水压致裂地应力测试方法在云南大理-丽江铁路隧道工程中的应用

利用水压致裂地应力测试方法对实际工程区进行了地应力测量,确定了工程区隧道围岩现今的地壳应力状态,即原地应力的大小和方向.根据地应力分布特征,分析了隧道开挖过程中发生岩爆等地质灾害的可能性.地应力测量数据的分析结果可作为隧道衬砌的设计、断面的选择及轴线方位的确定的科学依据.     

云南西北部铁路隧道地应力测试及工程应用

通过地应力测量,确定出工程区隧道围岩现今地壳应力状态,即原地应力的大小和方向.根据地应力分布特征,结合隧道围岩的力学参数,利用三维有限元对工程隧道区进行了应力场模拟.根据原地应力测量及三维计算结果进行综合分析,给出了工程区地应力的赋存规律和基本特征,并进一步分析了隧道开挖中发生岩爆等地质灾害的可能性,同时为隧道的衬砌设计、断面选择及轴线方位的确定提供可靠的科学依据.      

新疆西部地应力测量在隧道工程中的应用

随着西部地区建设的投资力度逐年加大,地应力测量与研究工作越来越显得重要.通过在新疆西部拟建精伊霍铁路北天山越岭隧道(最大埋深约1100m)工程区进行的水压致裂地应力测量,获得了北天山地区应力场的主应力值及其方向.本文根据地应力测量结果,对工程区应力场的应力状态进行了研究,分析了隧道围岩的稳定性和地质灾害发生的可能性.      

滇东北深埋特长公路隧道工程区地应力场研究

深埋特长隧道工程区地应力场的预测一直是工程技术人员面临的难题,而工程地质综合分析法则可为工程区地应力场的分析提供较为全面准确的结论。因此,本文以滇东北典型深埋特长隧道——乐红隧道为例,采用综合分析法来研究工程区的地应力场特征。首先基于中国大陆应力分区,利用Anderson断层力学理论、震源机制解及实测地应力统计数据来获取研究区主应力方向。其次,基于工程地质勘察成果,利用Hoek-Brown强度准则对工程区的岩体强度进行了初步估算。在此基础上,利用修正Sheorey模型对工程区地应力量值水平进行了预测。分析结果表明,工程区以先进构造应力为主导。其中:水平最大主应力优势方位为N20°~60°W,应力场方向较为稳定。地应力量值水平预测结果表明,工程区在埋深500 m左右时,最大、最小水平主应力量值范围分别为11.2~20.5 MPa、6.6~12.2 MPa;埋深在1000 m左右时的最大、最小水平主应力量值范围分别为25.9~28.2 MPa、15.4~17.1 MPa。工程区在埋深超过500 m时的高地应力情况下,可能存在岩爆风险,而围岩大变形的问题几乎不存在。综合分析法的预测结果与现场实测数据较为吻合,表明该方法在线状公路隧道地应力状态的预测分析中,具有良好的应用效果。     

风火山隧道地应力测量及工程稳定性分析

为了解风火山隧道应力状态,在隧洞内及附近地区进行了6个点地应力测量,首次在风火山地区取得了应力实测资料。测量结果表明：风火山地区最大水平主应力量值为5．5MPa,方向为NE至NEE。应力量值与其他地区表层地应力测量结果比较,属中等应力水平;应力方向与风火山地区活动断裂调查所表征的现今区域应力场比较吻合。在地应力实测基础上,还必须结合隧道区工程地质、水文地质条件以及地震活动性,进行隧道稳定性综合分析。     

