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。     

巷道围岩应力的套筒致裂法测试及原岩应力的推算

为了解决高岩体应力的套筒致裂法测试的难题，提出了高应力场的应力测试方法及原岩应力的计算方法。介绍了平行钻孔一套筒致裂岩体应力测试法及其基本假设与公式，给出原岩应力的计算方法，讨论与分析了岩体应力的量测结果。     

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。     

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。     

采用有限元法对川西北某隧道地应力分析

采用水压致裂法和应力解除法,对川西北某隧道应力进行实测和分析,得到了各测点原岩应力的大小和方向。结果表明,水平主应力为第一主应力,构造应力在测试区域内占优势,区域应力场类型为σ_Hσ_vσ_h型应力场;测试区域开挖影响区内、外最大主应力优势方向为NWW向,可代表测点周边一定范围内岩体地应力状态,为未来该区的工程建设提供一定依据。     

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。     

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。     

水压致裂三维地应力场确定实例分析

以某水电工程地下厂房区地应力测量的实例,介绍3孔交汇水压致裂法三维地应力测量方法及测试结果,并联系地形地貌及区域构造条件分析测试结果的特征,也从应力场角度对地下厂房轴线的选择作出评价。     

基于高效保角变换的单个复杂洞室围岩应力场解析解研究

 基于高效的、边界点搜索的地下洞室外域映射函数解法,以及柯西积分公式和弹性力学中的复变函数解法,简化并总结求解单个复杂洞形围岩应力场解析解的一般性步骤,推导出势函数的解析表达式,然后根据应力组合的复势表达式求解出各应力分量的解析表达式。在映射函数已知的情况下,利用该表达式能够快速精确地求出任意复杂形状洞室的围岩应力场解析解。通过与数值计算结果相比较,得出该解析解法能够计算出更为精确的应力场,并且求解效率很高。同时,求解直臂马蹄形洞形平面问题的应力场解析解,分析在3种不同远场应力情况下的应力集中情况。最后,结合锦屏一级水电站主厂房的实际情况,求解出开挖后的围岩应力场解析解。     

地下压气储能圆形内衬洞室内压和温度引起应力计算

地下压气储能岩石内衬洞室内,不断变化的气体内压和温度引起的应力场是关乎洞室稳定性、耐久性的重要因素,由此提出了一种计算气压和温度引起应力变化的解析方法。将内衬洞室考虑成由密封层、衬砌和围岩组成,首先建立了洞室温度和气压求解的控制方程;利用拉普拉斯变换和叠加原理得到每个循环内洞室温度和气压随时间的变化;采用热弹性模型得到内压和温度引起的应力场。基于解析方法,给出了典型循环周期内洞室应力变化情况;接着通过一个热-力以及洞室气体耦合求解的数值模型以及不考虑密封层和衬砌的温度场解析方法来验证本文方法;最终探讨了温度对总应力的影响程度,以及不同换热系数的影响。结果表明：本文方法是可行的;温度和内压引起的密封层和衬砌内环向拉应力非常大;温度对于压气储能洞室有着不可忽略的作用,温度对于环向和纵向应力的影响程度要大于对径向应力的影响;换热系数对应力变化影响很大。     

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。     

应用水压致裂法测量三维地应力的几个问题

以新疆某抽水蓄能电站地下厂房区地应力实测资料为基础,探讨了当前应用水压致裂法测量三维地应力存在的几个问题,提出了孔壁出现倾斜水压破裂时计算三维地应力的简便方法,并对水压致裂三维地应力测量方法的应用前景进行了讨论。     

晋城矿区地应力场研究及应用

 随着矿井开采深度与强度的不断增加,地应力对围岩变形与破坏的影响更加突出,在煤矿矿区进行地应力测量,并分析地应力场分布特征具有重要意义。在晋城矿区,采用小孔径水压致裂地应力测量装置,进行10个煤矿、62个测点的二维与三维地应力测量。实测数据表明：晋城矿区原岩应力以水平应力为主,构造应力占绝对优势,属于典型的构造应力场类型;地应力值属于中等水平;矿区东部与西部水平主应力方向变化较大,主要原因是受晋获褶断带的影响。基于实测数据,绘制晋城矿区地应力分布图;采用回归方法分析地应力随埋藏深度的变化规律;论述水平主应力与垂直主应力的比值同埋藏深度的关系,并与霍克–布朗包线进行比较。选择典型矿井,将地应力测量结果应用于巷道布置与支护设计,根据地应力场分布特征提出合理的巷道轴线布置方向,并在井下应用中得到验证。井下地应力测量为晋城矿区提供了可靠的基础数据,对指导矿区井田开拓、巷道布置与支护设计、采煤方法的选择等工程实践具有重要参考价值。     

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。     

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。     

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。     

利用地应力实测数据讨论地形对地应力的影响

首先详细描述了研究区域内2个钻孔的水压致裂地应力测试结果，包括测试段深度、最大和最小水平主应力的量值以及诱发破裂的印模定向试验结果。此外，还对测区内地质构造、地形地貌条件以及地层岩性进行了简要的介绍。经过对地应力测试结果以及相关数据的初步分析，发现对于相距仅280m左右的2个钻孔，其地应力状态及其分布规律存在较大的差异。为此，结合三维有限元数值模拟技术，对研究区域的地应力赋存状态和分布规律进行了更为详尽的分析，进一步研究和讨论了地形条件对地应力状态的影响和控制作用。     

基于岩芯非弹性应变恢复量测定的深孔三维地应力测试方法

 虽然存在各种地应力测试方法,但并没有一个比较完善的方法测量较大深度条件下主应力的大小和方向。所以,在以科学研究为目的的钻井工程中,最好能够结合钻孔法和岩芯法得到三维地应力的大小和方向。叙述一个新颖而且有效的岩芯地应力测试法——非弹性应变恢复量测定法的基本原理、实验技术和基本操作程序;并给出其在科学钻探工程中的一个具体应用实例。测试结果表明,非弹性应变恢复量测定法对于测试三维地应力的主方向和估测主应力的大小有较大的实用价值。特别是在某些较大深度钻井的条件下,如在应力释放法及水压致裂法都无法实施,或者需要一些其他测试方法来补充一些不足或来增添其测试结果的可信度的时候,此方法的应用价值更高。     

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).     

川西北跨度23 a的原地应力实测数据特征及其地壳动力学意义分析

 研究区位于龙门山断裂带北段的中央断裂带和前山断裂带之间,该区地质结构主要为准原地体系和逆冲推覆体系,岩性以志留系下统的泥岩、粉砂泥岩分布最广,遍及全区。为了满足该区一工程建设的需要,在研究范围内开展了4个钻孔的水压致裂原地应力测量工作,测试时间跨度达23 a。测试数据显示,虽然测试时间跨度达23 a,但是原地应力状态基本没有变化,研究区最大水平主应力方向的优势方向为N24.4°W,最大、最小水平主应力随深度线性增加的梯度分别为0.036和0.025。基于实测数据计算的特征参数kH max,kh min,?m和R在23 a内没有变化。该区域位于龙门山断裂带中央断裂的下盘,为被动盘,断层活动性和地震活动性都极其微弱,这种特殊的区域地壳动力学条件决定了研究区稳定的区域应力场特征。通过与以往研究成果的对比分析可知,?m较好地反映了该区域地壳的应力积累能力,即从应力积累的角度反映了区域断层的强度,这一研究与以往研究成果十分吻合。在未来的研究中,或许可以利用实测应力资料计算的?m值,再结合区域断层和地震活动性的比较分析来评价特定区域的地震危险性。