某水电站地下厂房区初始地应力场回归分析

结合某抽水蓄能电站地下厂房区工程地质条件以及实测地应力资料,分析影响区域初始地应力的因素;在ANSYS中实现对工程区初始地应力的三维有限元回归计算;在实测地应力值与计算得到的地应力值之间建立多元线性回归模型,求出各回归系数,结果表明该方法可靠实用;并为地下厂房的稳定性分析提供了合理的初始地应力场.     

确定地应力场边界载荷的有限元优化方法研究

从弹性力学基本方程出发,针对煤层气储层地应力场反问题,结合对区域地应力场认识,利用阻尼最小二乘法建立了应力场反演的优化约束模型,提出了一种用于反演地应力场边界力的优化分析方法,该方法根据部分实测点的应力值进行边界力反演,并与有限元方法和有限差分法相结合,通过改变边界力参量达到优化逼近目标函数。该方法根据研究区域少量地应力实测资料进行最优化计算,使得计算应力场与实测应力达到最优拟合,以弥补回归反演方法和边界载荷调整法的不足,来提高计算精度。针对沁水盆地少数控制井的地应力大小和方向作为约束条件,计算了区域地应力场,算例证明了该方法的计算精度和可靠性,本文提出的优化方法可有效解决地应力场边界力的反演问题。     

高地温高地应力下岩体初始地应力场反演分析

目前,在高地温高地应力环境下,未见报道在反演过程中考虑地温,从而导致反演得到的初始地应力场与实际不符。为使反演得到的初始地应力场更加符合实际,首次提出考虑地温的岩体初始地应力场反演思路。在高地温高地应力环境下,岩体初始地应力场可近似由重力应力场、构造应力场及温度应力场组成。而岩体温度应力场可结合地温梯度法并依据岩体热应力公式近似得到,再通过叠加原理将温度应力场叠加到重力及构造应力场中即可得到与高地温相符的岩体初始地应力场。在水压致裂法测得的3个主应力中,垂直应力是通过上覆岩层的实测密度计算而来,即垂直应力不包含温度应力,故在高地温高地应力环境下,若不考虑地温,则采用水压致裂法测得的应力反演岩体初始地应力场将造成严重错误。例如在桑珠岭隧址区,岩体的温度应力大约为自重应力的8/13,即在反演过程中如果不考虑地温,则反演得到的岩体初始地应力场将缺失占重力应力场8/13的竖向温度应力场,且考虑地温的反演结果较不考虑地温更好。     

基于优化算法的岩体初始应力场随机识别方法

根据隧道开挖后其周围地应力变化的观测数据，建立了基于优化算法的岩体初始应力场识别方法。将地应力场参数识别反问题转化为优化问题，然后采用BFGS方法求解。最优估计的岩体初始应力场是通过比较观测到的应力变化与预计值的差异而得到的，数值算例中考虑了观测误差对参数识别结果的影响。采用所建立的反演方法，地应力场的主应力的大小和方向可以被准确识别出来。数值计算结果表明，所建立的地应力场反演方法是十分有效的，并且具有良好的抗观测噪音的能力。     

考虑边界荷载作用方向的特长隧道初始应力场分区反演方法

地应力对隧道的设计、施工至关重要。为解决大范围应力场分区反演中各子区边界应力无法连续过渡且不能全线分析工程整体应力场的问题,基于多元线性回归原理,首先结合地应力场反演的工程经验,研究了模拟隧道轴向方向构造应力场时的边界荷载施加问题;其次,提出“重叠分区–组合”的地应力场分区反演方法;最后,将该方法应用于新疆天山胜利特长公路隧道,验证了方法的有效性,并分析工程区全线的应力场分布特征。结果表明：模拟隧道轴向构造应力场时,边界荷载的施加应从计算域内地势高的一侧施加;“重叠分区–组合”的地应力场反演方法,有效避免工程区整体回归反演时隧道轴线方向边界荷载作用不当导致的应力场结果异常现象,同时保证子区域边界应力的连续过渡,分区再组合得到的整体地应力场分布规律合理。反演方法可为特长隧道工程的地应力场反演提供参考。     

岩石Kaiser效应测定地应力场的试验研究

用单轴压缩试验测试岩石Kaiser效应特征，进而确定岩体地应力状态的方法，在岩体工程实践中得到广泛的应用。由于运用Kaiser效应法测得的地应力值是新构造应力场最近时期的地应力，对新建西安-南京铁路秦岭越岭地区采用岩石声发射的单轴压缩Kaiser效应法结合微构造法对其地应力场进行研究，得出其现代地应力场总体方向为NE向、各测点处的地应力的具体方向及基本地应力值15MPa，试验结果与实际情况基本吻合。     

