甘肃某水电站的水压致裂三维地应力测量

本文详细介绍了常规水压致裂方法的测量程序以及三孔交汇法三维地应力测量的原理。同时为查明某水电站的三维地应力状态,在厂房附近的交通洞内开展了两个测点的三维地应力测量。测量结果表明:三个主应力的大小表现为S_HS_hS_v,有利于逆断层的活动,这与测孔附近发育的逆断层相符合。最大水平主应力S_H方向为NE31°和NE33°,这与区域应力场NE向或NNE向相一致;三维应力计算结果显示,两向水平主应力接近水平,垂直应力倾角大于70°。虽然洞轴线的布线方向与最大主应力夹角过大,由于工程区为非高应力区,因此不影响洞室的稳定性。     

压磁应力计测量地应力相对变化结果讨论

本文简要介绍中国压磁应力计的电磁学和力学原理,地壳岩石中水压重复观测实验结果,以及使用它进行地应力测量的地质力学前提条件。在压磁应力计测量地应力相对变化结果中阐述了:悬空元件与受力元件测值对比;地应力变化与断层微量位移同步波动;压磁应力计与振弦应变计,体积式应变仪测量结果比较;相距十至数百公里的几个台,同期测得相似、相关的地应力变化;少震区地应力测量十分平稳,具有稳定的观测中误差;在多次地应力异常成功预测地震中发现并证实——异常主应力方向指向或转向震中区、异常主应力值较大的台站往往离震中较近,地应力趋势异常时间长短与震级大小呈线性关系。压扭性断裂力学模型解释了地应力异常主应力方向指向震中区,近震中地应力异常值大、远震中地应力异常值小等现象。由此可以证实:我们在数十米至百米钻孔中使用压磁应力计的确可测到震源应力场的变化过程,从而进行地震的时间、地点、震级的预测。     

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。     

深圳抽水蓄能电站水压致裂法三维地应力测量和分析

由于水压致裂法地应力测量的突出优点已在国内外得到广泛应用,但以往只能测量钻孔横截面上的二维应力状态。近期兴起的水压致裂法三维地应力测量,已在多个工程中得到应用。深圳抽水蓄能电站采用了3个不同方向钻孔测量法和单钻孔测量法进行了三维地应力测量,得到了很好的测量成果。其中单钻孔三维地应力测量,在近水平向和铅垂向两个钻孔中应用。三维地应力测量成果不仅得到了相应钻孔横截面上和原生裂隙面上二维应力实测值的检验,而且得到了同一位置两种不同三维地应力测量方法的相互印证,和同一个钻孔（铅垂向）中套芯应力解除法三维地应力实测值的印证。两种水压致裂法三维地应力测量成果（单钻孔测量法包含了非铅垂向和铅垂向钻孔的两种测量法）非常一致,能够代表该测量区的地应力状态。     

汶川地震后沿龙门山裂断带原地应力测量初步结果

2008年5月12日在中国四川省西部汶川发生Ms8.0地震,震中位于青藏东缘龙门山断裂带。地震发生后的4个月,沿龙门山断裂带中南段开展了原地应力测量,获得了3个测点的应力大小和方向。在3个测孔中浅部采用压磁应力解除法,深部采用水压致裂法。浅部测量结果显示,位于震中区映秀测点,水平最大主应力值为4.3MPa,最大主应力方向为N19°E;宝兴测点位于震中区西南的龙门山断裂带南段,汶川地震没有导致该段地表破裂,该点获得的水平最大主应力值为9.8MPa,最大主应力方向为N51°W;位于龙门山断裂带最西南端的康定测点,水平最大主应力值为2.6MPa,最大主应力方向为N39°E。利用水压致裂法对各钻孔100～400m深度进行了应力测量,获得了应力随深度变化趋势和应力状态。与震前其它应力测量结果和中国其它地区表层地应力测量结果比较,龙门山断裂带西南段处于相对高应力水平,震中区仍处于中等应力水平。这项研究成果将为评价龙门山断裂带余震和今后强震发展趋势提供关键构造物理参数。     

