长大深埋隧道工程区地应力状态预测与实例分析

深埋隧道工程区地应力场的预测一直是工程技术人员所需迫切解决的难题。针对此问题提出了解决方案,即利用世界应力图、中国大陆地壳应力环境数据库以及前人研究成果可获得工程区应力场方向的初步认识,同时还可以利用Anderson断层力学理论分析工程区可能的主应力方向。在获得原地应力实测资料后,利用较为翔实的工程地质资料基于Hoek-Brown强度理论估算工程区范围内的岩体强度,然后利用修正Sheorey模型和数值模拟手段开展工程区深埋区域的地应力状态的预测分析。某水电站工程区位于青藏高原西缘。3个钻孔的水压致裂原地应力实测数据显示三向主应力之间的关系为S_H>S_h>S_V或S_H>S_V>S_h,表明最大水平主应力占主导地位,水平构造作用力明显。实测所得到的测区最大水平主应力方向为NEE向（N70.3°—89°E）;而世界应力图给出的区域应力场方向为NE向。通过修正Sheorey模型对深埋引水隧洞沿线的工程区应力状态进行了预测,结果显示,埋深最大的地方,最大最小水平应力值分别为56.70,40.14 MPa。     

大丽线铁路隧道工程地应力三维有限元数值模拟分析

在深埋隧道的勘察钻孔中(DZ-松-1)采用水压致裂方法进行原地应力测量,确定出隧道围岩的现今地壳应力状态。结合隧道围岩的力学参数、工程地质特性等,运用三维有限元数值模拟技术对大丽线松树圆铁路隧道工程区进行了应力场模拟综合分析。给出了工程区地应力的赋存规律和基本特征。     

秦岭北缘某深埋引水隧洞应力场特征研究

岩体初始地应力场是研究地下洞室围岩稳定状况和隧洞选线的重要依据。应用水压致裂法对秦岭北缘某深埋引水隧洞应力进行测定,结果显示隧洞围岩应力等级属于中低～高应力水平,应力量值呈σ_H＞σ_h＞σ_z特征,最大水平主应力方向为近NE向,与区域构造主压应力方位接近一致。基于实测数据,对工程区应力场进行回归反演,并结合区域构造应力对隧道沿线的深埋和浅埋段应力场分布规律进行了研究,以期为引水工程的设计和施工提供参考。     

新型引水式电站中水压致裂地应力测量技术应用研究

在中国西南某新型引水式水电站工程中使用水压致裂技术开展了原地应力及相关岩体力学参数测试。结果表明,工程区现今应力场状态以NNW向挤压为主,最大主应力值为7.35～8.16 MPa,方向约为N33～52°W,倾角约26～39°。气垫调压室三维原地应力状态的最大主应力值为10.63 MPa,最小主应力为4.98 MPa;围岩岩体抗劈裂强度高值区在5.50 MPa以上,低值区为3.00～3.50 MPa。根据围岩应力分布非均匀性遵循的一般性规律,结合原地应力测量与裂隙围岩原地承载能力测试结果的各自特点,提出了利用地应力测量数据、原地承载力测试结果、弹性模量数据综合评估承压洞室围岩最小主应力的方法,给出气垫式调压室部位最小主应力综合评估值2.86 MPa。并分析了地应力状态对地下厂房、引水隧洞、气垫调压室稳定性的影响。     

赞比亚卡邦波水电站地应力场研究与分析

为了解赞比亚卡邦波水电站工程区的初始地应力场分布规律,通过水压致裂地应力测试与地应力实测数据分析,并基于有限元进行三维数值模拟与计算,对左右岸厂房区域地应力场进行了一定的识别与研究。可得:水平应力是地应力场中的主要影响因素;通过有限元三维模拟,将回归值与实测值进行对比,总体变化趋势基本一致;对左右岸厂房进行剖面插值,剖面等值线图均体现了应力值随深度增加而增大的特征,除了断层附近的应力等值线受其影响外,厂房区地应力分布规律良好。     

