原地应力测量对某核废料处置场场地评价的应用

为研究在某核废料处置场用深地层注浆固化方法处置中放核废液的可行性,我们在该处置场的两口钻井中进行了水压致裂法原地应力测量。通过原地应力测量,发现处置场区的水平主应力和铅直主应力随深度的增加而线性增加,且σ_H>σ_h>σ_r,说明处置场的地应力状态有利于水平或近水平裂缝的产生和扩展,对用水力压裂法处置核废料是有利的,方法是可行的。     

金甬铁路鲍村特长隧道初始应力场特征及岩爆预测分析

金甬铁路鲍村隧道长度长、局部埋深大,具有较高建设安全风险。隧址区初始地应力场是影响围岩稳定性的重要因素,是隧道工程的设计及施工的主要依据之一。根据现场实测地应力值,利用FLAC3D进行多元线性回归,反演出隧道初始地应力场,并利用FISH编程计算隧道岩爆分级,结果表明:反演结果与地应力实测结果拟合度较高,计算结果较为可靠;该区地应力场为σ_H≥σ_h≥σ_v型;中主应力值为3~11MPa,随里程增加而呈降低趋势;水平最大主应力值在10~18MPa之间,方向多与隧道轴线呈小角度相交,对隧道围岩稳定性有利;鲍村隧道岩爆级别系数低,开挖中岩爆危害小。     

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。     

深部岩体地应力场分异特性研究

以华北平原某深部资源勘探工程为背景,根据井工设施、开采及地面工业场地设计要求,在断层附近不同位置布置勘测钻孔,进行超千米深部岩体水压致裂法地应力测量,通过对断层附近6个钻孔的试验与分析,揭示断层附近地应力场的分异特性及其变化规律。研究表明,断层附近的最大水平主应力σ_H∈[26.35 MPa,55.47 MPa],应力集中系数为1.05～1.44;σ_H/σ_h∈[1.22,1.65],平均为1.56,σ_H/σ_h比值与远场应力的相当;σ_H/σ_h∈[5.90,22.80],平均为16.42,高于远场应力的差值。在断层附近应力方向将发生偏转,范围为0.60°～30.83°,平均偏转24.2°。地应力在断层之间、断层的交汇处及断层下盘发生显著的变化,表现为应力集中、水平主应力差值增大、方向重大偏转及百米地应力增量增大,且位置不同,地应力存在明显的分异性。     

深部矿井地应力测量方法研究与应用

目前地应力测量方法有很多种,可分为力学法、地球物理法及地质构造信息法等。在分析各种测量方法特点的基础上,介绍适用于深部煤矿巷道的地应力快速测量方法——小孔径水压致裂地应力测量法,包括小孔径水压致裂地应力测量原理、测量装置的组成部分和技术特征。在我国煤矿典型的深部矿区——新汶矿区井下巷道中,完成9个测点的地应力测量。其中5个测点的埋深超过1000m,最深达1220m。测量结果表明,7个测点的最大水平主应力大于垂直主应力;最大水平主应力高达42.1 MPa;最大水平主应力与垂直主应力的比值为1.004～1.550;新汶矿区超过1 000 m深井地应力以水平应力为主,最大水平主应力方向主要集中在N3°E～N43.5°W。通过井下实测,确定出所测区域地应力状态及其分布规律。同时证明,小孔径水压致裂地应力测量法可为深部矿井提供有效、快速的地应力测量手段,为深部巷道布置和支护设计优化提供可靠的基础参数。     

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。     

AE法油田最大主应力值的测量及其与油产关系

介绍了笔者提出的声发射（AE）估测法。强调考虑孔隙压力的重要性，给出了科尔康油田九口井的测量结果和讨论：该油田现今地应力的有效最大主应力值σ1在762～1325m处随深度变化的规律；依据笔者提出的有效最大主应力值与钻井产油情况成负相关关系的观点，推断所测各井的产油情况；白2井深度为972．8～974．6m处的安山岩AE信号多寡有明显各向异性，由于此深度井段处σ1值明显偏低，推测安山岩岩层可能为裂缝储油岩层；AE法结合孔隙压力可给出σ1值，地层倾角测井资料给出孔壁崩落的优势方向即最小水平主应力方向，钻孔压裂可给出泵压力即最小平主应力值σ3，于是一个中间主应力σ2为上覆岩层压力，可以较精确地获得最大和最小主应力在水平面内的准三维应力状态。     