深埋隧道精细地应力场反演研究——以滇西南双江至沧源高速姜染山隧道为例

针对复杂地质条件下深埋隧道精细应力场准确反演以及主要地质条件对地应力场影响问题,以滇西南双江至沧源高速姜染山隧道为例开展研究。采用精细DEM数据、实测地质资料建立隧址区精细地质模型,以地应力实测数据和GPS速度场数据作为联合约束条件,开展姜染山隧道工程区精细地应力场反演计算,揭示了隧址区精细应力场特征及主要地质条件影响作用。结果表明：隧道区模拟变形速度场与GPS观测结果基本一致,模型能够较好反映工程区现今构造应力环境;隧址区地应力场存在应力水平西高东低、主应力方向局部偏转的特征,近E-W向的小黑江断裂对研究区地应力场的影响主要表现为造成主应力方向小幅偏转,未造成应力量值急剧变化,局部次级断裂和地形叠加影响作用有限;隧道沿线最大主应力在7.47～27.23 MPa之间,中间主应力在1.59～15.12 MPa之间,最小主应力在0.01～6.71 MPa之间,隧道沿线应力水平总体上未表现出明显异常特征;基于反演精细应力场数据的岩石应力强度比方法计算结果显示,现今地应力条件下,隧道岩石强度应力比结果总体在0.20～0.48之间,表明隧道围岩整体为无岩爆和轻微岩爆情况。本研究实例表明,复杂地质...     

我国原位地应力测量与地应力场分析研究进展

随着我国交通、能源和水利水电等行业快速发展,在复杂地形地貌和地质条件下兴建大量岩土工程,尤其是深埋长隧道,原位地应力测量及其相关研究逾加重要。我国自20世纪60年代首次成功进行原位地应力实测以来,在地应力测量及相关研究方面已取得了长足进展。文中扼要介绍了我国地应力测量的发展历程,着重总结了在钻孔应力解除法、水压致裂法和其他常用原位地应力测量法及工程区初始地应力场分析研究方面所取得的进展,并结合我国区域构造应力环境和岩土工程的特点,对地应力测量和工程区初始地应力场研究方面的展望阐述了一点认识。     

水压致裂法地应力测量在成昆铁路垭口隧道的应用

垭口隧道是成昆铁路米易至攀枝花段的重点控制性工程,以地质条件复杂、工程地质问题突出、围岩变化频繁、施工安全风险高而著称。地应力是影响隧道围岩稳定、划分隧道围岩分级的主要影响因素之一,为查明工程区的地应力状态,在全隧道开展了两个深孔的水压致裂地应力测量工作。结果表明:最大主应力方向总体为N29°E,优势方向为北东向,这反映了研究区受印度板块构造作用明显;三个方向主应力相对大小表现为SH SV Sh,表明该地区在地壳浅部水平应力占主导地位;最大水平主应力方向与隧道轴线方向夹角为30°,对隧道围岩的稳定略为有利;σc/σmax介于3. 49～5. 15,应力值水平属于高应力至极高应力状态;通过判据分析,垭口隧道在开挖过程中硬质岩有发生轻微岩爆的可能,软质岩洞壁岩体有位移甚至发生大变形的可能。     

用优势应力分量逼近方法反演分析某水电站地下厂房区地应力状态

本文叙述了应用有限元优势应力分量逼近反演分析地应力场的方法。该方法通过少数点实测应力结果,结合工程地质资料,采用有限元数值模拟分析的方法反演工程区初始应力场。利用该方法并结合某水电站工程的实际情况进行了电站主厂房的地应力场分析,得到了在优势应力分量上与实测值相拟合的工程区剖面最大、最小主应力量值及其方向的分布图,并对工程区整体应力分布状况做了分析与探讨。     

大茅隧道地应力测量及围岩体稳定性研究

本文介绍了大茅隧道岩石三轴实验和地应力测量结果,分析了隧道围岩体应力作用特征。作用于该区的应力以水平应力为主,量值不大,最大主应力方向为NWW.这与该区主要断裂为压扭性的力学性质及震源机制解的结果是一致的。最后结合该区工程地质条件,对隧道施工安全措施及其稳定性进行了讨论。      