大坪山深埋公路隧道地应力场分布规律探讨

针对大坪山隧道埋深大、断层带穿越、围岩局部较破碎、整体稳定性差等特点,采用三维有限元法反演隧址区初始地应力场并建立三维地质模型,模拟在自重、水平方向挤压和剪切等4种工况下的构造应力场;用最小二乘法求解回归系数及实测点的计算值,与实测值应力分量对比,给出隧道洞轴线主应力等值线图,探讨隧址区初始地应力场的分布规律及影响因素,结果表明:地应力测试方法、回归公式的相关性和模型的精度、地形和地质构造、边界条件的施加方式及测点岩体质量等均会影响地应力场的反演结果。     

深埋特长公路隧道岩爆预测综合研究

岩爆预测一直是地下工程世界性难题之一。以台缙高速公路苍岭隧道的岩爆预测为例,从隧道区围岩的岩体特征和隧道区初始应力场两方面着手,通过工程地质调查研究和区域地质资料分析,对隧道区进行工程地质分类。划分隧道沿线各洞段隧道围岩类别,通过室内岩石力学试验,掌握隧道沿线围岩的物理力学特性;分析区域地震震源机制解、地应力实测资料,揭示区域构造地应力场环境。在研究过程中选取典型部位,采用水压致裂法实测工程区地应力的大小和方向。通过三维有限元反演工程区的初始应力场,在初始应力场和隧道围岩岩石力学性质研究的基础上,结合各洞段隧道断面开挖数值分析结果和现有国内外多种岩爆判别准则,对苍岭隧道岩爆发生的部位和等级进行预测,为制定合理的开挖支护方案提供依据。     

煤矿井下地质构造对地应力分布的影响

采用小孔径水压致裂地应力测量装置,在典型的急倾斜、特厚煤层矿区——甘肃华亭矿区的大型向斜构造附近进行14个测站地应力测量,以分析向斜构造不同部位的地应力变化。实测数据表明:华亭煤矿、砚北煤矿井下构造应力占绝对优势;在向斜翼部,水平应力较小;在向斜轴部,水平应力急剧增加,增加幅度远大于垂直应力;向斜构造对矿区地应力分布产生严重影响。基于山西晋城矿区的地应力实测数据,分析断层对地应力值与方向的影响。断层附近某些区域水平应力有所减小,大型断层会引起最大水平主应力方向的扭转。在实测数据基础上,采用FLAC3D数值计算软件,分析华亭矿区大型向斜构造周围地应力场分布,并与地应力实测数据进行对比。将地应力实测与数值模拟有机结合,是全面了解煤矿井下地应力场分布特征的有效途径。     

基于中国西部构造应力分区的川藏铁路沿线地应力的状态分析与预估

基于中国西部构造应力分区和地质力学迹线分析方法,利用Anderson断层力学理论分析工程区可能的主应力方向,并结合地应力数据,分析新建川藏铁路沿线的地应力场方向。基于Hoek-Brown强度理论估算工程区范围内的岩体强度,利用修正Sheorey模型对川藏铁路沿线深埋区域的地应力值进行预测分析,综合分析评价新建川藏铁路沿线地应力状态及可能导致的高地应力现象。研究结果表明,新建川藏铁路沿线区域最大水平主应力优势方向为NE向,但在东构造结附近和青藏高原东北边缘应力区,应力场方向较为复杂多变,其中东构造结区域最大水平主应力优势方向为NNW～NEE向,东构造结以东,最大主应力方向范围较大,优势方位范围20°～140°。地应力预测结果显示,考虑岩性差别,川藏铁路沿线埋深1 000 m左右时,最大、最小水平应力量值范围分别为26.19～38.41和13.88～21.81 MPa;埋深2 500 m左右时,最大、最小水平应力量值范围分别为66.44～86.48和35.02～49.11 MPa。高地应力情况下,埋深超过1 000 m时,硬质岩可能存在岩爆风险,软岩可能发生严重的大变形现象。基于中国西部构造应力分区,利用地质力学迹线分析、Anderson理论和修正Sheorey模型等方法,结合有限的实测资料,可以较好地解决线状工程的工程区应力场状态及应力量值预测问题。     

