞室群位于深切河谷附近应力变化较大且应力水平相对较高的应力过渡区,由此形成初始高地应力环境,且主应力比为1.9～2.5,岩石强度应力比为1.5～3.0;在这种高地应力-低强度应力比且高主应力比共同作用下,地下厂房洞室群施工期围岩出现的变形破坏规律及卸荷松弛深度超过同等规模的地下厂房工程,而现场围岩应力诱导型变形破坏的发生位置和分布规律,则佐证了所获得的厂址初始应力场的合理性,同时也验证了地应力场量化模型建立方法的科学性和可行性。在此基础上,建立一种考虑三维地应力、岩石强度应力比和岩体结构特征的高地应力区地下厂房洞室群结构布置设计方法,其本质上体现洞室荷载特征(三维地应力,包括最大主应力量值和方位,而且还考虑地应力场分布、主应力比等)、围岩结构特征及承载能力(岩石强度)等因素的协同耦合作用,并从定性角度建议确定主洞室位置、纵轴线、间距和洞型等一些原则和思路。     

小湾水电站坝基岩体弹模与地应力测试研究

为了评价小湾水电站坝基岩体开挖后的卸荷松弛效应、确定卸荷深度和研究卸荷岩体的应力分布特征，同时采用钻孔弹模法和水压致裂法在坝基开挖面进行了5个深度20—30m钻孔的岩体变形与地应力测试。测试结果表明开挖卸荷影响较明显，钻孔浅部（深度小于11m）弹模明显降低；坝基岩体表层20m以内的最大水平应力一般小于10MPa，显示了一定程度的应力集中现象。其次，根据卸荷带划分结果和工程地质条件进行了二维弹塑性有限元应力场模拟分析。分析结果和实测结果一致，表层开挖卸荷岩体中应力有所释放，河床以下20～50m范围存在明显应力集中。     

煤矿井下地质构造对地应力分布的影响

采用小孔径水压致裂地应力测量装置,在典型的急倾斜、特厚煤层矿区——甘肃华亭矿区的大型向斜构造附近进行14个测站地应力测量,以分析向斜构造不同部位的地应力变化。实测数据表明:华亭煤矿、砚北煤矿井下构造应力占绝对优势;在向斜翼部,水平应力较小;在向斜轴部,水平应力急剧增加,增加幅度远大于垂直应力;向斜构造对矿区地应力分布产生严重影响。基于山西晋城矿区的地应力实测数据,分析断层对地应力值与方向的影响。断层附近某些区域水平应力有所减小,大型断层会引起最大水平主应力方向的扭转。在实测数据基础上,采用FLAC3D数值计算软件,分析华亭矿区大型向斜构造周围地应力场分布,并与地应力实测数据进行对比。将地应力实测与数值模拟有机结合,是全面了解煤矿井下地应力场分布特征的有效途径。     

在地应力测量中准确求解最大、最小水平应力问题 的探讨

目前,在地应力测量和应用中,人们常常用近于水平的两个主应力或其在水平面上的投影来代替或估计最大和最小水平应力,这在一般情况下误差不大,但是当应力结构比较特殊时这种代替或近似将带来较大的误差,甚至给工程实践带来危害。以投影近似为例按 3 种三维应力状态分别讨论了方位误差随应力形因子 <> R 与主应力轴倾角的变化和量值误差随 <> R 、主应力轴倾角和最大、最小主应力量值之差的变化。并用原地应力测量资料求得了方位和量值误差。理论分析和实例都证明了用近于水平的两个主应力的投影代替两个水平应力的误差可能很大。建议在研究与水平应力相关的问题或与水平方向相关的物理参量时采用本文的计算方法求出准确值。     

玲珑金矿深部地应力测量及矿区地应力场分布规律

 介绍玲珑金矿主矿区深部和浅部两期地应力测量的过程和结果。为提高测量结果的可靠性和准确性,采用完全温度补偿技术和实现完全温度补偿的空心包体应变计等一系列新的技术和方法,对传统的应力解除法进行重大改进。通过实测,获得矿区7个水平,18个测点的三维地应力大小和方向。根据实测结果,对玲珑金矿主矿区地应力场的分布规律进行定量的综合分析与研究。研究结果表明：(1) 玲珑金矿主矿区地应力场以水平构造应力为主导,最大水平主应力平均为自重应力的2.26倍;(2) 最大水平主应力的走向为NW向,基本与区域构造应力场最大主应力的方向相一致;(3) 垂直主应力值基本上等于或略大于自重应力值;(4) 深部与浅部相比,尽管岩性有较明显变化,但地应力场分布规律并没有显著改变;(5) 最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力值均随深度呈几乎线性增长关系。     

深埋巷道地应力测量及围岩应力分布特征研究

 基于淮南矿务局潘一矿的水压致裂法地应力测量结果及围岩应力分布特征研究,可以得出如下初步结论：(1) －790 m高程东翼矸石胶带机大巷区地应力以构造应力场为主,其最大原岩水平主应力值大于28.33 MPa,岩石单轴饱和抗压强度与最大水平主应力比值为5.82,属高应力区;(2) 在高地应力作用下巷道围岩塑性区从洞周向深部逐渐扩展,同时围岩应力也在塑性区向纵深方向逐渐增大,受围岩弱化的影响,围岩应力在约2倍洞径处应力达到最大值,然后再降低并趋于原岩应力;(3) 底板轨道大巷对顶板围岩应力分布的影响范围大于6倍洞径,远远超过根据传统弹性力学计算的3倍洞径影响范围。研究表明,深埋巷道围岩应力分布特征有别于传统的浅埋巷道,可为类似巷道围岩的变形破坏机制分析以及巷道加固支护提供参考。     

