岩芯饼化的临界地应力及岩饼厚度与地应力的关系

本文用试验和电算的方法,找出了单向水平地应力在岩芯中波及的范围和分布规律,得出了应力释放后岩芯中残留应力范围的空间壳体曲面,作出了岩芯中贮存残留应力的体积为“台体”的假设,推导出了岩芯饼化的临界地应力公式和地应力与岩饼厚度的关系式。应用这两个公式,可以求得任何岩石饼化的单向水平临界地应力和任何岩芯饼化地区地应力的大小。本文用推导的公式,计算出了二滩电站坝区正长岩的临界地应力和岩芯饼化地层的地应力。     

阳江抽水蓄能电站地应力场回归分析

采用基于三维有限元正演分析、应力实测资料及将岩体自重和构造应力作为地应力的主要构成因素的多元线性回归方法,对阳江抽水蓄能电站的地应力场进行回归分析.通过拟合实测地应力资料获得对应于地应力构成因素的回归系数,进一步获得了整个工程区特别是重要工程部位的岩体应力分布.回归结果表明:工程部位岩体属中等应力水平,最大水平主应力方位随埋深的增加由EW方向至NWW方向偏转.文章最后揭示了工程局部应力场与区域应力场构造的关系.     

河谷坡度对岩体地应力场影响的数值模拟

通过选取河谷坡高及谷宽作为引起坡度变化的主要因素,采用FLAC3D计算程序,并结合河谷发育演化史,研究了坡度变化对河谷岩体地应力的大小、方向及分布的影响。研究结果表明:1)谷底应力集中现象明显,呈现河谷区典型的"应力包"分布特征,应力集中区范围及最大主应力量值均随坡度的增加而增大;2)谷坡上方浅部属于低应力区,最大主应力值随坡度的增加而减小,而谷坡下方靠近坡脚附近的最大主应力值随坡度的增加而增大;3)主应力方向分布特征在河谷不同部位存在明显的差异,且坡度越大,差异越明显。最后,以南水北调西线工程阿达坝区为例,对坝区地应力场分布特征进行分析,进一步验证了数值模拟结果的正确性及合理性。     

河谷坡度对岩体地应力场影响的数值模拟

通过选取河谷坡高及谷宽作为引起坡度变化的主要因素,采用FLAC3D计算程序,并结合河谷发育演化史,研究了坡度变化对河谷岩体地应力的大小、方向及分布的影响。研究结果表明：(1)谷底应力集中现象明显,呈现河谷区典型的“应力包”分布特征,应力集中区范围及最大主应力量值均随坡度的增加而增大;(2) 谷坡上方浅部属于低应力区,最大主应力值随坡度的增加而减小,而谷坡下方靠近坡脚附近的最大主应力值随坡度的增加而增大;(3) 主应力方向分布特征在河谷不同部位存在明显的差异,且坡度越大,差异越明显。最后,以南水北调西线工程阿达坝区为例,对坝区地应力场分布特征进行分析,进一步验证了数值模拟结果的正确性及合理性。     

基于孔内立体像对成像的地应力方向测量方法研究

深部岩体地应力的测量对岩土力学与工程地质具有重要的意义。由于传统的地应力测试过程较为复杂,在深孔中更是难以实现,因此,本文提出了一种利用全景立体钻孔成像技术和受力状态下钻孔形态特征来快速、有效、准确地确定地应力方向的测量方法。该方法利用基于双锥镜成像原理的全景立体钻孔成像技术获得钻孔孔壁同一位置不同视角的两幅立体像对图像,通过对像对图像构建钻孔孔径形态数值,进而刻画钻孔孔壁的几何形态特征。再根据地应力的作用下圆形钻孔孔壁变成椭圆形孔壁,进而推导并给出了圆形孔壁变成椭圆之后的标准椭圆方程,并建立了椭圆形态参数与地应力方向的关系。据此,再结合全景立体钻孔成像技术获得钻孔孔壁的几何形态（椭圆形孔径）,从而计算出椭圆长轴与坐标轴的方向,进而测得了孔内的地应力方向。最后利用标准模型进行模拟测试,结果表明该方法测量的钻孔几何形态方向与实际的应力方向保持一致,验证了该方法的正确性和可靠性。该方法应用了最新的钻孔成像技术,在不依赖于岩体物性参数的前提下,实现了基于钻孔形态的地应力方向的直接获取,为深部岩体地应力的测量提供了一种新的途径和测试方法。     

深部地应力实测与巷道稳定性研究

初始地应力是地下工程围岩稳定与支护结构设计的一个基本参数.在山东唐口煤矿井下回风石门、西翼辅助运输石门不同构造部位的三个测点采用空心包体应力解除法进行了现场应力实测工作.测点的埋深达1024~1030m.文章详细介绍了三维地应力及其主应力的计算原理,并根据矿区实测地应力资料,分析了矿井地应力大小、方向变化和分布特征,进而获得了该矿区地应力的定性及定量资料,还初步分析了地应力对巷道稳定性的影响,为巷道的支护结构设计工作提供可靠依据.     

