正交各向异性岩体钻孔周围应力分布的应力变分法分析

利用孔径变形法和孔壁应变法测量地应力必然涉及到钻孔周围岩体应力的分布规律,由于各向异性岩体孔周应力的分布复杂,很难用求解偏微分方程的方法得到应力分布的解析表达式,而应力分布又影响着地应力分析结果的准确性。通过构造应力函数,采用应力变分法对钻孔周围的应力进行求解,为准确分析各向异性岩体的地应力提供理论基础。     

二十年岩体应力现场实测研究

本文介绍了几个现场应力量测实例,并将其划分为三种类型:低强度岩体中应力;高强度岩体中应力;高应力地区岩体中应力。被测岩体包括各种各样的沉积岩、火成岩和变质岩,它们的杨氏模量介于1—105 GPa。用于应力解除的最深钻孔为90.7m。根据上述实测结果及简单分析计算,归纳出初始应力在地壳浅部分布的一般规律,论述了初始应力与岩石杨氏模量的关系及其对岩体工程的影响。     

单孔三维地应力测试原理及其应用

近些年水压致裂原生裂隙地应力测试理论和实践得到了一定的发展。本文详细介绍了水压致裂单孔三维地应力测试的基本原理,阐述了在钻孔内选择2条以上原生裂隙段进行重张试验的测量,或者在完整岩体水压致裂测试的基础上,结合2条或2条以上原生裂隙段进行重张试验的测量,就可确定岩体的三维地应力状态;并将该方法应用到了某国外水电站调压井部位的钻孔应力测试中,较为准确的确定了该工程区域的三维应力状态。该方法原理清晰,操作简单经济,具有较为广泛的工程应用前景。     

影响工程岩体原岩应力状态的地质因素

工程实践表明,岩体应力量测结果主要受以下两类因素的控制与影响, 1.应力量测方法的稳定性与可靠性。不同的应力量测方法不仅具有相应的适用条件,而且具有不同的稳定性及量测精度; 2.各类地质因素的影响。由于受复杂的地质因素影响,岩体中存在极其复杂的非均匀分布的应力场。除区域性构造应力或构造残余应力的作用外,这些影响因素一般包括:地形;剥蚀作用及岩浆岩的侵入挤     

WRM-3型钻孔多点位移计的结构原理与应用

本文介绍WRM-3型钻孔多点位移计的设计思想、量测原理、结构特征及其在坚硬完整岩体和软弱破碎岩体中的实测结果。     

北京房山花岗岩体AE法应力测量研究

一、前言原地应力测量越来越受到地学界和工程界的重视,因为它是我们了解地壳岩石中应力状态最为直接的手段。尽管目前地应力测量方法已发展到相当完善的地步,例如应力解除法可精确地测出浅部岩体中的应力状态,而水压致裂法可测定地下5km的应力状态,但因其庞大的测量设备以及昂贵的费用限制了其广泛应用。较为理想的方法是在地下深部拟测应力处采取定向岩芯,在实验室进行实验取得原地应力。这类方法的研究和应用有岩石     

水压致裂技术测试底板岩体张开型临界应力强度因子

利用断裂力学进行突水判别,必须求出临界应力强度因子。由于岩体结构复杂,很难获取符合临界应力强度因子测试的岩样。文中对水压致裂技术进行了断裂力学解释,建立了断裂力学模型,应用叠加原理推导了临界应力强度因子的计算公式。并应用这一结果,对葛店煤矿水压致裂测试底板原位地应力资料进行了分析,求得底板岩体的临界应力强度因子。      

裂隙,岩溶含水层疏排水钻孔的爆炸洗孔试验研究

在裂隙,岩溶裂隙含水层水文地质条件研究基础上,根据炸药在水中原理,介绍了控制炸药爆炸能量和孔内爆炸方法,达到对岩体的爆炸致裂以及对原储导水裂隙的冲刷作用,提高了地下工程中钻孔或水源井的疏排效率,同时又保护站孔孔壁不被破坏。     

利用室内和现场水压致裂试验联合确定地应力与岩石抗拉强度

钻杆式水压致裂原地应力测试系统的柔性会影响最大水平主应力的计算精度。利用空心岩柱液压致裂试验获得的岩石抗拉强度来取代重张压力计算最大水平主应力是降低钻杆式测试系统柔性的负面影响的重要途径。在福建某隧道深度为65 m的钻孔内开展了8段的高质量水压致裂原地应力测试,随后利用钻孔所揭露的完整岩芯开展了17个岩样的空心岩柱液压致裂试验。利用空心岩柱液压致裂所得的抗拉强度平均值为8.40 MPa,与经典水压致裂法确定的岩体抗拉强度8.22 MPa接近。对于20 m的范围内8个测段的原地应力量值,最小水平主应力平均值为8.41 MPa,基于重张压力P_r的最大水平主应力平均值为16.70 MPa;基于空心岩柱抗拉强度的最大水平主应力量值平均值为16.88 MPa,两种方法获得的最大水平主应力平均值基本一致。最大最小水平主应力与垂直主应力之间的关系表现为σ_H > σ_V > σ_h,这种应力状态有利于区域走滑断层活动。通过对比分析可知,对于钻杆式水压致裂原地应力测试系统,当测试深度小且测试系统柔性小时,基于重张压力和基于空心岩柱抗拉强度得到的最大水平主应力量值差别不大,这说明基于空心岩柱的岩石抗拉强度完全可以用于水压致裂最大水平主应力的计算,同时基于微小系统柔性的水压致裂测试系统获得的现场岩体强度也是可靠的。      

