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。     

甘肃北山预选区新场地段花岗岩类岩石特征研究

 我国高放废物地质处置库北山预选区,处置库候选围岩为花岗岩。新场地段是北山预选区中的一个有利地段,其围岩为花岗岩类岩石,主要包括二长花岗岩和花岗闪长岩,少量为石英闪长岩等。岩石中广泛产出角闪石、磁铁矿、榍石等多见于同熔型、I–型花岗岩类中的特征矿物;少部分花岗闪长岩中出现白云母、石榴子石等上地壳特征矿物。花岗岩类的常量化学成分,属高钾钙碱性系列花岗岩类,具同熔型或I–型花岗岩的特征。     

在一个铅垂钻孔中水压致裂法三维地应力测量的原理和应用

根据铅垂钻孔的特点，提出了在单个铅垂钻孔中进行水压致裂法三维地应力测量的原理和方法，严格推导了资料整理的计算公式，并举有工程应用实例。     

深埋洞室地应力状态与岩爆相关性研究

为了研究锦屏二级水电站探涧开挖过程中发生岩爆与地应力的相关性，在电站探洞不同水平埋深处进行了水压致裂和应力解除三维应力测量。测量结果表明：（1）在探洞浅部，受局部地形影响，测点的应力分布主要受自重和区域及地形地貌控制。形成特有的“V”型河谷岸坡内的局部应力状态，最大主应力11．0MPa左右，作用方向NNW基本近水平；（2）在探洞深部地应力值较高，最大主应力40．0MPa左右，作用方向近直立；（3）随水平埋深的增大最大主应力由近水平状态转变为近直立状态，说明在洞深部自重应力起主导作用。对原地应力实测结果进行解析，得到了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了分析，提出了岩爆的发生主要受控于隧道横截面内的最大差应力的大小。     

水压致裂法三维地应力测量

水压致裂法地应力测量,具有突出的优点,已被国内外广泛应用,但历来只是在单钻孔内测量平面应力场.本文首先简单地介绍了这种地应力测量的测试技术,然后在钻孔围岩的力学分析的基础上,提出了三维地应力测量的原理和方法,严格地推导了计算公式,并举有算例.     

秦岭深埋引水隧洞地应力综合测量及区域应力场分布规律研究

首次将三维水压致裂法和常规水压法应用于秦岭近1 000 m埋深引水隧洞地应力场研究,并对2种方法所得结果进行对比分析,结果表明:2种方法所测最大水平主应力范围主要为20～31 MPa,量值基本一致;最大水平主应力方向集中为NW～NWW向,印证了三维水压致裂法地应力测试结果的可靠性。最大水平主应力方向在隧洞深埋洞身段近EW向,与该区域内古残余构造应力分布相符,进一步反映了秦岭区域应力场的复杂性。同时,结合实测结果及隧洞围岩力学参数,对深埋隧洞开挖后应力重分布范围、测试部位的应力水平等问题进行分析和评价。最后,概括了秦岭区域地应力场分布规律,并绘出地应力实测结果分布图,这对于深入了解秦岭区域构造演化规律及科学指导越岭工程的设计和施工都具有重要的理论价值和实践价值。     

万福煤矿深部水压致裂地应力测量

为了克服煤田上覆冲击层厚度高达700m所造成的困难，保证超千米深部地应力测量的成功，对传统水压致裂法测量方法和设备进行改进，增加测量系统的耐压能力和测试系统的精度。在完成的7个钻孔、37个测点的现场实测中，6个钻孔的深度接近和超过1100m，最大测点深度为1105m，创造了我国水压致裂法测量地应力钻孔深度的新记录。通过实测，确定了矿区的地应力状态及其分布规律。研究结果表明，37个测点的最大水平主应力与垂直主应力的比值为1．441～3．224，平均为1．97，反映了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的依据。     