浅部和深部工程区地应力场及断裂稳定性比较

为研究浅部和深部工程区构造应力场的差异,依据优化处理后的浅部376组和深部619组实测地应力数据,采用回归分析法和断裂摩擦滑动准则对浅部和深部的地应力场特征及断裂稳定性进行比较分析.结果表明,与浅部相比,深部地应力场有从构造应力场向垂直应力场转变的趋势.深部的主应力与深度的线性相关程度比浅部的高.随着深度的增加,浅部的侧压系数K_(H1)、K_(h1)分别向1.54、0.85趋近,深部的侧压系数K_(H2)、K_(h2)分别向1.15、0.85趋近.浅部、深部的水平差应力η_1、η_2整体上随深度增加有增大的趋势.滑动摩擦系数μ取1.0时,浅部和深部断裂基本处于相对稳定状态;μ取0.6时,浅部逆断层有较大的滑动可能性,深部断裂滑动失稳的可能性较小;μ弱化到0.4、0.2时,浅部和深部断裂发生滑动失稳的可能性显著增加.浅部和深部断裂滑动失稳标准分别取μ为0.6~1.0、0.4~0.6较合适,逆断层和走滑断层的滑动失稳标准可以分别取μ为0.6、0.4左右.     

深部软岩巷道立体交叉硐室群稳定性分析

为了确定巷道开挖顺序对硐室群稳定性的影响,运用三维有限差分数值计算软件FLAC^3D,结合鹤岗矿务局兴安矿四水平泵房吸水井硐室群工程实例,分析了深部软岩巷道立体交叉硐室群围岩由于开挖顺序的不同而产生不同的位移变形与应力状态的力学响应及变形特性．结果表明：深部软岩巷道立体交叉硐室群的开挖过程是和应力路径与应力历史密切相关的非线性不可逆过程,开挖顺序不同,巷道围岩的位移及应力分布情况有明显的差别．先施工断面小的支巷,再施工断面大的主巷对硐室群稳定性影响最小．     

三维地质模型及其工程应用

依据某地区地质资料和已有深部地应力测量成果,利用有限差分软件,建立工程地质模型,分别就预设的3种设计方案进行模拟开挖石门,依据数值模拟结果得出最佳方案,即选择最大水平主应力方向作为石门掘进方向、深度位置为“一水平”。更有利于巷道支护,减少应力集中现象的出现,石门工程的扰动造成F断层活化的可能性较小。     

深部软岩巷道围岩变形分析与控制

针对某深部软岩巷道支护困难问题,首先对围岩进行力学性能试验,然后利用有限元分析方法,在基于不同埋深软岩巷道围岩变形特征研究的基础上,从巷道开挖和围岩支护两方面对深部高地应力软岩巷道围岩变形与控制进行深入研究.结果表明:随软岩巷道埋深增大,巷道围岩变形呈线性增大趋势;在深部高地应力下掘进巷道时,全断面开挖法围岩变形最大,台阶法次之,CD法最小;支护时采用柔性与刚性联合支护,围岩变形最小.联合支护技术能充分释放软岩巷道围岩变形能,发挥围岩自承能力并与支护体系共同作用,可以有效控制深部软岩巷道围岩变形,从而保证深部软岩巷道围岩的稳定性.     