新集矿区地应力场特征研究

矿井动力现象如巷道变形破坏、煤和瓦斯突出及煤层底板突水等都与地应力密切相关。应用水压致裂法对新集矿区的原地应力进行了测量,确定原地系统深部围岩的应力状态,即原地应力的量值和方向,研究获得了矿区地应力的赋存规律和基本特征。测量结果分析表明:新集矿区地应力场以水平应力为主导,属于构造应力场类型;垂直主应力和最大、最小水平主应力均随埋深的增加呈近似线性增加;最大水平主应力与最小水平主应力的比值范围是1.01~1.29,反映新集矿区受构造作用较恒定;测压系数的范围是0.98~1.3,随深度变化不明显;新集矿区受到F10断层东西向的拉张应力,最大水平主应力方向为近EW向。最后探讨了原地系统不同构造部位地应力方向差异的原因,初步分析认为,是受到阜凤推覆体的影响。      

西周岭隧道地应力测量及岩爆预测分析

为指导施工,提高施工的安全性和经济性,对西周岭隧道进行了钻孔水压致裂法地应力测量.测试结果表明:西周岭隧道深埋段地应力场以水平应力为主,在测试深度内最大水平主应力值为10.57～19.39MPa,具中等偏高应力水平;最大水平主应力方向为近N33°W,与隧道走向的夹角较小,即地应力对隧道围岩稳定性较为有利.基于地应力实测...     

两种地应力测量方法在某抽水蓄能电站中的应用

简述了深孔套芯解除法三维地应力测量和水压致裂法测量地应力的试验方法及其在某抽水蓄能电站中的测试结果,并结合地下厂房和高压岔管区时地应力测试结果进行了分析。     

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。      

宝塔山特长隧道地应力场研究及岩爆预测

为了确定宝塔山特长隧道的围岩应力状态,采用水压致裂法进行了地应力测试,并根据测试成果,通过有限元回归分析,预测了整个隧道围岩的应力分布。测试结果表明:宝塔山隧道深埋段地应力场以自重应力场为主导,在测试深度内最大水平主应力值为2.3~8.4MPa,具中等应力水平,最大水平主应力方向为N53°E,与隧道走向的夹角较大,即地应力对隧道围岩稳定性不利。最后,根据地应力资料对隧道围岩进行了施工期岩爆预测分析,表明隧道岩爆等级为弱-中等岩爆,但在完整坚硬岩石区,发生中等岩爆的可能性比较大。     

Preliminary Results of In-situ Stress Measurements along the Longmenshan Fault Zone after the Wenchuan Ms 8.0 Earthquake

Four months after the Wenchuan Ms 8 earthquake in western Sichuan, China, in situ stress measurements were carried out along the Longmenshan fault zone with the purpose of obtaining stress parameters for earthquake hazard assessment. In-situ stresses were measured in three new boreholes by using overcoring with the piezomagnetic stress gauges for shallow depths and hydraulic fracturing for lower depths. The maximum horizontal stress in shallow depths (～20 m) is about 4.3 MPa, oriented NI9°E, in the epicenter area at Yingxiu Town, about 9.7 MPa, oriented N51°W, at Baoxing County in the southwestern Longmenshan range, and about 2.6 MPa, oriented N39°E, near Kangding in the southernmost zone of the Longmenshan range. Hydraulic fracturing at borehole depths from 100 to 400 m shows a tendency towards increasing stress with depth. A comparison with the results measured before the Wenchuan earthquake along the Longmenshan zone and in the Tibetan Plateau demonstrates that the stress level remains relatively high in the southwestern segment of the Longmenshan range, and is still moderate in the epicenter zone. These results provide a key appraisal for future assessment of earthquake hazards of the Longmenshan fault zone and the aftershock occurrences of the Wenchuan earthquake.     

Preliminary Results of In‐situ Stress Measurements along the Longmenshan Fault Zone after the Wenchuan Ms 8.0 Earthquake