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。     

深孔空心包体法地应力测量仪及其应用实例

 介绍用于深孔地应力测量的深孔空心包体法地应力测量仪的组成结构及辅助工具,并给出该仪器的应用实例。传统的应力解除仪器只适用于浅孔,不适用于深孔。深孔空心包体地应力测量仪将原来井上应变仪、井下空心包体应变计、电子罗盘等集成于一体,制成无电缆微型探头,测量时将微型探头安装到孔内预定位置进行测量。用该仪器在上海市浦东地震监测中心张江观测孔进行实际应用,获得365和385 m深处的三维地应力实测数据,测量结果显示张江观测孔最大主应力近水平,方向为近EW向,最大主应力值为8. 5～9.0 MPa,最小主应力近于铅直,大小与上覆岩层压力相近。实测表明深孔空心包体地应力测量仪适用于深孔三维地应力测量。     

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。     

深切河谷区地应力场分布规律研究

 基于对南水北调西线工程7个坝址区水压致裂法地应力测试结果的统计分析,初步得出深切河谷区最大水平主应力量值随深度呈分段线性关系的结论。分析结果还表明在河谷埋深较浅部位(即应力释放区),最大水平主应力值随深度的增加幅度较小,而在较深部位(即应力集中区),最大水平主应力值随深度的增加幅度较大。此外,利用有限差分程序FLAC3D,对阿达坝址区的地应力场进行反演。研究结果表明：(1) 河谷卸荷作用对浅部谷坡的地应力场影响较大,在该区域采用水压致裂法确定地应力场误差可能会比较大;而对河床区域应力场方向的影响较小,采用水压致裂法来确定河床区域的应力场是可行、可靠的;(2) 不仅河谷区地应力场存在3个分区即应力释放区、应力集中区和应力平稳区,岸坡地应力场也存在上述3个分区;(3) 阿达坝址区河谷底应力集中范围在河床下60～140 m范围内;(4) 深切河谷区应力集中区的深度受岩体卸荷强弱程度和地形地貌的差异影响较大。     

压实黄土平面应变方向的主应力特性

对不同含水率压实黄土进行等小主动主应力σ_x的平面应变三轴试验,研究了含水率w及小主动主应力σ_x对加载过程中平面应变方向主应力σ_y特性的影响,根据试验结果提出了描述平面应变方向与其它方向主应力双线性关系的表达式,验证了基于典型强度准则的中主应力公式描述压实黄土σ_y变化的适用性。研究结果表明:在等向固结及初始加载阶段,平面应变方向主应力不是中主应力σ_2,而是小主应力σ_3;平面应变方向主应力比σ_y/σ_x随着主动主应力比R的增大先平缓后快速增大,转折点前后主应力之间分别呈线性和非线性关系;转折点处的主动主应力比Rz大于平面应变方向主应力由小主应力转变为中主应力临界点处的主动主应力比Rc,w及σ_x对Rz的影响较大,对Rc的影响很小。R较小时,w及σ_x对加载过程中σ_y/σ_x几乎没有影响。主应力参数K(=2σ_y/(σ_x+σ_z))与主动主应力比R之间呈双直线;前段为水平直线,K近似为常数Kc;后段为倾斜向上的直线;Kc及直线斜率m与w及σ_x的大小无关。提出的双线性函数能较好地预测压实黄土加载过程中σ_y的变化特性,而仅在土样破坏时,基于Lade-Duncan及SMP准则的中主应力公式的预测值与试验值比较接近。     

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。     

徐州矿区深部地应力测量及区域构造作用分析

为了指导徐州矿区深部巷道维护及开采安全,在5个埋深超过800 m的深井采用空心包体三维应力解除法进行了原岩地应力测量。实测数据表明：所有测点的最大水平主应力均略大于垂直主应力,方向呈NW-SE向, 近水平方向;由于受区域地质构造作用,地应力存在东西差异,西部和西北部矿井,近似呈静水压力型,东部矿井水平应力是垂向应力的1.19～1.23倍;分析了深井地应力量级、主应力与侧向系数随深度的分布规律;分析了区域郯—庐大断裂左旋平移的基础上形成的北东向徐—宿弧形推覆构造作用影响,确立了矿区实测地应力场与区域地质构造的一致性关系,为深部开采提供可靠的地应力基础数据。     

东秦岭东江口花岗岩体水压致裂法与AE法地应力测量对比研究

中国东部现今构造应力场的特征表现为以水平应力为主,最大主压应力方向为近EW向,而秦巴地区已有地应力测量资料显示地应力最大主压应力方向以近SN向为主。为了查明其原因,结合三峡引水工程秦巴段地壳稳定性调查评价工作,在东秦岭东江口花岗岩体内布置一口地应力综合测量孔,进行水压致裂法与AE法地应力测量对比研究。在东江口花岗岩体600m深钻中,将埋深30～596m分27段进行水压致裂法地应力测量,获得20组水平主应力有效数据和25个裂缝破裂方向数据;同时,将埋深为75～599m分11段进行AE法现今最大主应力值测量,获得11个有效数据。将上述2种方法在同一测量深度的测量结果对比后发现：在200m深度以上,2种方法所得结果相近;在200m深度以下,水压致裂法测量的最大水平主应力值比AE法测量的最大主应力值大10MPa左右,前者与邻区已有的水压致裂测量数据相比,普遍偏高,而后者与邻区同一深度的测量结果相近。造成上述结果的原因是,在200m以下岩体中存在残余古构造应力,它与现今构造应力等叠加在一起构成地应力。综合研究结果表明：残余古构造应力是秦巴地区地应力的重要组成部分,不容忽视,上述研究结果对于充分认识秦岭中新生代造山带地应力场的分布规律具有重要的理论意义;同时,还可为穿越秦岭和大巴山的生命线工程的深埋长隧道的规划和设计提供依据。     