层状巷道围岩稳定性的试验研究

随着我国煤矿深部开采时代的来临,深部软岩层状巷道的稳定性问题越来越受到人们的关注。国内许多煤矿企业没有对深部巷道所处的复杂环境进行针对性的支护设计,从而产生了大大小小的安全问题。为了研究深部软岩巷道的变形及破坏规律,结合徐州矿区旗山矿的工程实际,制作了巷道物理模型,设计了不同地应力条件下的加载试验,成功模拟了深部煤岩体在自重应力和水平构造应力共同作用下的变形及破坏过程,并通过红外图像记录应力集中区域以及能量释放区域,形象再现了实际工程现场巷道两帮非对称变形、底鼓、冒落等破坏现象。研究内容可为深部层状软岩巷道稳定条件和支护方式的确定提供参考。     

体积压裂裂缝对地应力场干扰规律的研究

为了研究体积压裂在低渗透油藏的开发效果,采用有限元分析并利用Comsol对体积压裂过程中的地应力扰动进行模拟,分析了地应力的分布、裂缝长度、裂缝的净压力、简单缝和复杂缝对地应力扰动的影响,以及裂缝长度、弯缝与直缝的应力扰动及影响分析,获得了地应力扰动的影响因素与影响规律。研究表明:裂缝长度、裂缝净压力和裂缝形态是影响应力扰动的主控因素,应力扰动的幅度值与这些因素呈现正相关;同时建立了不同裂缝长度,最大和最小主应力扰动差值的图版,可用此图版来确定不同裂缝长度条件下复杂缝网产生的位置;直缝对弯缝的扰动值较直缝更小。     

大型地下洞室围岩稳定性数值模拟分析

结合泰安抽水蓄能电站的工程建设实际,在现场地质调查和场区地勘资料分析的基础上,深入分析了工程区的地质力学环境条件,建立了能够反映研究区地貌、岩体结构和地应力环境条件的力学模型.以地应力实测结果为参照依据,采用线性有限元法反演分析了初始地应力场,采用非线性有限元方法模拟了地下厂房等主要洞室开挖施工与支护过程中的围岩应力和稳定性状况,全面论证了大型地下洞室开挖方案的可行性,揭示了大型地下洞室不同开挖阶段应力的集中部位和围岩的潜在破坏部位.     

祁东矿煤与瓦斯突出动力成因分析

针对祁东矿多发生小型突出且地点多在构造应力区的现状,采用划分地质单元方法评价其煤与瓦斯突出危险性。结果表明:4个地质单元瓦斯赋存条件和主控因素不同,25次突出集中发生的第Ⅱ单元,主控因素为地应力;测试了原岩地应力场特征,发生多次突出的中央回风下山巷道走向为近SN向,与最大主应力方向夹角大,掘进过程中煤体承受应力较大,构造煤发育;对比同一埋深其它已揭露煤层区域,在瓦斯含量相差不大的情况下,动力现象差异很大;这些都证实瓦斯不是突出的主要动力来源,突出主要动力来源为构造应力,这也决定了不会发生大型煤与瓦斯突出,对瓦斯预测和防治有重要指导意义。     

高地应力水平对爆破开挖损伤区声波检测及损伤程度评价的影响

随着地下工程埋深的不断增加,深部岩体工程中围岩开挖损伤区深度及程度的准确评价逐渐受到深部高地应力场的影响,其影响程度的合理评估成为研究重点。依托某水电站深埋引水隧洞开挖工程,采用应力逐步解除方案,通过在取样区域外围钻设形成环形封闭边界的常规取样孔,逐步解除取样区域内岩体应力,并在取样区域内进行钻孔与低应力取芯,继而利用声波检测装置对外围应力解除孔和内部取芯孔周边岩体的损伤程度进行检测,以此获得相同位置岩体在不同地应力条件下的损伤区深度及程度的声波检测结果。同时,结合内、外取芯孔获取的不同应力水平下的岩芯,开展室内试验,基于Hoek-Brown强度经验公式,利用声波波速计算得到相同位置岩体在不同地应力条件下的岩体单轴抗压强度,从而判断不同地应力条件对爆破开挖损伤区声波检测结果及损伤程度评价的影响。研究表明：高应力条件下,常规取样与声波检测法会在一定程度上低估围岩的损伤区深度和损伤程度,同时严重高估岩体单轴抗压强度。当初始应力水平为45 MPa时,围岩损伤区深度和损伤程度大约会被低估约10%～30%;当地应力水平由45 MPa降至30 MPa时,岩体的单轴抗压强度会被严重高估约30%～100%。因此,高地应力水平对爆破开挖围岩损伤区声波检测与评价结果存在明显影响,工程中运用波速指标评价岩体质量必须考虑地应力水平对声波检测的影响,并进行适当修正。     

