双圆形洞室群开挖过程围岩应力场变化分析

洞室群稳定性是水利水电、铁路公路、国防工事、能源开发与储备工程等领域的研究热点问题。结合新疆某水电站洞室群工程,利用3D-Sigma软件建立了5个洞室群模型(每个模型均含有两个圆形洞室),模拟了洞室开挖过程中围岩应力场变化状况,通过在拱顶、拱底、左右拱脚等区域设立应力监测点,详细分析了前期洞室开挖过程中围岩应力场的变化、后期洞室开挖对前期洞室围岩应力场影响以及随两洞室间距增大应力场的变化规律,得出了洞室群开挖过程中的应力集中分布特征。研究成果对深部洞室群稳定性控制具有一定的参考价值。     

电阻率横向剖面法在倾斜断层精确探测中的应用研究

在横向剖面法研究的基础上，选取30度和60度倾斜良导体模型，利用有限元三维数值模拟方法，对比研究横向剖面法和常规剖面法的异常特征.研究结果表明：两方法对断层的倾向都有较好反映，对倾角难以判定.为研究倾角定量化判定，本文提出了横向剖面电阻率成像方法与常规的电阻率层析成像方法对比研究，结果表明：两者均较准确的反映出断层的倾角变化，前者效果略优于后者.     

2018年9月4日伽师5.5级地震序列震源机制解及震源处应力场特征

本文采用新疆测震台网数字波形记录，利用CAP和P、S波初动和振幅比方法计算2018年9月4日伽师5.5级地震序列中M_S≥2.5地震的震源机制解，结合地震烈度等震线和双差重定位后的地震序列空间展布等特征分析了此次地震的发震构造，反演了震源处应力场。结果表明，伽师5.5级地震呈NE向的节面I为发震断层面，属于左旋走滑断层，震源深度为9km，发震构造可能为浅部超基底断裂；地震序列中有21次为走滑型，4次为正断型，说明绝大多数序列的破裂方式与主震相近，表明余震应力场主要受主震震源应力场控制；P轴方位在NNE向有明显的优势分布且倾伏角较小，T轴方位在NWW向有明显的优势分布且倾伏角较小，说明震源处主要以NNE向水平挤压和NWW向水平拉张作用为主；此次伽师5.5级地震序列表现的浅部应力场与已有研究得出的震源区深部应力场基本一致，应力形因子R的最优解为0.17，说明震源处近NE向中间主应力σ₂有一定挤压成分。     

地下洞室围岩脆性破坏时的应力特征研究

在高应力作用下,岩爆、钻孔崩落、片帮都是地下空间硬脆围岩中常见的破坏现象,这三类现象本质上均可归于完整岩体的脆性破坏,它们分别反映了高应力作用下完整岩体不同的破坏程度。通过对前人关于岩爆判据、钻孔崩落判据和片帮应力强度比判据研究成果的类比分析可知,这些脆性破坏现象在破坏时具备相同的应力背景条件。脆性破坏的应力条件可以用地下空间周边切向最大应力与岩石单轴抗压强度之比（ / ）或者工程区最大主应力与岩石单轴抗压强度之比（ / ）来描述,两种指标本质上反映了相同的应力背景条件。对于 / , / = 0.4 ± 0.1是发生脆性破坏的应力临界条件;对于 / , / = 0.15 ± 0.05是发生脆性破坏的应力临界条件。大量的工程实例和基于Hoek-Brown强度准则的力学分析也证明了这一背景条件的正确性。这里两种指标都取了一个范围,主要是由于不同的岩体分级、岩性和工程地质条件会对指标的界定产生较为显著的影响。     

汶川MS8.0级大震前后的水压致裂原地应力测量

在汶川M_S8.0级大震发生前一周,采用水压致裂技术在龙门山发震断裂带±400 m深度上测得的最大水平主应力值为21～22 MPa,与其附近下盘之差高达8～10 MPa.大震后的原地重复测量结果表明,发震断裂带上的最大、最小水平主应力值分别降低了29％和23％,而在下盘大震前后的地应力作用状况并无变化.测量结果分析表明,活动断裂带的地应力高值异常是圈定地震危险区的可靠依据,是强震孕育和发生的警示标志.     