西石门铁矿地应力量测与应力场的反分析

本文通过西石门铁矿的地应力量测和应力场的反分析,对该矿区地应力场首次进行了系统的研究,提出了西石门铁矿的应力场是以水平应力为主的旋转压应力场,从南到北,其水平主应力方向为北东→北南→北西向;揭示了水平主应力随深度变化的规律以及平均水平主应力与垂直主应力之比“K”值随深度变化的规律;并从力学角度探讨了应力场与井下巷道稳定、采矿工程设计之间的关系,为地下采矿科学化提供了理论依据。     

地应力对裂隙岩体渗流特性影响的研究

岩体总是赋存于一定的渗流场与应力场中的，研究地应力场对渗流场的影响具有重要的意义。首先分析了裂隙岩体渗流运动的基本规律，研究了应力对渗流作用影响的机理。在此基础上，结合甘肃某工程进行了现场地应力测量及高压压水试验，并且作了大量地表的、钻井岩芯的节理裂隙地质调查，得到了该地区的地应力值和渗透系数值。然后通过回归分析，可以发现该地区渗透系数随地应力值的增大呈负指数递减的变化规律。     

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。     

利用套管变形测井资料反演储层应力场

利用套管变形资料估算测点地应力和反演储层应力场。首先,根据API标准确定套管挤毁压力,并根据地应力和挤毁压力的关系确定测点的均匀地应力或平均地应力。通过对套管和地层系统进行弹性分析,给出柔度比、位移比和应力比的关系;由套管变形资料给出位移比,而柔度比是由系统本身决定的,由此确定应力比;再结合平均地应力,估算测点的非均匀地应力。其次,以得到的测点地应力作为基础资料,利用有限元和最小二乘法外推储层区域应力场。最后,利用大庆葡北储层二断块的套管变形资料研究该区域的三维应力场,为分析该区域套管损坏提供判断依据。该方法为缺乏实测地应力资料的区域提供反演储层应力场的新途径。     

岩芯成饼单元安全度三维数值试验及地应力反馈分析

岩芯饼化是深部及高应力地质环境特有的现象,通过岩芯饼化来推测地应力有重要的理论和工程意义。首先模拟不同应力对岩芯饼化厚度的影响,并综合三维弹性数值模拟和带拉伸的莫尔-库仑强度准则,提出岩芯饼化"潜在破坏面"单元安全度的计算方法,研究不同地应力对岩芯潜在破坏面的影响。模拟结果表明,在水平应力一定的条件下,随着竖向地应力的变化,竖直岩芯潜在破坏面单元安全度、剪切破坏和拉伸破坏模式都发生变化。单元安全度方法能够直观显示岩芯潜在破坏面安全度的分布,并量化地反映地应力与岩芯破坏模式之间的对应关系。采用单元安全度方法,对美国Williston盆地Bakken页岩储层的前期勘测地应力和观测岩芯分析,取得相一致的计算结果,说明利用该方法分析与识别地应力是可行的。     

岩爆应力状态研究

通过地下洞室围岩的应力状态分析和真三轴压缩试验,研究了岩爆应力及其在围岩中的极限深度问题。研究结果表明,片状劈裂岩爆是在双轴压缩应力状态作用下在洞壁面上产生;剪切错动型岩爆是在真三轴应力状态下在围岩内部产生;围岩内部存在着生产岩爆的极限深度区,极限深度的深浅取决于应力场中的垂直和水平主应力的比值大小。     

甘肃北山旧井地段高放废物处置库深度初步探讨

 在对高放废物地下深地质处置库深度确定基本要求的概述基础上，结合甘肃北山旧井地段的地质特征、水文地质特征、岩石力学特征、地应力场特征等方面的情况，分析初始地应力场和二次开挖地应力，对开挖稳定性和发生岩爆的可能性进行计算和预测。研究结果表明，研究区岩体较完整，深度大于400 m时地下水补给匮乏且为还原环境，岩石单轴抗压强度较高，总体质量较好；深度小于700 m地应力为一般应力场，二次开挖稳定性分析和岩爆分析结果表明在此范围内岩爆发生的可能性不大，依据处置库深度确定的基本要求，初步认为旧井地段处置库的设计深度和地下工程布局应在400～700 m范围内进行。     

The ultrasonic P-wave velocity-stress relationship of rocks and its application

When a rock sample is extracted from an underground rock mass, it is subject to unloading, which will cause changes in the physical and mechanical properties. This article describes a laboratory experiment to determine the change of P-wave velocity of rock samples during a uniaxial compression test. It was found that the P-wave velocity vs. stress curves (V-S curves) of the rock samples could reflect three stages of bulk volume deformation commonly observed in a uniaxial compression test of rocks. When the applied stress was less than σ _c (about 0.25–0.33 of the uniaxial compressive strength), the P-wave velocities increased rapidly with the increase of stress; this part of the V-S curves could be fitted with a power function. When the stress was greater than σ _c, the P-wave velocities of rock samples increased more slowly and gradually approached the peak before decreasing dramatically near failure; the V-S curves above σ _c could be fitted with a polynomial function of the second degree. During the V-S experiment, it could be also observed that the increasing rate of P-wave velocity decreased dramatically when the applied stress reached the overburden stress. An unloading index was defined as the ratio of the P-wave velocity under in situ overburden stress to the P-wave velocity at free stress and could be calculated from the measured V-S curves. Based on the calculated unloading index, the calculation of the intactness index of rock mass could be modified, and then an improvement of the basic quality (BQ) classification method of rock masses, which is used widely in China, was made.     

