煤层断层构造演化应力场分布特征数值模拟研究

采用有限元数值模拟软件ADINA,模拟了一次构造作用下煤层断层构造的形成过程以及煤层断层形成后受现代构造应力场作用下煤层的破坏情况及地应力的分布规律.模拟结果表明,一次构造作用下煤层断层构造的形成过程中,在接近断层面的下盘煤层底部和接近断层面的上盘顶部,煤体容易遭到破坏;断层构造形成后在不同的铅直应力和水平应力组合情况下,正逆断层的下盘断层面附近区域均存在应力集中现象,逆断层的应力场方向主要由最大应力的方向决定,而正断层仅在水平应力与铅直应力比较接近时,应力场方向主要由铅直应力决定.     

复杂断层构造区地应力分布规律及其影响因素

准噶尔盆地西部车排子地区石炭系火成岩储层断层多,且走向多变,复杂程度高,亟需开展地应力分布规律及其影响因素研究.本文以苏13井三维区石炭系火成岩储层为例,基于盒维数法,用分维值D对研究区构造复杂程度进行了表征;基于BP神经网络方法,通过MATLAB实现了边界约束的优化反演;利用COMSOL Multiphyics软件模拟分析了渗流-应力耦合作用下地应力分布规律及其影响因素,认为研究区地应力分布受断层数量、断层走向和石油开采的影响较大;考虑渗流-应力耦合作用后,地应力值增大,而地应力方向基本保持不变或发生微小偏转.研究结果表明:研究区发育三级、四级、五级及五级以下逆断层,断层相互切割,断层分布的分维值为1.811 1,分维值较大,研究区整体构造复杂.随着断层数量的增加,地应力值呈减小趋势;走向与荷载作用方向平行的断层内部最大水平主应力值较其余走向断层小,对附近应力场影响作用也较小;走向与荷载作用方向垂直的断层对附近应力场影响范围最大;考虑石油开采的影响后,最大水平主应力值增大;随着石油开采的深入,井口附近的地应力持续增大,但单井开采对地应力的影响范围有限.未考虑渗流-应力耦合作用,研究区最大水平主应力为21.4～30.8 MPa,最小水平主应力为14.5～20.1 MPa;考虑渗流-应力耦合作用后,最大水平主应力为22.7～32.3 MPa,最小水平主应力为15.3～21.8 MPa.研究区最大水平主应力方向在东北区域为北东东-南西西向,经过F1断层后地应力方向发生偏转,变为北东-南西向;在走向与荷载作用方向平行的断层内部和附近,地应力方向发生较大偏转.     

基于岩相-断层破碎带耦合约束的构造裂缝预测研究——以博兴洼陷大芦湖油田沙三中亚段为例

致密砂岩储层广泛发育构造裂缝,严重影响储层非均质性与后期井位部署.本文以博兴洼陷大芦湖油田樊162、樊3区块沙三中亚段致密砂岩储层为例,从影响构造应力的地质材料体不均一性与构造强度的差异性入手,将沉积相控制下的岩相展布模型与断层内部结构模型进行耦合,进行岩相-断层破碎带耦合约束下的构造应力场数值模拟,通过建立应力场与裂缝参数间关系,构建裂缝密度空间展布模型进行裂缝分布预测,认为构造裂缝的发育受断层结构和岩相差异的耦合控制.研究结果表明:研究区断层核部最大主应力在50～60 MPa之间,水平应力差在58～79 MPa之间,属应力中低值区域,裂缝密度集中在1.2～2.7条/m.在断层上盘的砂砾岩相部位最大主应力在41～52 MPa,水平应力差在78～91 MPa,属应力低值区域,裂缝密度集中在1.0～1.7条/m;在断层上盘的细砂岩相部位,最大主应力在73～76 MPa,水平应力差在90～95 MPa,属应力中高值区域,裂缝密度在3.5～4.0条/m.在断层破碎带上盘部位、河道前缘砂坝的中粗砂岩相与朵叶体的粉砂岩相交互处,最大主应力在73～80 MPa之间,水平应力差在106～110 MPa,属应力高值区域,裂缝密度集中在3.5～5.0条/m.总体呈现出伴随距断层核部距离的增加,裂缝密度先增加后减小的规律;距断层越近,构造应力对裂缝发育影响权重越大,距断层越远,岩相类型对裂缝发育影响权重越大.     