川藏铁路长大深埋隧道地应力场反演分析

西南地区山高谷深,地质条件复杂,隧道工程建设过程中面临着巨大地质灾害风险。桑珠岭隧道作为川藏铁路林芝段的主要控制性工程之一,面临着超长、超埋深诱发高地应力风险,本文通过综合分析隧道区域构造环境与现场实测数据,利用Surfer、ANSYS等软件构建隧址区三维数值模型,采用应力试算法确定模型加载的边界条件,进一步使用基于有限差分法的FLAC^3D模拟计算,获得桑珠岭隧址区范围的初始地应力场。对比分析可见地应力在方向与量值上基本吻合,且与区域构造定性分析结论基本一致。隧道轴线方向地应力场总体表现为:最大水平主应力(S_H)>垂直主应力(S_v)>最小水平主应力(S_h),最大主应力方向N30°W～N45°E。基于强度理论分析,隧道深埋段地应力较大,岩爆发生可能性较高。建议施工期间,应加强超前地质预报与监测,确保施工安全。     

深部岩盐矿地应力的确定及特征分析

针对深部岩盐矿溶腔稳定性分析及地应力场分析的要求和深部岩盐矿钻孔水溶开采的条件，结合长山岩盐矿深部地应力研究的实际情况，确定了矿区地应力测试方法、地应力测点和试样选择的一些要求：按照声发射Kaiser效应测地应力的基本原理，提出了沉积岩层非定向钻孔岩芯坐标方向建立的方法和多方向取样及地应力椭球回归分析的声发射Kaiser效应地应力测试方法。该方法根据三维空间多方向试样的Kaiser效应实验结果，采用多元非线性拟合方法确定测点地应力椭球的一般方法，再由二次正交变换确定测点地应力椭球的标准方程，以求得地应力的大小和方向。此方法能避免实验误差的较大影响。长山岩盐矿实验矿井深部地应力测试结果及分析表明，长山岩盐矿深部存在水平构造应力，最大主应力方向在离地表800m深左右由水平方向转为垂直方向；距离地表1000m左右深的岩盐层中，最大主应力一般为30MPa左右。     

超声波钻孔电视在地应力测量研究中的应用

通过一个300m和一个800m典型钻孔的实际测试结果,揭示超声波钻孔电视在地应力测量研究领域中的几个应用实例,如:岩层裂缝的检测、地应力测试段的选定、岩芯定向,特别是对水压致裂法形成的诱发裂缝和孔壁崩落的测定及分析,在地应力测量研究中将可显示出较强的优势,尤其是最大水平主应力方向的获取,更优于其它方法。并将在两个钻孔中所得结果与常用的定向印模测试结果进行了对比,取得了较为一致的成果。关于超声波钻孔电视对水压致裂法诱发裂缝的测试还未曾见过报道。最后简述了地应力数值大小的推估研究与展望。     

复杂泥页岩地层地应力的确定方法研究

掌握地层原始地应力状态是有效控制钻井过程中泥页岩地层井壁失稳的前提。在分析水压致裂法、Kaiser效应法、差应变法和多极子测井方法测量地应力的技术现状的基础上，发现利用单一方法获取复杂泥页岩地层的地应力比较困难，将多种方法组合在一起才能较好地解决问题。如果地层破裂试验层段有钻井岩芯，可通过差应变方法获得主地应力的比值；如果地层破裂试验层段没有钻井岩芯，可通过多极子测井方法得到两个水平主地应力的差值。将两个水平主地应力的相对值代入地层破裂试验的破裂压力计算模型，可分别确定出两个水平主地应力的大小。利用地层破裂试验与差应变试验组合测地应力方法和地层破裂试验与多极子测井组合测得应力的方法，分别较为成功地测试地应力。     

基于声弹理论的地应力超声测量方法

首先描述岩石的声弹理论,给出岩石的应力与弹性波波速之间的理论关系;其次利用岩石应力与弹性波波速之间的理论关系提出地应力超声测量方法,即通过测量套孔应力解除前后的孔壁超声波波速的变化,利用声弹理论反演出地应力。通过数值算例讨论地应力对孔壁超声波速的影响,其结果表明,该方法可以有效地确定地应力的大小和方向。     