围岩中原始垂直地应力对圆形隧洞全长注浆 岩石锚杆应力分布模式的影响分析

 通过分析原始垂直地应力对圆形地下洞室塑性区半径、围岩体塑性区和弹性区内岩体的位移变化以及对锚杆应力分布的影响,揭示原始垂直地应力对锚杆锚固效果的影响。研究结果表明,弹性区内任一点的应力大小与垂直地应力有关,而塑性区内任一点的应力与原始垂直地应力无关;随着垂直地应力的增大,巷道塑性区半径也在不断增大,二者之间呈明显的非线性关系;塑性区的径向位移及隧洞壁的最大位移也随之增大。同时,根据围岩与锚杆的相互作用,建立全长注浆岩石锚杆在圆形隧洞围岩中的应力分布解析本构方程。在此解析模型的基础上,对不同垂直地应力作用下锚杆的应力分布模式进行较详细分析,得出随着垂直地应力增大,锚杆的摩阻力和轴向载荷也随之增大,并且锚杆端部的应力集中现象更加明显,当锚杆端部的摩阻力超过围岩的容许抗剪强度时,则锚杆与围岩发生开裂破坏,故在设计与施工中应予以考虑。最后,提出提高和改善由于锚头开裂导致锚固效果降低的方法,对全长注浆岩石锚杆施加垫板,能有效改善锚杆的锚固效果。     

Brazilian test: stress field and tensile strength of anisotropic rocks using an analytical solution

Tensile strength of rock is among the most important parameters influencing rock deformability, rock crushing and blasting results. To calculate the tensile strength from the indirect tensile (Brazilian) test, one must know the principal tensile stress, in particular at the rock disc center, where a crack initiates. This stress can be assessed by an analytical solution. A study of this solution for anisotropic (transversely isotropic) rock is presented.

The solution is given explicitly. The key expansion coefficients are obtained from a complex-valued 2×2 matrix equation. The convergence of the solution is greatly improved by a new procedure. It is shown that the dimensionless stress field depends only on two intrinsic parameters, E′/E and b. The stress at the center of the disc is given in charts as a function of these parameters (and the angle θ_b between the direction of applied force and the plane of transverse isotropy). Furthermore, a new, reasonably accurate, approximate formula for the principal tension at the disc center, (0,0), is derived from the analytical solution:

where

The elastic parameters of rock in two perpendicular directions were measured in the laboratory. The result of the stress analysis was applied in calculating the indirect tensile strength of gneiss, which has a well-defined foliation plane (transversely isotropic). When the results were compared with the tensile strength of rock obtained by using a conventional formula that assumes isotropic material, there was a significant difference. Moreover, good agreement was observed for the tensile strength calculated from the stress charts and the proposed formula, when compared with other published stress charts.     

New developments in the Integrated Stress Determination Method and their application to rock stress data at the Äspö HRL, Sweden

The Integrated Stress Determination Method (ISDM) is a powerful tool for estimating the regional stress tensor from in-situ measurements of local stress tensors using a wide variety of stress measuring techniques. This study presents new developments of the ISDM: The stress field may be described with up to 12 model parameters; and is applicable to data from CSIR- and CSIRO HI-type of overcoring devices, hydraulic fracturing, hydraulic tests of pre-existing fractures (HTPF), as well as to combined data sets. Furthermore, in combined data sets, the hydraulic fracturing and/or HTPF data may be used to constrain the average elastic parameters, Young's modulus and Poisson's ratio.The new ISDM developments were applied to the extensive and recently re-analysed rock stress data at the Äspö Hard Rock Laboratory. The results reveal a good fit of the re-analysed data. Overall, the re-analysis indicates that the stress field at Äspö HRL is relatively well constrained and consistent with depth. The NE-2 Fracture Zone influences the stresses, and dividing the regional stress field into a NW and a SE stress domain. When the hydraulic fracturing data were used to constrain the average elastic parameters, Young's modulus, E, and Poisson's ratio, ν, quite similar results were obtained ( and ν=0.33) compared with results from biaxial tests of overcore samples ( and ν=0.26).     

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。     

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。