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。     

渤海海峡及周边地应力分布规律与应力积累研究

 为研究渤海海峡及周边表层、浅表层地应力分布规律的异同及区域应力积累程度,以通道中轴线上布设的5个浅钻水压致裂数据为基础,结合收集的周边区域深钻数据,建立了海峡处表层、周边区域浅表层应力参数随深度分布的离散点图,计算出了各参数与深度的回归公式,研究表明, 和 两个水平主应力与深度符合线性关系式, , , 三个侧压系数与深度符合双曲关系式, , , 三个比值参数与深度的双曲线关系不明显,总体上更接近于线性分布。对比研究表层、浅层的回归公式发现,两者的水平主应力回归公式差异显著,侧压系数回归公式差异较小,比值参数的回归公式基本一致,揭示基于工程的表层应力测量数据也可以用于脆性地壳的应力积累与地震活动性分析中。分析区域能量积累状况,提出对于 的浅部逆断点,需结合 的值综合确定其能量积累程度;测点的 , 值综合研究后认为渤海海峡19个表层测点及周边86%的浅层测点处于中低水平的应力积累中,地壳稳定性高;京津唐地区的部分测点应力积累水平较高,地壳稳定性差,需要密切关注,但对跨海通道工程的影响不大。取得的认识对环渤海区的构造应力场、断裂活动性研究及通道工程的建设具有重要的参考意义。     

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。     

尼泊尔上塔马克西水电站三维地应力测试分析

采用三维水压致裂技术对尼泊尔上塔马克西水电站站址地应力进行细致的测试。与国外同期同一区域的测试数据对比,该测试结果更为准确,测试方法更有效。测点处最大主应力1=17.00 MPa,方向近NS向,倾角较小,近似水平作用;中间主应力2=13.39 MPa,近EW向,倾角小,呈水平作用;最小主应力3=8.07 MPa,其作用趋势向下,体现出地壳应力和自重应力共同作用的结果。按照强度应力比评定标准可知,该工程区域为中等偏高应力状态;根据测试结果计算应力张量特征参数,结果显示该区域地应力场呈现压剪特征,且较大的剪切作用是该区域地质构造活动频繁的主要原因之一。测试工作有助于准确把握工程区域应力状态,同时也为研究喜马拉雅山脉南麓的地壳运动及断层活动性提供极为重要的科学依据。     

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。     

广西盆地东北部的地应力分布特征

贵广高铁广西段位于广西盆地东北部,是连接"一带一路"的高速通道,为查明研究区的地应力分布特征,为隧道的设计提供基础资料,在广西5个不同地区开展了8个钻孔的水压致裂地应力测量工作,结果表明:研究区内最大水平主应力S_H方向主要表现为NNW-NWW,这与华南区域应力场相一致;S_H和最小水平主应力S_h的梯度小于全国平均地应力梯度。在深度小于300 m的范围内,三向主应力相对大小以S_HS_hS_v为主,在这种应力状态下有利于逆断层的活动;在深度大于300 m的范围内,三向主应力相对大小以S_HS_vS_h为主,在这种应力状态下有利于走滑断层的活动,这种应力状态与研究区以逆断兼走滑的断层结果较为一致。研究区侧压力系数的值和μ_m值(最大剪应力与平均主应之比)均表明测区内断层处于稳定状态,这与研究区属于构造稳定区的研究结果相一致。     

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。     

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。     

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。     

北岭煤矿地应力测量及其特征分析

为弄清北岭煤矿浅部应力状态及分布特征,采用空心包体应力解除法进行地应力测量。结果表明:该区的地应力以水平构造应力为主,且均为压应力;最大主应力位于近水平方向,为近东西向;各测点均有两个主应力接近水平方向,另一个主应力接近垂直方向,垂直主应力值基本等于自重应力;位于近水平面内的两个主应力值相差较大,三个测点近水平面内的两个主应力的比值分别为1.83、1.88、1.84;在同一平面内,地应力的大小和方向没有出现突变现象,说明矿区的地应力场比较均匀。此次地应力测量为矿区进行围岩稳定性分析及开挖设计科学化提供了理论依据。     

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。     

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。     

引汉济渭工程黄三隧洞地应力测试研究

通过地应力现场测试,研究引汉济渭工程黄三隧洞地应力场特征。首先介绍水压致裂法基本原理,然后分析现场测试结果得到了水平主应力量值和最大水平主应力方向,讨论了地应力场特征及地应力对隧洞轴向选择的影响。测试区域内,地应力属于中低应力水平,σ_Hσ_hσ_Z;地应力方向在浅部符合河谷区应力分布一般规律,深部主要受区域构造应力场影响。从地应力角度分析,隧洞轴线选择方向对围岩稳定较为有利。     

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。     

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.     

缓倾层状隧道围岩挤压变形分级与控制分析

针对高地应力环境下缓倾层状隧道围岩的挤压变形问题,以云南昭乐高速轿顶隧道为工程背景,通过已开挖洞段底板的水压致裂试验,反演了初始地应力场;基于强度应力比大变形分级标准,对围岩挤压变形情况进行了预测分析;最后结合现场围岩变形破坏特征,探讨了深埋缓倾层状围岩挤压大变形的控制措施。研究表明:在测量深度范围内,水平主应力和垂向应力均随深度线性增加,最大水平侧压系数为1.52~1.80,最小水平侧压系数为0.91~1.10,即工程区内水平应力占主导作用,且最大水平主应力方位为NW294°,与区域构造应力场主压应力方向基本一致;测试区段内围岩的强度应力比均小于4,即围岩初始地应力均处于极高地应力状态;强度应力比计算结果表明,围岩的变形以轻微(Ⅰ级)至中等(Ⅱ级)大变形为主,但考虑到缓倾层状节理发育,且部分区段围岩极为破碎,有很大可能出现强烈(Ⅲ级)大变形;双层初支与注浆加固能有效控制拱顶沉降与仰拱隆起。     

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...