对陕西宝鸡地区“高家村—高店断裂”的新认识

为进一步查明陕西宝鸡地区“高家村—高店断裂”地表详细分布状态及其活动性,在前人调查研究成果的基础上,对该“断裂”进行了1∶10 000野外地质地貌填图,并针对支持该“断裂”地表现代活动的几处关键证据（包括咀头剖面、桐峪河探槽剖面、杨家店探槽剖面、唐家塬探槽剖面、姬家店剖面）进行了详细的剥土清理、探槽施工和浅层地震勘探等工程查证。结果表明:咀头剖面反映的断层活动证据并不存在,前人认为的断层活动断面实际为该处一滑坡体后缘残余的滑动错落面;桐峪河探槽剖面中的断层活动断面也不存在,前人剖面中显示的断层错断面只是一处古河床边岸侵蚀面;杨家店探槽剖面内的3条主断面可能为与滑坡有关的滑动面,探槽两侧附近也没有断层存在的证据;唐家塬探槽剖面展示的断面仅仅为台塬脚下滑坡的滑动面;继续向西至“高家村—高店断裂”通过的姬家店剖面一带,所谓的断层陡坎仅是二级阶地前缘;西崖村—半沟村一带的浅层地震勘探结果也不支持断面深部存在的可能。因此,所谓的“高家村—高店断裂”并不存在。     

人体股骨头应力场分析

本文对人体股骨头提出了由不同弹性常数组合的平面模型。作者仅考虑骨髋关节在额状面内作用着主要肌力情况下,应用有限元素法计算了人体股骨头的应力场。计算结果表明:(1)股骨头主要受弯曲应力,内侧处受压应力而且中性层处于股骨头中心线的外上方;(2)最大拉应力产生在股骨头基部,而最大压应力和最大剪应力产生在股骨项下方;(3)载荷大部分由密质骨承担,越往下承担比例也越大;(4)主应力迹线与骨小梁方向基本重合。     

基于FLAC3D的深部隧道分区破裂特性研究

深部地层隧道施工期间,其围岩及支护构成一个复杂的承载体系。开挖导致深部岩体中出现的围岩分区破裂、岩爆等现象会给现场带来极大的安全隐患。围绕分区破裂化这一超常现象,依托淮南矿区某深部巷道工程,借助有限差分软件FLAC3D,通过模拟岩体高温、高地应力等特殊环境下,建立其响应模型,研究了原岩应力和内摩擦角对分区破裂化现象的影响。结果表明：不同原岩压力和内摩擦角对围岩分区破裂现象影响显著;当原岩压力在17.3~35.0 MPa内逐渐增大时,间隔破裂区域体积从0增大至25×102 m3;当摩擦角在22~38°区间内逐渐增大时,间隔破裂区域体积则从26.87×102 m3降至0,恢复至浅部隧道传统破坏模式。     

缺陷岩样的变形局部化及剪切面的反射与折射

平面应变岩样在单方向施加栽荷条件下,采用拉格朗日元法(FLAC)模拟了端面约束对具有初始随机材料缺陷的岩样破坏过程及应力-应变曲线的影响.对于粗糙端面试样,可在试样中部观测到剪切带;靠近试样两端面的弹性区域的形状类似三角形,其高度随着轴向应变的增加而降低,直到达到常数.对于光滑端面情形,未观测到剪切带的停滞及折射现象,而反射现象较常见.对于粗糙端面试样,剪切带不能贯穿试样的两端面;很少观测到反射现象;可见到剪切带的停滞现象;剪切带的折射现象较常见;通常,一条较长的剪切带可以贯通试样;剪切带发生折射之后,其倾角有所降低.粗糙端面时的应力峰值比光滑端面时高.端面约束不同时的峰后刚度及应力峰值所对应的轴向应变没有明确的规律.不同端面条件下,试样中部剪切带花样既有一定的类似性(由于微弱的端面约束与相同的初始随机材料缺陷分布),又有不同的一面(端面约束的不同及两端面附近的剪切带传播至试样中部).     

TBM挤压大变形隧洞管片错台及加固机理研究

软岩是重大交通、水电、矿山等工程建设中经常遇到的复杂介质,高地应力作用下软岩地下工程很容易产生围岩大变形,不仅对施工安全造成影响,而且还会造成建设工期和成本的迅速增加。软岩大变形已成为我国交通、水利、深部资源开发等工程领域亟待解决的重大课题。本研究以引大济湟隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)挤压大变形导致的管片错台为例,通过对现场监测成果的反演分析,系统研究挤压大变形不同错台的修复与控制方法,本研究成果对其他膨胀泥岩卡机事故脱困以及管片错台的工程具有指导意义。