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.     

四川省大凉山腹地当前地应力状态分析

在四川省大凉山腹地深度分别为190.15 m和364.10 m的两个钻孔中进行水压致裂地应力测量,以获得当前浅部地壳应力的状态.测量结果表明,在测试段深度内,实测最大水平主应力最高值为14.68MPa,与该区域内已有近似深度地应力测量结果(20 MPa)相比,此次测值有所降低;3个主应力之间的关系为:最大水平主应力最小水平主应力垂直应力,表明大凉山地区地壳浅部构造应力场以水平应力为主导;最大水平主应力方向为北西至北西西向,与区域活动构造的性质和震源机制解得出的主压应力方向基本符合;最后,利用库伦摩擦滑动准则,讨论了当断层摩擦因数μ为0.6~1.0时,测区内主要断裂在该应力状态下的稳定性,认为测区内现今最大水平主应力值暂时没有达到使区域逆断层发生瞬间摩擦滑动的临界值.     

断层竖向错动作用下隧道力学响应数值模拟研究

采用有限单元方法数值模拟研究断层竖向错动位移、断层错动速率、断层宽和断层摩擦对断层错动下隧道力学响应的影响规律。结果表明:断层竖向错动位移显著改变隧道断层截面第1应力的大小和分布。断层错动隧道断层截面出现最大第1主应力,不受断层竖向错动位移、断层错动速率、断层宽度和断层摩擦的影响。断层错动影响范围主要受到断层位移和宽度的影响,受断层错动速率和断层摩擦系数影响较小。断层错动速率越快,断层摩擦系数变化对应力峰值增加的影响越明显。主动盘内隧道截面衬砌第1主应力随断层错动速率增加而增加,但是断层截面的第1主应力随断层速率增加,先增后减,在0.1m/s断层速率条件下,达到最大值。     

含山陶厂石膏矿构造应力场数值模拟分析

为了分析井田内主要构造断裂的导水性,为断层岩柱留设提供依据,运用有限元法的三维数值模拟程序,对陶厂石膏矿现代构造应力场进行了模拟。模拟结果表明,在断层F17附近存在较大的压应力,在F1及F2断层附近的石膏矿体中存在拉应力,在石膏矿体中的应力水平相对较低且均一。断层附近的Z方向的应力相对石膏矿体的应力低。应力矢量分布中拉应力矢量主要分布在石膏矿体靠近断层附近,随着石膏矿体与断层距离的增加,逐渐转化为压应力,而在断层的交汇处压应力值较高。     

考虑主应力偏转的采动诱发断层活化机理研究

为探讨采动诱发应力场偏转活化断层机理,采用库仑破裂应力增量为断层单元活化判据,引入损伤因子评价断层面活化滑移破坏程度,模拟分析了主应力偏转对不同倾角断层面上应力分布及断层滑移量的影响.研究表明:采动诱发主应力偏转使得沿断层面剪应力增加,而垂直于断层的正应力又受开采卸压和应力偏转影响而减小;断层倾角越大,断层面上剪应力增量对主应力偏转响应越明显;逆断层下盘工作面向断层方向回采时,断层面附近区域底板主应力最先发生偏转,顶板处主应力偏转滞后于煤层和底板,然而顶板中主应力偏转量最大.不同断层倾角断层损伤因子随主应力偏转角变化呈倒"S"型变化.对于倾角分别为15°,30°,45°和60°断层,当最大主应力偏转至垂直断层时,断层面库仑破裂应力和损伤因子均最小;而偏转至平行断层时,断层库仑破裂应力和损伤因子最大,损伤因子最大值约为最小值的8.5~9.2倍.     