赵楼煤矿1 000 m深孔水压致裂地应力测量及其应力场研究

 赵楼煤矿是目前国内开采最深的非金属矿山之一,处于曹县-郓城活动断裂带上,区内地质构造较为复杂。为了掌握矿区原岩应力场分布规律,应用深孔水压致裂地应力测量技术开展地应力测量工作,获得该矿区2个钻孔中16个测段的应力状态。测量结果表明：矿区最大主应力随深度增加基本呈线性增大,且在800 m深度处应力值有所变化,最大水平主应力为28.45～45.75 MPa,方向NEE,反映出矿区地应力场以水平应力为主导的特点,测量结果可为矿山建设和开采设计提供科学依据。     

深孔水压致裂地应力测量及应力场反演分析

 万福煤矿是一座拟建特大型矿井,上覆冲积层厚度高达700 m,主煤层平均埋深达1 004.12 m。选择7个勘探钻孔、37个试验段进行深孔水压致裂地应力测量。为保证超千米深孔地应力测量的成功,对传统水压致裂法的测试技术和设备进行改进,提高系统的耐压能力和测试精度。测孔最大水平主应力与垂直主应力的比值较大,平均为1.97,说明勘探区现今应力场以水平应力为主导。测得的21个印模中有18个点位于NEE-SWW向,3个点位于NW-SE向,符合本区震源机制解得出的挤压应力场方向,且与新构造活动所反映的区域构造应力场方向一致。结合实际的地质条件和地层参数,在实测地应力结果的基础上,提出基于有限元三维地应力拟合分析法反演勘探区现今地应力场,给出煤层顶板主应力分布曲线并分析井下可能出现的各类不良地质现象。     

深部岩盐矿地应力的确定及特征分析

针对深部岩盐矿溶腔稳定性分析及地应力场分析的要求和深部岩盐矿钻孔水溶开采的条件，结合长山岩盐矿深部地应力研究的实际情况，确定了矿区地应力测试方法、地应力测点和试样选择的一些要求：按照声发射Kaiser效应测地应力的基本原理，提出了沉积岩层非定向钻孔岩芯坐标方向建立的方法和多方向取样及地应力椭球回归分析的声发射Kaiser效应地应力测试方法。该方法根据三维空间多方向试样的Kaiser效应实验结果，采用多元非线性拟合方法确定测点地应力椭球的一般方法，再由二次正交变换确定测点地应力椭球的标准方程，以求得地应力的大小和方向。此方法能避免实验误差的较大影响。长山岩盐矿实验矿井深部地应力测试结果及分析表明，长山岩盐矿深部存在水平构造应力，最大主应力方向在离地表800m深左右由水平方向转为垂直方向；距离地表1000m左右深的岩盐层中，最大主应力一般为30MPa左右。     

基于不同岩石抗拉强度值确定最大水平主应力的对比分析

水压致裂原地应力测量系统的柔性对最大水平主应力的结果会产生很大的影响,提高最大水平主应力的测量精度对各种地下等工程设计都具有重要意义。通过进行直接拉伸试验、“垫条加载”和“角锥荷载”形式的圆盘劈裂实验、弯曲拉伸实验获得岩石抗拉强度,结合实测破坏压力、孔隙压力数据及相关理论计算出最大水平主应力,并与利用经典水压致裂公式计算得到的最大水平主应力进行数据对比分析。结果表明:通过“角锥荷载”圆盘劈裂实验、直接拉伸试验、“垫条加载”圆盘劈裂实验、三点弯曲实验所获得的最大水平主应力均大于经典水压致裂公式计算得到的最大水平主应力,且偏差依次增大,由此也说明测试系统的柔性会导致利用经典公式计算的最大水平主应力偏小。4种实验中,通过“角锥荷载”圆盘劈裂实验所获得的数据较其他3种方法更接近经典公式计算得到的最大水平主应力,且偏差较小,可以作为估算最大水平主应力的一种替代方法。在未来的工作研究中,可以为避开系统柔性对实测最大水平主应力的影响、提高测量精度提供方法参考。     

深层地应力测量新方法

实验研究了深部地层岩芯的声波速度各向异性及在恢复加载条件下的声发射Kaiser效应，提出了一种简便的深部地层地应力测量新方法。全尺寸岩芯被钻取后，其应力卸载的各向异性导致声波速度各向异性，利用这一原理可确定水平最大、最小地应力的相对位置，对上述位置岩芯进行取样，进行围压下的声发射Kaiser实验，就可测量出水平主地应力大小。该方法一则解决了一直困扰Kaiser实验的对岩芯完整性高标准要求的问题，二则完善了超深井地层的地应力测试方法，同时，为超深井水力压裂设计和维持井壁稳定的安全泥浆密度确定提供了最重要的参数。