裂隙岩体应力与渗流关系研究

本文讨论了裂隙岩体中应力与渗流之间的关系，提出了考虑岩体中应力作用的方向性的应力与渗流关系式、透压力与裂隙变形的关系式以及裂岩体尖力场与渗流场耦合模型。     

压磁套芯三维原地应力测量研究

压磁套芯解除法是20世纪50年代开始发展起来的原地应力测试技术。为了实现在单一钻孔中进行三维地应力测量研制了单孔全应力计。在简单介绍压磁全应力计结构和计算原理的基础上,通过现场测试,对在锦屏二级水电站地下厂房洞群区压磁套心解除3孔交汇法三维地应力测量和单孔三维地应力测量及水压致裂地应力测量进行了比较分析研究。测量结果表明,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,最大主应力为11 MPa左右,作用方向NNW基本近水平;在探洞深部地应力应力值较高,最大主应力为40 MPa左右,作用方向近直立;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。通过三种方法测量结果的对比分析,说明压磁套心解除单孔三维地应力测试技术与压磁套心解除3孔交汇法和水压致裂地应力测试技术具有相同测试精度。     

In-situ rock stress measurement from rock cores using the acoustic emission method and deformation rate analysis

In this study the possibilities of the acoustic emission (AE) technique and deformation rate analysis (DRA) were investigated to measure in situ rock stress. The rock cores were obtained from three vertically drilled exploratory boreholes from the surface and one borehole drilled from within an underground coal mine. The AE method was found to determine in situ rock stress with reasonable accuracy using AE signatures in repeated loadings of a rock core specimen. Based on the results of in situ stress estimation from the AE method, the time interval, up to seven years, did not strongly influence the previous stress determination using the AE method. Cored rock recollected the in situ stress condition reasonably well (within ±10%), when compared to the results from over coring and hydraulic fracturing technique. Also, there was significant correlation between overburden pressure and estimated vertical stress from the AE method.     

Approaches to stress monitoring in deep boreholes for future CCS projects

There is no monitoring technology available to observe possible changes of stress in the rock mass of a CO₂ reservoir or its cap rock formations. Any development of a stress-monitoring technique must be related to the natural regional stress conditions and must be adjusted to the possibly changing in situ stress conditions due to CCS activity. As a step towards an in situ stress-monitoring probe, a lab scale device was developed and used for investigations on the practicability of a hard-inclusion tool for stress monitoring. In situ stress conditions, as deduced from the Altmark Gas Field, were applied to evaluate the efficiency and the limits of this stress-monitoring technique. At lab-scale the applied stresses resp. stress differences with moderate amounts of 9?C15?% of the vertical stress component Sv coincide sufficiently with the resulting strain answers of the hard inclusion tool (i.e., a steel tube corresponding to the liner in the borehole). Therefore, it was possible to re-calculate the stresses and to compare them with the applied ones. The resulting coincidence, however, can be disturbed at high pressure levels due to rock failure around the borehole with extended deformations. In addition, the results are influenced by the mechanical behaviour of the surrounding rock mass type. Nevertheless, a further development of a hard inclusion probe for monitoring of stress changes in deep boreholes can be successful and may be the only possible way to detect stress changes without fracturing damages in deep boreholes.     

桃子垭深埋特长隧道地应力预测及复核

深埋特长隧道工程的高地应力问题越来越受到重视,如何准确高效地确定工程区地应力状态,是目前关注的重点和难点。针对深埋特长隧道地应力状态的确定问题,我们提出了基于多源数据的初始原地应力方向综合确定和应力量值预测及复核的综合解决方案。通过勘察阶段有限钻孔的地应力测试,并结合区域多源地应力资料,可以综合确定地应力方向并利用修正的Sheorey模型预测隧道轴线地应力;针对预测结果,在隧道开挖施工过程中,进一步利用有限钻孔的水压致裂地应力测试检验预测结果并复核隧道应力状况。结果表明,桃子垭隧道水平最大主应力方向为N15°W~N40°W,实测三向应力关系为S_H≥S_v＞S_h;钻孔附近的应力预测值在区域实测应力量值变化范围内,隧道埋深最大处的水平最大、最小应力值分别达24 MPa和16 MPa;隧道施工过程中的4个钻孔应力量值复核结果显示,除了局部受到岩性变化、断裂破碎带等影响出现偏差,本文预测结果与实测应力量值基本一致。笔者发展的原地应力综合预测及复核方法,一方面可以快速有效地预测深埋特长隧道等线状工程的原地应力状态,有效降低初始勘察阶段地应力测试成本,另一方面,应力量值的复核保证了应力预测结果的可靠性,可以为隧道施工方案的及时变更及预算调整等提供有力依据和数据支撑。     