山东地区现今地应力场特征与应力积累水平分析

 山东地区地质构造环境十分复杂,历史上曾多次发生中强地震及强震。为深入了解该地区现今构造应力场特征及区域地壳应力积累水平,基于优化处理后的181组地应力实测数据,采用回归分析法全面分析了该地区地应力量值随深度的分布特征,并依据地壳应力积累理论,探讨了区域应力积累水平和地壳稳定性。结果表明,该地区地应力状态主要以?H＞?h＞?v型和?H＞?v＞?h型为主,应力状态类型与深度有一定关系;3个主应力?H,?h和?v均随深度呈近似线性增加的关系,应力变化梯度值分别为0.024 2,0.018 0,0.025 8;3个侧压系数KH,Kh和Kav随深度呈近似双曲线分布,随着深度的增加分别向1.46,0.89,1.17趋近;水平差应力相对大小μd更接近于线性分布,随着深度的增加趋向于0.24;最大水平主应力优势方向整体表现为NWW-SEE向,但NEE-SWW向也占有较大比例,优势方位统计结果与世界应力图2016及板块间作用相吻合;沂沭断裂带西侧区域最大水平主应力优势方向整体呈NEE-SWW向,而其东侧区域整体呈NWW-SEE向。?m能较好地反映地壳应力积累能力,?m值主要集中在0.3～0.5,0.2～0.3范围内,该地区的应力积累水平整体上处于中低程度,地壳浅层处于相对稳定状态。逆断型应力状态的?m值主要集中在0.2～0.3范围内,应力积累水平以较低程度为主;走滑型应力状态的?m值主要集中在0.3～0.5范围内,应力积累水平以中等程度为主。     

长线张拉预应力钢丝应力偏差分析及纠正措施

近两年来,我们抽查了露天长线钢丝的预应力值,发现钢丝应力偏差值超出《冷拔低碳钢丝预应力混凝土中小构件设计与施工规程》规定的范围,因此,我们对影响钢丝应力偏差的因素进行了分析,并提出了纠正措施。一、应力偏差分析 1.温度应力的影响。锚在长线台墩上的钢丝,在气温变化时将产生温度应力(σ_(△t))。σ_(△t)=a·E·(t_1-t_2)(1)式中a——钢丝的温度线膨胀系数,1.2×10~(-σ)/度; E——冷拔低碳钢丝的弹性模量,2×10~5MPa; t_1——张拉钢丝时钢丝的温度,℃; t_2——测定钢丝应力时钢丝的温度,℃。式(1)表明,在只考虑温度影响时,钢丝温度每变化1℃,钢丝应力则变化2.4MPa,约0.5％σ。众所周知,我国大部分地区,昼夜温差通常大于10℃,而新疆地区大于15℃。测试结果证明,日照强度对钢丝温度的影响尤     

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。     

金川二矿深部1 000 m中段地应力测量 及应力状态研究

 金川镍矿是我国最大的硫化铜镍矿,而二矿又是金川镍矿的主力矿山。目前二矿已进入深部开采阶段,由于矿岩破碎、剧烈开采扰动以及巷道采场结构越来越复杂,加之应力状态的改变,围岩稳定性问题更加突出。为此在二矿深部1 000 m中段进行了系统的地应力测量,以了解深部应力分布特征及其变化规律。现场测试采用空心包体应力解除法,共获得7个测点的三维应力数据。地应力测量成果表明,在井下700～800 m深度范围内,最大主应力量值基本为20～30 MPa,大部分测点最大主应力方位为NNE～NE向,最大主应力倾角在40°以上,以水平应力为主导的应力作用特征发生改变。     

关于支承转盘连接螺栓强度计算问题的讨论

我们在《工程机械》1974年第二期的“交叉滚柱支承转盘”一文中,介绍了支承转盘连接螺栓的一种计算方法,后来在文献[5]中,又对这一方法作了较具体的介绍。这种方法的前提是,假定螺栓上外负荷Q_(工作)的分布规律和各滚动体上接触负荷的分布规律相同,即Q_(工作)=(P·sinα_2·Z)/2n (1)式中Q_(工作)—受载最大的螺栓上的工作负荷P—转盘上的一个滚柱的计算负荷(当轴向力指向支承面时,取承受反向轴向力的滚柱上的最大负荷)