基于地应力现场实测与开采扰动能量积聚理论的岩爆预测研究

高地应力诱发的岩爆灾害是目前深部地下工程经常遇到的工程地质问题。现场地应力测量是岩爆预测的重要前提,根据三山岛金矿深部测量和岩体赋存状况的特点,优化应力解除测量技术并在矿区深部进行现场实测。提出采场岩爆发生的2个必要条件,即岩石具备储备高应变能的特性和采场具备高应变能积聚的应力环境。基于地应力实测与岩石力学室内试验结果,采用多准则判据对矿区深部发生岩爆的倾向性做出定性分析与评价。FLAC3D数值模拟分析揭示深部开采引起的采场围岩能量积聚、分布状况及变化规律。首次采用地震学的知识,对三山岛金矿未来深部开采过程中可能诱发岩爆的地点和级别做出预测。研究成果为深部地下工程岩爆的预测、预报提供新的思路和途径。     

三维地应力BWSRM测量新方法及其测井机器人在重大工程中的应用

地壳上层岩体的应力状态是地壳最重要的性质之一,获取岩体应力状态最直接、可靠的手段是原位地应力测量.首先简要回顾地应力测量的研究历程及其发展现状,分析岩石力学与工程中常用的几种地应力测量方法和技术.重点介绍钻孔局部壁面应力解除法(BWSRM)这一新的三维地应力测量方法的原理,以及基于BWSRM的地应力测井机器人研制过程和...     

十年来韩国隧道施工的地应力水压致裂法测试经验

自1994年以来,韩国的土木工程师们首次接触到水压致裂法,在仪器开发、解释技法领域均有长足进展。在仪器开发方面:第一代水力致裂试验装备为管道形状,操作较为困难,之后简化到管线状,至今已研制出更加小型化、便于操作的设备。在解释技法领域也取得很多成就:水力致裂应力曲线中最难判读的龟裂闭锁压力曲线,也可以利用各种分析方法自动锁定。通过过去10a年来的探测经验,韩国已积累了国内大部分地区地应力的检测结果,而且这些参数资料一直在隧道工程的各种设计中得到应用。因此,考虑到沿岸地区的地应力测试固有的局限性,路域地区的测试资料可作为较好的参考资料,将其应用于海底隧道工程的设计当中。     

基于精细结构描述及数值试验的节理岩体参数确定与应用

岩体参数是岩体工程设计与优化的重要依据。以现场精细结构测绘为基础,借助数值计算工具,进行大样本岩体力学试验为岩体参数的确定提供了一种新思路。精细结构描述的重点在于现场地质测绘工作的细致。以统计窗为基础,结合地质素描和数码摄像技术,补充发展了一套岩体精细结构测绘的现场工作方法。以现场测绘为基础,建立岩体结构模型。同时,通过离散元数值试验与物理模型试验的对比,验证数值试验的精度,并以锦屏一级水电站为例对坝区岩体进行大样本岩体数值试验,给出应力–位移全过程曲线、应力分布、位移分布及塑性区分布等分析成果。对比发现,数值试验结果与岩体质量评价结果基本吻合,计算结果可靠。数值试验细化了岩体参数的分布特征,大样本试验将会促进工程参数风险预测和可靠度分析的发展。     

南水北调玛柯河～阿柯河段地应力场分析研究

南水北调西线工程区内工程地质条件十分复杂,初始地应力场研究是决定工程设计的重要工程地质条件.借用南水北调工程区其他的现场地应力实测资料,建立的西线各个分段沿深度线性表达的地应力概化模型,得出地应力回归方程预测区间,利用玛柯河～阿柯河段有限的两个测孔地应力资料,采用均匀试验设计,全面考虑可能影响因素,同时大大减小试验次数,以最小方差作为衡量标准,分析了该段地应力的最优回归方程,即地应力和深度的具体关系式,分析了地应力大小分布规律和地质构造、地形地貌、地震断裂带、岩石力学性质等因素的关系,并给出了第一主应力沿洞轴线分布图.