某高速公路隧道区水压致裂地应力测量与分析

介绍了某高速公路隧道区两个钻孔的水压致裂法地应力测试结果,并就地应力特征及其对隧道围岩稳定性的影响进行了分析与评价。     

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。     

高放废物处置库中COx黏土岩回填材料压缩特性研究

 高放废物处置库中回填材料需要预先压缩到一定密实度,其压缩特性对处置库的设计和安全性有重要影响。目前,粉碎后的Callovo-Oxfodian(COx)黏土岩(法国)被考虑为可选的回填材料之一。通过开展一维压缩试验,研究2种不同粉碎工艺下获得的粗/细COx土样的压缩特性,结果表明：压缩曲线受粒度成分的影响非常明显,为获得同等压实度,细粒土所需的压实功能较粗粒土高,除此之外,细粒土的压缩指数也高于粗粒土,表现出较强的压缩性;随着土样压实密度的增加,粗/细土样的压缩曲线逐渐靠拢,粒度成分对压实功能影响逐渐减弱;土样卸荷时回弹指数随干密度的增加而增加,受粒度成分的影响不明显;高压实(rd = 2.0 g/cm3)粗粒土样在7 MPa的轴向应力下饱和时,体积发生明显的塌陷现象,饱和后土样的压缩指数小于饱和前,而回弹指数则较饱和前高。     

高放废物地质处置库中缓冲回填材料的收缩特征

缓冲回填材料的收缩特征对高放废物处置库的安全性和稳定性有重要影响。以COx泥岩缓冲回填材料为研究对象,采用不同的试验方法分别研究了饱和的压实试样和糊状试样在干燥过程中的体积收缩变形特征。试验结果表明：压实试样的体积收缩变形特征受初始干密度的影响比较明显,缩限、收缩系数和收缩应变均随初始干密度的增加而减小;压实试样的体积收缩存在明显的各向异性,在低压实度条件下,径向收缩大于轴向收缩,收缩几何因子大于3,在高密度条件下,轴向收缩大于径向收缩,收缩几何因子小于3;糊状试样的体积收缩过程可分为正常收缩、残余收缩和零收缩3个阶段,且绝大部分体积收缩变形发生在试样变为非饱和之前;相对于其他收缩模型,G&C模型对COx糊状试样收缩曲线的拟合精度最高。     

高放废物地质处置库缓冲/回填材料的气体渗透问题研究进展

简要回顾和总结了国内外学者对处置库中的气体形成与渗透机制,注气试验装置与试验方法,以及气体渗透特性等方面的研究成果和最新进展。研究表明,深地质处置库运营过程中会由于金属无氧腐蚀等产生以氢气为主的多组分气体,气体在缓冲/回填材料中主要以对流–扩散渗流、黏性–毛细管两相流、局部膨胀通道渗流和沿宏观裂缝渗流等4种机制渗透。为此,各国学者先后研发了恒体积渗透装置、K0渗透装置、等向应力渗透装置和三轴渗透装置等注气试验装置,采用控制注气流量速率法或控制注气压力法开展了大量注气试验,发现缓冲/回填材料的气体渗透率和特征压力等渗透特性均与其物理性质和边界条件等诸多因素有关。考虑到处置库实际运营工况的复杂性,多场(热–水–化–力)多相(固–液–气)耦合条件下的缓冲/回填材料的气体渗透特性研究将是今后的一个重要工作方向。     

水压致裂地应力测量中系统柔度影响试验研究

为了系统研究水压致裂测量中测试系统柔度的影响作用,利用新型水压致裂测试系统开展了现场试验。试验通过监测水压致裂测试过程中井口、压裂段和封隔器压力变化特征,分析了测试系统柔度对压裂参数和主应力的影响。结果表明,测试系统柔度影响会造成井口的压裂参数P_s,P_r,P_b和S_H值总体上大于压裂段对应结果。井口和压裂段的P_s,P_r,P_b,S_H之间的绝对差值分布范围分别为0～0.375,0～0.75,0.125～0.875和-0.25～0.875 MPa,相对差值分布范围分别为0～5%,0～6%,0～4%和0～5%。P_b绝对差值除受测试系统柔度影响控制外,还受地层力学性质和地应力水平影响,而测试系统柔度影响P_r绝对差值机制复杂,需要进一步补充流量数据分析。同时,利用新型水压致裂测试系统,提出了准确获取关闭压力的新方法——关闭试验法。试验数据表明,关闭试验法能有效消除测试系统柔度和管路摩...     