构造应力场研究的新进展

本文阐明构造应力（主应力与剪应力）方向的研究方法以及最新研究成果，指出全球各地区在某一时期的应力方向可以是各不相同的，同一地区在不同地质时期内的构造应力方向也是截然不同的，并且应力方向的转变周期也不相等。在概述了应力大小的研究方法之后，作者介绍了构造应力大小研究中的两个新成果：（１）构造应力主要集中在岩石圈内，（２）构造应力从板块边缘向内部具有明显的衰减趋势。至于构造应力积累时间，一般认为是ｎ×１０￣７年的缓慢过程，而应力释放时间则为ｎ×１０￣６年的过程，是一种灾变性、较快的流变过程。构造应力场数学模拟方法已经比较成熟，构造应力的起源问题则为当今构造地质学的前沿性课题之一，对此本文较客观地进行了探讨。     

巷道诱发型冲击地压的发生机制及危险性分析

为了治理巷道诱发型冲击地压发生的灾害,从力学机制方面阐述了巷道诱发型冲击地压发生的静-动应力主导关系,揭示了巷道诱发型冲击地压发生的机制;将煤层巷道的围岩二次静应力和震源产生的动应力叠加,得到了巷道围岩二次应力与不同应力波叠加后的最大主应力和最小主应力表达式。从高应力差和巷道围岩冲击倾向性两方面考虑,提出了巷道诱发型冲击地压发生的判断方法;直接判断出巷道在特定深度、震源在某个位置、产生一定的应力波时,巷道发生冲击地压及冲击范围,并解释了巷道群附近产生大范围冲击的机制,成功分析了山东某煤矿掘进工作面发生冲击的原因。研究结果为分析诱发型冲击地压的危险性提供了理论基础,为治理诱发型冲击地压提供了技术途径。     

考虑主应力轴旋转的基坑开挖应力路径研究

首先对应力路径的概念进行丰富和扩展,提出考虑主应力轴旋转的三维应力路径,然后采用数值方法,对基坑开挖过程中的应力路径进行了深入分析,研究了基坑内外各种应力路径及其规律,结果表明：开挖过程中无论横向还是竖向,应力路径都表现出卸荷特性,且坑内卸荷量大于坑外卸荷量,使得坑内应力变化及主应力轴旋转较坑外大;随着离基坑中心距离的增大,坑内应力变化减小,主应力轴旋转趋缓;开挖过程对坑外应力变化及主应力轴旋转的影响随离围护墙距离的增大而减小。坑内应力路径总体表现为平均压应力p减小,广义剪应力q减小,主应力轴偏转角? 增大;坑外应力路径总体表现为p减小,q增大,? 增大。最后归纳出基坑开挖过程中坑内与坑外的典型应力路径,以指导基坑工程实践设计分析和室内试验模拟。     

低渗致密砂岩渗透率应力敏感性试验研究

储层岩石中孔隙流体压力的变化会引起有效应力发生变化,进而导致渗透率的改变,引发储层岩石渗透率应力敏感现象。以试验研究了不同围压下渗透率随孔隙流体压力的变化规律,试验包含了老化处理和升降内压4个回路,每个回路是在围压不变降低和增加孔隙流体压力下实现的,采用稳态法采集每个测试点的数据。试验结果表明,渗透率随着孔隙流体压力的降低而减小,随着孔隙流体压力的增加而增加;在低围压下渗透率的变化幅度较大,在高围压下,则变化幅度较小;在不同围压回路下,净应力相等的点对应的渗透率不相等;渗透率在随孔隙流体压力的变化中呈现出“台阶式”变化。根据Bernabe的模型计算了渗透率有效应力系数,结合Bernabe的观点分析计算结果发现渗透率呈“台阶式”变化是微裂缝随应力的变化而发生变形的表现。对试验岩样进行了储层岩石应力敏感性评价,结果表明,该低渗致密砂岩储层表现为中等应力敏感。     