汶川Ms8．0级大震前后的水压致裂原地应力测量

在汶川Ms8.0级大震发生前一周,采用水压致裂技术在龙门山发震断裂带±400 m深度上测得的最大水平主应力值为21～22 MPa,与其附近下盘之差高达8～10 MPa.大震后的原地重复测量结果表明,发震断裂带上的最大、最小水平主应力值分别降低了29%和23%,而在下盘大震前后的地应力作用状况并无变化.测量结果分析表明,活动断裂带的地应力高值异常是圈定地震危险区的可靠依据,是强震孕育和发生的警示标志.     

利用原地应力实测资料分析芦山地震震前浅部地壳应力积累

龙门山断裂带南段的芦山M_S7.0级地震给雅安地区人民群众和当地社会带来巨大的损失,如何从地壳应力积累的角度来研究该次地震对于深入认识孕震发震机理将有很大的帮助.项目组在过去21年中在该区域积累了22个钻孔的应力实测资料,这些应力资料显示该区域的应力状态为逆冲断层应力状态,最大水平主压应力方向为N44°-64°W,而且在过去20多年里,该区域的应力状态是稳定的.文中提出利用平均差应力和平均有效应力之比μ_m来表征地壳应力积累的能力和水平.通过理论分析可知μ_m的物理意义与μ是近似的,完全可以用μ_m代替μ来开展分析.利用实测应力数据计算得到的μ_m范围为0.39~0.56,接近于Byerlee定律所定义的μ=0.6的下限值,该范围与龙门山断裂带震后断层泥稳态摩擦系数的范围完全吻合,芦山地震的发生说明研究区的地壳应处于摩擦极限平衡或者亚平衡状态.芦山地震的震源机制解反应的应力状态为逆冲断层应力状态,主压应力轴方向为122°,与该区域的应力测试数据所反应的应力状态一致.通过与他人的研究成果对比分析可知,芦山地震可看作汶川地震对龙门山断裂带南段区域的断层加载而诱发产生的一次地震.     

电阻率横向剖面探测走滑断层的数值模拟研究

本文从走滑断层难以探测的实际出发,讨论了其物性特征。通过对实际模型的数值模拟,讨论了纵、横向剖面电阻率的变化特征。数值模拟结果证明横向剖面和纵向剖面相比在断层探测中有明显的优越性,为走滑断层探测提出了新的思路。     

双圆环直接拉伸试验试样最优尺寸范围研究

直接拉伸试验是测量岩石抗拉强度最直接有效且最有理论和实际价值的方法,但在传统直接拉伸试验中试样加工难度大,测试设备要求高。为克服传统直接拉伸试验加载困难的缺点,准确测定岩石的抗拉强度,设计研发了多直径岩芯双圆环直接拉伸试验机,从试验和数值模拟两方面重点研究了双圆环直接拉伸试验中试样尺寸的影响和最优取值范围,包括外环直径与试样直径比r1/R、内环直径与试样直径比r2/R、内环直径与外环直径比r2/r1三个比值的最优范围。研究结果发现,外环直径和内环直径满足r1/R=0.62±0.08、r2/R=0.45±0.12、r2/r1=0.64±0.06时内外环根部与内外环重叠部位最大应力值相近,获得的抗拉强度与理论值较一致,与其他试验相比,双圆环直接拉伸试验的结果标准差和振荡系数最小。     

S-SARⅡ技术的崩塌临灾应急监测原理及其应用

崩塌灾害具有高隐蔽性、强突发性、重危害性等特点, 其预警监测是各类重大基础工程准备阶段以及施工期间的重要研究工作, 同时也是崩塌临灾监测救援现场指挥工作的重要科学依据。结合地基合成孔径干涉雷达技术(GB-InSAR)和最新的MIMO技术, 将应急边坡救援雷达S-SARⅡ的系统量程扩大了60倍, 并通过监测内蒙古某矿场主矿坑西南帮崩塌隐患点生成雷达形变图, 结合三维高程模型DEM以及多种预测模型预测崩塌发生时间。结果表明, S-SARⅡ精准地确定了形变区域及形变量, 并预测崩塌发生时间为8月29日9∶32-10∶27之间, 最终崩塌发生时间为8月29日10点26分。因此, S-SARⅡ准确预测了崩塌灾害的发生时间, 最大程度地保障了矿区的生产安全, 并通过实际应用分析证明, 优化后的S-SARⅡ的系统量程得到了数量级提升, 满足崩塌监测的需要, 且以S-SARⅡ为代表的遥测预警技术在地质灾害险情处置和应急救援中具有明显的技术优势。