Design and development of large-scale in-situ PRACLAY heater test and horizontal high-level radioactive waste disposal gallery seal test in Belgian HADES

In Belgium,the Boom clay was selected as a potential host formation for the disposal of high-level radioactive waste（HLW）.To demonstrate the suitability of Boom clay for bearing thermal load induced by the HLW,a large-scale in-situ heater test,called PRACLAY heater test,will be conducted in the underground research laboratory（URL） in Mol.Owing to the limitations of the test（a short period of time compared with that considered in a real repository,different boundary conditions,etc.）,the test is designed to simulate,in a conservative way,the most critical state and phenomena that could occur in the host rock.The PRACLAY gallery was excavated at the end of 2007;the heating phase will begin in 2010 and will last for at least 10 years.The PRACLAY gallery itself leaves an opportunity to study the possibilities of sealing a disposal drift in Boom clay and testing the feasibility of hydraulic cut-off of any preferential pathway to the main access gallery through the excavation damage zone（EDZ） and the lining with a seal in a horizontal drift（horizontal seal）.Indeed,this is a generic problem for all deep geological disposal facilities for HLW.An annular seal made of compacted swelling bentonite will be installed in the front of the heated part of the PRACLAY gallery for these purposes.This paper provides detailed considerations on the thermo-hydro-mechanical（THM） boundary conditions for the design of the PRACLAY heater test and the seal test with the support of numerical calculations.It is believed that these important items considered in the PRACLAY heater test design also constitute key issues for the repository design.The outcome of the PRACLAY heater test will be an important milestone for the Belgian repository design.     

引汉济渭工程秦岭区深埋隧洞地应力场研究

为了研究引汉济渭工程中秦岭深埋隧洞地应力分布规律,以便为隧洞设计及施工提供依据,在重要工程部位进行了三维水压致裂法的地应力测试工作。测试结果表明:测试部位最大水平主应力为19.5～31.4 MPa,大于自重应力,说明地区是以水平应力场为主导;最大水平主应力方向集中为NW～EW向。结合实测结果及隧洞围岩力学参数可知,工程测试区域隧洞洞身段属于高～极高应力区。最后,从地应力的角度讨论了隧洞轴线的选择,并采用常用的Russenes判别法和Turchaninov判别法对洞室围岩进行了施工期岩爆预测分析。     

某核电厂中低放固体废物整备工艺辅助系统的优化改造

中低放固体废物整备工艺辅助系统是中低放固体废物整备的配套子系统,其运行直接影响装备的整体安全。本文在分析某核电厂现有中低放固体废物整备工艺辅助系统安全隐患的基础上,从工艺流程设计和设备选型入手,通过对拆包设备、输送设备、搅拌设备及配套设备等的优化改造,设计了一套自动化工艺辅助系统。该系统可实现全流程工序作业,保障特种水泥在拆包、输送、搅拌及下料等方面的自动化操作,并配备了自动化同步收尘和安全识别系统,不仅能避免因人工操作不慎造成的水泥包泄漏等问题,改善作业环境及降低工作强度,还能对整个操作流程进行实时监控。     

The Beishan underground research laboratory for geological disposal of high-level radioactive waste in China: Planning,site selection,site characterization and in situ tests

With the rapid development of nuclear power in China, the disposal of high-level radioactive waste (HLW) has become an important issue for nuclear safety and environmental protection. Deep geological disposal is internationally accepted as a feasible and safe way to dispose of HLW, and underground research laboratories (URLs) play an important and multi-faceted role in the development of HLW repositories. This paper introduces the overall planning and the latest progress for China's URL. On the basis of the proposed strategy to build an area-specific URL in combination with a comprehensive evaluation of the site selection results obtained during the last 33 years, the Xinchang site in the Beishan area, located in Gansu Province of northwestern China, has been selected as the final site for China's first URL built in granite. In the process of characterizing the Xinchang URL site, a series of investigations, including borehole drilling, geological mapping, geophysical surveying, hydraulic testing and in situ stress measurements, has been conducted. The investigation results indicate that the geological, hydrogeological, engineering geological and geochemical conditions of the Xinchang site are very suitable for URL construction. Meanwhile, to validate and develop construction technologies for the Beishan URL, the Beishan exploration tunnel (BET), which is a 50-m-deep facility in the Jiujing sub-area, has been constructed and several in situ tests, such as drill-and-blast tests, characterization of the excavation damaged zone (EDZ), and long-term deformation monitoring of surrounding rocks, have been performed in the BET. The methodologies and technologies established in the BET will serve for URL construction. According to the achievements of the characterization of the URL site, a preliminary design of the URL with a maximum depth of 560 m is proposed and necessary in situ tests in the URL are planned.