断层带煤岩应力分布特征数值模拟研究

通过FLAC3D软件对演马庄矿掘进巷道过F147断层过程中煤岩内部应力场分布规律进行数值模拟,研究巷道掘进过程中断层附近应力值的变化.模拟结果表明:F147断层带附近煤岩体破碎、裂隙发育,在采动影响下断层"活化".随着距断层面距离的减小,煤层及其顶板岩体破坏程度随之增加,使得断层面附近应力得到释放,断层面处压剪应力集中得以缓解,但是拉应力增大.通过进一步研究,确定了F147断层带的影响范围约为10 m,从而说明该方法能正确模拟巷道掘进过断层过程中煤岩内部应力场分布规律,进而可以有效地指导实践.     

小腿肢体残端的三维有限元应力分析

通过建立三维线性有限元模型来分析在集中载荷作用下小腿肢体残端的应力分布,且分析了不同边界条件对肢体残端应力分布的影响。此模型基于残肢、骨的三维几何形状,考虑残肢表面的不同位移约束条件、小变形假定,同时假定软组织和骨都为线弹性材料。得到了在集中载荷作用并考虑位移约束条件下肢体残端的最大主应力和剪切应力分布情况,并对此进行了比较和分析,此模型可以预测在不同载荷作用和不同位移约束条件下肢体残端的应力分布,可作为假肢优化设计的依据。     

采动影响下断层滑移失稳的动力学分析及数值模拟

为研究开采扰动下断层滑移失稳诱发冲击矿压的致灾条件,基于"砌体梁"理论分析了开采过程中断层围岩系统的受力状态和力学响应.首先推导了断层面正应力、剪应力的计算公式,进而得到断层滑移失稳与覆岩"关键层"的破断和采场的推进的关系;利用数值模拟计算比较了不同开采影响因素下的断层面位移场、应力场、速度场和能量场的响应规律.结果表明:断层滑移对采动影响具有不同的敏感性,断层带上剪切位移和应力分布受断层摩擦角、采深、断层位置和回采方式等影响较大;而受断层力学性质(诸如法向刚度、切向刚度等)影响较小.受采动覆岩演化高度影响,断层带上不同位置处的应力路径变化较大,临近断层处易出现滑移.最大滑移速度和震源参数与最大剪切位移呈正相关关系.     

晋中南现代构造应力场的数值模拟研究

对晋中南现代构造应力场进行了数值模拟．模拟结果显示,现代构造应力场主应力差在沁水含煤向斜轴部存在着呈北东向展布的高值条带,且最大主应力为压应力;其应力水平和应力性质与应力降和小震综合断面解资料基本吻合;晋中南东部沁水含煤向斜内部产生近水平挤压应力场的动力来源于东部太行山和西部霍山的隆起和抬升;太原盆地中的近水平伸展应力场则与盆地深部塑性物质的上涌所导致的侧向拉伸有关．     

太原东山矿区节理及断层擦痕的统计分析

本文通过节理统计,得知中新生代以来,太原东山矿区出现过两期构造应力场。其一是主压应力轴为NW-SE向的燕山期古构造应力场;其二为主压应力轴为NE-SW向的喜山期古构造应力场。断层擦痕的统计分析进一步证实了这两期应力场的存在,并表明区内的NEE向及EW向断层形成于燕山期,喜山期重新活动;NWW向断层形成于喜山期;上述断层形成后,区内曾出现过SN向引张,使各组断层都发生了较大幅度的正向位移。     

跨断层埋管力学行为的多参数模拟分析

为研究断层错动对埋地管道的影响,采用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,建立三维管土相互作用的非线性有限元模型,分析断层位移、管径、壁厚、断层及场地类型等参数对管道受力与变形的影响.研究结果表明,管道主要的破坏形态为受拉破坏;断层位移较大时,管道在逆断层作用下的应变反应要大于在正断层作用下的应变反应;场地类型对管道受力与变形有较大影响;增加管道的壁厚能够明显减小管道的拉伸应变峰值,有利于增强管道的抗力性能;断层位移较小时,采用小口径管道能够减轻管道破坏.     

