高地应力硬岩大型洞室群围岩变形破坏与岩石强度应力比关系研究

岩石强度应力比是表征围岩稳定性的重要指标之一。研究围岩变形破坏与强度应力比的关系,揭示二者间的规律性联系,对高地应力硬岩大型地下洞室群围岩稳定性控制具有重要意义。以具典型高地应力特点的锦屏一级水电站和猴子岩水电站2个硬岩大型洞室群为研究对象,首先系统梳理了2个工程的围岩岩性、岩石强度和初始地应力等工程地质条件,并详细统计了洞室群施工期围岩破坏类型和数量;通过对地下洞室群围岩的岩石强度应力比进行分区,并结合围岩140多个破坏现象和发生部位,建立了高地应力硬岩大型洞室群围岩变形破坏与岩石强度应力比之间的联系;采用不同的初始地应力分级标准,并结合洞室群围岩破坏特征,验证了基于强度应力比修正的地应力分级标准对高地应力硬岩洞室群的适用性,揭示了围岩应力诱导型破坏随岩石强度应力比的变化规律。研究成果有助于今后高地应力条件下硬岩大型地下洞室群施工期围岩破坏类型预测,并为提出具有针对性的施工期围岩稳定控制措施提供参考。     

基于地应力实测与能量判据的深埋隧道岩爆预测

根据巴基斯坦N-J水电站TBM引水隧洞地质构造和岩体赋存状况,采用套孔应力解除技术对深埋TBM隧道进行了现场地应力实测,进而依据地应力场分布差异将其分为构造和非构造应力影响区。岩石力学室内试验结果表明:砂岩的储能极限对卸载速率不敏感,在一定初始围压下基本为定值。在此基础上,从岩爆能量角度采用数值模拟分析揭示深埋隧道围岩能量分布变化规律,预测不同埋深、不同地应力场条件下隧洞岩爆的级别及规模范围。研究成果可为深部地下工程岩爆的预测提供一种新的思路。     

深埋隧洞连续爆破开挖围岩应力演化规律

针对高地应力赋存环境下深埋隧洞连续爆破开挖过程,采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件模拟分析了围岩应力演化规律。通过对比分析准静态地应力重分布、地应力重分布与爆破荷载耦合作用2种工况,获得了高地应力赋存环境下深埋隧洞连续爆破开挖推进过程中的围岩应力演化规律及影响因素:深埋隧洞围岩主要表现为高地应力作用下的剪切破坏,隧洞连续爆破开挖卸荷过程中地应力重分布是洞壁远区围岩应力场改变的主要原因,炸药爆炸产生的爆破荷载只对炮孔附近的围岩应力产生影响,使炮孔附近围岩产生爆破张拉损坏。就本算例而言,连续爆破开挖卸荷只对掌子面后方约4 m范围内围岩产生影响,连续2个循环进尺后隧洞围岩应力场基本趋于稳定。     

乌东德水电工程河谷地应力场分布规律

以乌东德水电工程坝址区300个实测数据为依据,辅以数值回归分析,对乌东德坝址河谷应力场分布规律进行了研究.研究结果显示:乌东德河谷断面可划分为应力释放区、过渡区和应力方向稳定区;应力方向稳定区最大水平主应力方向与近坝断层和区域控制性断裂接近,与近场区地震构造应力场不同.通过对比乌东德坝址河谷和对称河谷应力场分布特点,发现乌东德坝址河谷具有河床和坡脚高应力区、岸坡岩体呈“驼峰”应力分布等对称河谷应力分布特点;受乌东德河谷形态影响,河床和坡脚高应力区呈现非对称性,山体高耸岸坡侧高应力区分布范围较广;两岸岩体“驼峰”应力曲线“尾部”未稳定.     

水压致裂试验过程中自然电位测量研究

水压致裂测试技术起源于石油的增产,现已发展成为测量地壳应力的一种有效方法。近年来,为实现热干岩发电,该技术也用来制造人工热交换面。为研究水压致裂过程中裂缝的扩展机制,在北京市房山区花岗岩体中开展大流量水压致裂试验。试验是在一个深301 m的新鲜完整的岩石压裂孔中进行的。在注水孔周围200 m×200 m的范围内,间距25 m呈网格状共布置49个自然电位测点,压裂过程中,对注水孔周围电位的变化进行测量。在压裂孔中深110～140 m内选取3段没有天然节理的部位进行水压致裂。测量结果表明,在图域内自然电位异常呈现椭圆形分布,随注水流量增大异常值增大。正的椭圆形异常有2条长轴线,一条轴线相对另一条有一定的扭转,它们的方向与裂缝和节理的方位一致,水流入裂缝和天然节理中。通过自然电位确定的裂缝扩展方向与水压致裂应力测量的水平最大主压应力方向一致。     

高地应力下岩石的真三轴试验研究

通过真三轴试验模拟高地应力条件下地下工程开挖引起的复杂的应力路径的演化。在设定的加载方式下，针对拉西瓦新鲜花岗岩的试验结果表明：当卸载最小主应力时，岩石发生回弹变形，声发射计数率比卸载前显著增加，增加的幅度随中间主应力的增加而逐渐提高。岩石的应力一应变关系为弹脆性，峰值强度随中间主应力的增加有所提高，峰值强度的提高值与中间主应力的比值随中间主应力的提高逐渐减小。声发射计数率峰值与应力水平有关，峰值的次数与破坏后主裂缝的条数相对应。最后，分析了岩石的破坏机制。     

水压致裂法三维地应力测量成果计算与分析的探讨

在水压致裂法地应力测量基本原理研究的基础上，通过对测量资料进行分析整理，对目前已普遍应用的三维地应力测量方法中岩壁上破裂缝方向和资料整理的计算公式进行了深入研究，并举有实例。     

深圳抽水蓄能电站地应力测试分析及其在地下硐室设计中的应用

为确定深圳抽水蓄能电站高压隧洞以及地下厂房围岩应力状态,利用应力解除法以及水压致裂法进行地应力对比测量,并通过有限元回归分析,预测包括重要工程部位在内的整个工程区岩体应力分布。最后从地应力角度,讨论地下厂房的轴线选择和高压隧洞衬砌设计方案。     

采用位移边界条件拟合初始地应力场的研究

在岩土工程初始地应力场的拟合研究中,一般根据地应力场分布的规律,在研究对象的边界上假定初始地应力场的分布模式,通过数值计算方法,利用拟合或者回归的方法逼近地应力实测值。将计算模型边界上位移看成为基本位移模式的组合,在计算模型的边界上施加位移边界条件模拟构造运动,基于地应力实测结果,拟合区域的初始地应力场。计算实例表明,该方法拟合得到的地应力结果比较准确,方法是可行的。     

非常规油藏地应力和应力甜点地球物理预测——渤南地区沙三下亚段页岩油藏勘探实例

渤南地区沙三下地层发育非常规油气藏,预测地应力及应力甜点是该类油藏勘探及评价的关键。本文提出的地应力及应力甜点地球物理预测方法结合了前人研究成果,以测井岩石物理参数分析为基础,建立地应力、破裂压力与岩石弹性参数的关系,通过多元线性回归拟合力学计算公式,并以弹性参数反演和多体融合技术为依托,实现了应力场及应力甜点的地震预测。理论研究及钻探结果均表明,渤南洼陷中部及南部的低应力区是油气成藏的优势条带,Ⅰ型和Ⅱ型应力甜点是泥岩裂缝型油藏的主要发育区,且具有页岩油产能。实际应力数据和钻探效果验证了方法的有效性,该方法可为非常规油藏勘探提供参考依据。