基于固定主应力轴假设的砂堆基底应力凹陷的研究

对砂堆三棱柱的基底应力分布及应力凹陷现象进行了研究,基于固定主应力轴假设（FPA假设）将砂堆分为应力状态已知的I区和应力状态未知的II区,并假设了II区内的多种剪应力分布来求解II区内的应力状态,最后,将不同剪应力分布假设下砂堆中线上的静止土压力系数值与Kulhawy公式计算值对比,可得出如下结论：基底法向应力存在应力凹陷现象,自然休止角越大（砂堆越紧密）,应力凹陷程度、应力凹陷范围越大;不同剪应力分布假设下,II区应力分布形态不同,法向应力极小值所在处也不同。剪应力二次方分布假设和三次方假设下砂堆基底应力分布最为合理、最为符合真实情形。     

跨活动断裂隧洞工程赋存区域地应力场分布特征研究

初始地应力的方向、量值和分布形式是影响岩石地下工程围岩应力、变形和破坏模式的重要因素,在工程区域难以开展大量实测工作,且实测结果具有相当的离散性,引入数值分析方法和数学理论对地应力场综合分析是有效的解决手段之一。结合滇中引水香炉山隧洞穿越龙蟠－乔后断裂段（楚波–白汉场断裂南段）工程,针对实测结果中方向结果离散性较大的问题,基于中国现代构造地应力场特征,对丽江地区复合断裂对区域地应力场影响的理论分析与数值模拟,获取了地应力场方向的定性认识。基于钻孔测试成果,通过基于多元线性回归的三维地应力场反演获取了地应力场方向与量值的定量认识。获得的初步结果表明,龙蟠–乔后断裂F10运动形式以正断错动为主;左旋走滑为辅的滑动,受其影响隧洞工程在穿越F10断裂部位的主应力发生偏转,偏转后最大主应力方向近似平行或小夹角相交于F10断裂走向;反演获得的香炉山隧洞趋近F10-1、F10-2段最大主应力量值范围为13～19 MPa,中间主应力为11～16 MPa,最小主应力为9～13 MPa,应力量值较高,并呈现 > > （ 、 分别为最大、最小水平主应力）的特征;F10断裂F10-1、F10-2主断带成为地应力场的控制性边界,其间应力量值明显小于上下两盘岩体,F10-1、F10-2主断带间岩体最大主应力量值范围在9～10 MPa,最小主应力量值范围在7～10 MPa,地应力最大主应力方向与隧洞纵轴线以约60°夹角相交,相交角度较大,对隧洞稳定性影响较大。     

判定现今局部应力方向的一种新方法

区域应力与局部应力方向存在差异,不能简单地把区域应力方向当作局部构造应力方向。根据力学分解特征,提出了用区域主应力方向沿构造等高线进行分解以求取局部应力方向的方法。根据北部湾盆地内目的层的构造等高线,用该方法求得S1井目的层的局部应力方向为NNW-SSE向和SWW-NEE向。该应力方向与S1井成像测井分析求得的局部应力方向完全吻合,从而说明本文提出的新方法具有可行性,可以在该区域内推广。      

基于瑞利-里兹法的岩土三棱柱堆积体的基底应力分布的研究

对岩土三棱柱堆积体的基底应力分布进行了研究,在基底应力的理论解难以求得的情形下,基于瑞利-里兹法求解出基底应力分布的近似解,并具体计算且对比了不同坡比、泊松比、基底边界条件下基底应力分布的变化,得出如下结论：基底法向应力存在应力凹陷现象,坡度越陡,应力凹陷程度越大,底边有约束时应力凹陷程度更明显;泊松比对基底法向应力的分布几乎无影响,泊松比主要影响基底切向应力分布的形态,且泊松比越大,基底切向应力值越大;坡比改变基底切向应力的最大值及其所处位置,坡比越大,基底切向应力值越大,且基底切向应力最大值距离基底中心越远。     

应力化学

应力化学是研究应力的性质,作用方式和规模,组合和序列,它们的发生,发展,演化所成生的化学作用和过程,以及物理－化学动态机制。当应力作用于地质体时,接受能量和释放能量的作用方式之一就是应力化学作用,应力化学作用主要受应力性质,应力配置和应力序列的影响,以剪应力化学作用最为重要,应力作用可产生化学作用,改善化学反应所需条件,因而促进和加速了化学作用。