塔里木盆地玉北三维区撕裂断层特征及形成机制

为了确定玉北三维区撕裂断层的形成机制,利用构造要素相关性分析及构造解析方法,通过三维地震资料解释,揭示了玉北三维区撕裂断层的构造变形特征,确定了研究区撕裂断层的形成演化模式.结果表明:玉北三维区发育的撕裂断层在地震剖面上表现为高陡断裂带,具有明显的花状构造特征.根据撕裂断层两侧断块运动方向和断块间的相对运动方向,可以将玉北三维区发育的撕裂断层分为单侧逆冲型和同向差异逆冲型两种类型.这些撕裂断层的形成演化明显受基底断层和区域挤压应力的控制.先存基底断层控制后期撕裂断层的发育位置和展布方向,区域挤压应力在基底断层两侧造成的位移变形量差异为撕裂断层的形成提供了动力来源.     

十屋沙河子组储层裂缝预测

利用古构造应力场二维数值模拟,预测研究区沙河子组岩体的破裂程度,分析古构造应力分布特征,划分裂缝发育级别。预测结果表明,十屋油田沙河子组储层裂缝主要发育在断层位置及其附近地区,储层经历两期构造应力场作用并形成了2期4组裂缝,裂缝主要发育的方向为北东向和南北向。     

轧辊表面激光强化应力场的分布规律

针对轧辊激光强化过程中的应力场求解困难的问题,根据该应力场与辊面瞬变温度场的耦合作用,将温度场计算结果作为初始条件,建立了应力场仿真的有限元模型.综合考虑了材料的热弹塑性能,获得了轧辊激光强化过程中不同位置、不同时刻的应力分布曲线.结果表明,垂直扫描方向上的应力变化最剧烈,在不考虑相变应力的前提下,扫描后该向应力由压应力转变为拉应力状态,从而影响裂纹生成.此外,主应力方向基本与有限元模型的几何坐标相对应,只是随着应力数值的交错变化而发生改变.     

体外预应力桥梁转向块构造分析及配筋设计

建立体外预应力桥梁转向块有限元模型并进行了应力分析,根据分析结果对转向块的构造进行优化并给出设计构造建议。根据体外预应力箱梁桥转向块的主应力矢量图和主应力云图确定转向块配筋设计的B区和D区,运用“弹性应力法”建立了转向块D区设计的拉压杆模型。由平衡条件算出拉杆内力,确定配筋面积及布置,并对配筋后的转向块进行有限元分析。结果表明,用拉压杆模型法进行转向块的配筋设计是合理可行的。     

日本冲绳海槽和欧亚板块附加体二维构造应力场的有限元模拟及其构造意义初探

应用有限元方法模拟了日本冲绳海槽和欧亚大陆板块附加体二维构造应力场,并根据库仑-摩尔准则讨论了有限元模型中断裂构造发育与变形,定量化地研究了大陆岩石圈的扩张作用以及菲律宾海板块的俯冲作用对大陆板块边缘构造应力场及其变形作用的影响。数学模拟的结果表明,大陆地壳底部的扩张作用使得冲绳海槽内发育正断层,从而导致冲绳海槽这一弧后盆地的形成。菲律宾海板块的俯冲作用引起欧亚板块附加体中形成逆掩断层。有限单元模拟实验结果与研究区地震震源机制的研究结果是一致的。     

沥青路面二维和三维结构分析模型的比较

为量化二维与三维沥青路面有限元模型之间的差异,应用ABAQUS建立二维及三维模型,考虑单次静力荷载与动态荷载作用,研究刚性、半刚性和柔性3种典型沥青路面的位移及应力空间分布特性,结合双尾显著性检验,对比分析二维与三维建模方法对位移及应力的影响.结果表明,静力荷载作用下二维模型的位移是三维模型的15倍以上,动态荷载作用下二维模型的位移是三维模型的22倍以上;静力荷载作用下二维模型不同类型应力为三维模型的1.2~5.1倍,动态荷载作用下二维模型不同类型应力为三维模型的2.6~11.9倍.结合双尾显著性水平得到,静力荷载作用下横断面上垂直应力和切应力无显著性差异,可将三维路面结构简化为二维平面.