地下洞室围岩应力的测量研究

介绍了在地下洞室不同方向的钻孔中，采用水力劈裂技术进行的原位地应力测量。结合广西全州天湖水电站，广州抽水蓄能电站和广西龙滩水电站的实测结果，分析研究了地下洞室围岩应力的分布状态及影响围岩应力分布的主要因素。     

测定岩石经历的最高古应力状态实验研究

当前国内外尚无测定三维古构造应力场的理想方法.提出了一种新方法: 从待测地点取大岩心或新鲜石块, 从6个以上方向取岩石试样, 每方向至少10个试样, 以声发射的广义抹录不净现象, 测定岩石经历的各主要构造运动期的最大主应力值.而后, 统计出岩石记忆的最高古应力状态的最大主应力值σ_mt.由于岩石对最高古应力状态在各取样方向的正应力σ_mn尚有记忆, 只不过隐藏于各期较低古应力状态的最大主应力值之间, 不易区分, 故以σ_mt为目标, 通过“AE反演搜索法”, 则可将隐藏的各σ_mn搜索出来, 从而计算出岩石经历的最高古应力状态.以准平面应力状态模拟实验检验了该新方法的可行性.      

原岩应力与煤层底板隔水层阻水能力的关系

介绍了水力压裂应力测量的原理和现场测量结果,论述了煤层底板隔水层带的阻水机理和承压水沿煤层上升的机理,以及原岩应力、水压与裂隙扩展的关系。指出对于厚底板隔水层,原岩应力起着阻止底板承压水上升和突出的作用,对于薄底板隔水层,原岩应力起着破坏底板、导致承压水突出的作用。      

水压致裂应力测量系统柔性分析及其对深孔测量的影响

在中国大陆范围内广泛使用的钻杆式水压致裂测试系统由6个部分组成,分别为压力流体控制系统、高压水泵、动力系统、数据记录系统、跨接式封隔器和钻杆系统。该套测试系统又可以分为两类,一种是针对孔深<100 m的浅孔测试系统,一种是针对孔深>100 m的深孔测试系统。对于钻杆式水压致裂系统,钻杆、连接管线以及钻孔变形对系统柔性影响均极微小,封隔器变形和压裂液压缩性是主要影响因素。当测试深度小于100 m时,测试系统柔性主要受封隔器变形和系统压裂液压缩性控制;而当测试深度大于100 m时,测试系统柔性主要受系统压裂液压缩性控制。对于深孔测试,钻杆式水压致裂测试系统柔性过大,会影响重张压力Pr0的准确确定。为了消除系统柔性对深孔测试的影响,可以通过其他方法来确定实验段岩体抗拉强度Tfh,进而确定最大水平主应力SH,或者通过其他方法来直接估算SH。在未来的研究工作中,开发井下传感器和井下流量计将是从根本上消除测试系统柔性影响的一条可靠途径。     

巷道围岩稳定性的判据及岩石分类

本文通过套筒致裂法测试巷道围岩应力及力学性质,并以此进行围岩稳定性分析和分类;提出了巷道围岩稳定性判据以及巷道围岩分类的原则;介绍了本稳定性分析方法在若干煤矿巷道围岩及立井井壁应力测试地点的应用。     

成兰铁路地应力测量与构造应力场分布规律研究

成兰铁路位于青藏高原东部边缘高山峡谷区,由于印度板块与欧亚板块碰撞,区域内构造变形强烈,构造应力场十分复杂。为研究成兰铁路工程区地应力分布规律及断层稳定性,在铁路沿线茂县、松潘县以及宕昌县境内4个深孔水压致裂地应力测量基础上,获得了不同位置区域地应力实测值的大小和方向,并建立工程区应力参数随深度分布规律。分析表明:工程区应力随深度变化呈现出较好的线性关系,在测试深度范围内,水平应力普遍高于垂直主应力,地应力值总体上属于中—高地应力级别,在750 m深度内,最大水平主应力达25 MPa,反映出工程区构造应力占主导地位,侧压系数随深度呈缓慢衰减趋势。成兰铁路在不同构造单元上最大水平主应力方向有所不同,在东昆仑断裂以北甘南块体内,最大水平主应力为北北东向,在东昆仑断裂以南川青块体内最大水平主应力为北西向。根据实测的地应力数据并结合库伦滑动摩擦准则,对工程区内的断层稳定性进行了分析。文中取得的认识对成兰铁路工程区的构造应力场、断裂活动性的研究以及隧道工程的建设具有重要的参考意义。