Abstract: Four months after the Wenchuan Ms 8 earthquake in western Sichuan, China, in situ stress measurements were carried out along the Longmenshan fault zone with the purpose of obtaining stress parameters for earthquake hazard assessment. In-situ stresses were measured in three new boreholes by using overcoring with the piezomagnetic stress gauges for shallow depths and hydraulic fracturing for lower depths. The maximum horizontal stress in shallow depths (~20 m) is about 4.3 MPa, oriented N19°E, in the epicenter area at Yingxiu Town, about 9.7 MPa, oriented N51°W, at Baoxing County in the southwestern Longmenshan range, and about 2.6 MPa, oriented N39°E, near Kangding in the southernmost zone of the Longmenshan range. Hydraulic fracturing at borehole depths from 100 to 400 m shows a tendency towards increasing stress with depth. A comparison with the results measured before the Wenchuan earthquake along the Longmenshan zone and in the Tibetan Plateau demonstrates that the stress level remains relatively high in the southwestern segment of the Longmenshan range, and is still moderate in the epicenter zone. These results provide a key appraisal for future assessment of earthquake hazards of the Longmenshan fault zone and the aftershock occurrences of the Wenchuan earthquake.     

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。     

川西郭达山隧道水平孔地应力测量与工程意义

新建川藏铁路穿越鲜水河活动构造带,沿线构造应力场极其复杂,隧道围岩工程破坏问题突出。为了揭示该区构造应力场特征,为深埋隧道设计、施工提供基础参数,采用新型水压致裂地应力测量系统在川西郭达山隧道水平孔获得10段有效地应力测量数据,最大测量深度达508.10 m,创造了水平孔地应力测量最深记录。测量结果表明,在148.4~508.1 m测量深度范围,郭达山隧道水平孔截面上最大主应力值为3.59~13.72 MPa,最小主应力值为3.28~8.36 MPa。根据印模实验结果,除浅部钻孔截面上最大主应力倾角较大外,深部钻孔截面上最大主应力倾角近水平。根据地应力状态将0~280 m段划分为应力释放区,280~330 m段为应力集中区,大于330 m段为原地应力区。基于地应力测量结果对郭达山隧道水平孔围岩稳定性进行了预判分析,在孔深292.9 m、508.10 m处隧道围岩有轻微至中等程度岩爆可能,其余段无岩爆可能性。     

倾斜煤层水力压裂起裂压力计算模型及判断准则

针对目前倾斜煤层起裂机制不明确,导致水力压裂时盲目升高压力或增大注水量来增加煤层透气性的问题,根据最大拉应力理论,分析真实环境下倾斜煤层压裂钻孔周围应力状态,建立压裂钻孔周围煤岩体起裂压力计算模型及判断准则,并在重庆松藻煤电公司同华煤矿进行了验证,结果表明,根据实测压裂区域地应力状态,起裂压力随煤层倾角增大而增大,钻孔起裂位置随煤层倾角增大逐渐向走向方向偏转;现场试验起裂压力与理论计算相符,随煤层倾角增大而增大,从而验证了计算模型的正确性。     

淮南煤田潘集煤矿外围勘查区水压致裂地应力测量研究

为分析淮南煤田潘集煤矿外围勘查区的地应力分布规律,采用水压致裂法及装置,对研究区深部勘查区域地应力进行了测试。本次研究共完成3个钻孔、28个测点的现场实测,3个钻孔深度均超过1400 m,其中最大测点深度为1460 m。通过实测和分析,获得了勘查区的地应力状态及其分布规律。研究结果表明:(1)勘查区深度466~1460 m范围内最大水平主应力为13.62~54.58 MPa,最小水平主应力为11.79~37.93 MPa,最大水平主应力方向为NEE向,实测地应力值随着深度增加成近似线性增长的关系;(2)勘查区最大水平主应力与垂直应力的比值为1.03~1.44,平均比值为1.28,表明勘查区地应力状态以水平应力为主导;(3)在埋深450 m以深地应力场类型表现为构造应力场型,且随深度增加,构造应力显现也增大。测量结果可为勘查区矿井规划与煤炭开采设计提供科学依据。     

金沙江溪洛渡水电站地应力测量

利用1999～2001年在金沙江溪洛渡水电站厂区用水压致裂法先后完成的9个垂直深钻孔平面地应力和8个测点三维应力测量结果，结合河谷地形地貌、构造岩性等资料，对工程区地应力场的基本特征进行了较系统的分析研究，认为电站区最大主应力数值在10～20MPa，方向在NW～NWW间，大致平行于金沙江河流走向，地应力作用以水平为主。随着深度增加，地层平面、三维主应力值均有所增大。本文的研究结果为电站工程设计提供了地应力的基础资料。