三维地应力计算模型研究

简要回顾了现有的三维地应力实测方法在实际工程应用中存在的局限性。对钻孔局部壁面应力全解除法进行了系统的研究,从理论上说明了由它确定三维地壳应力张量的可行性。采用线弹性有限元法对钻孔局部壁面应力解除过程做了数值模拟研究,分析了应力解除曲线的变化特征,给出了达到完全应力解除时解除深度和被解除岩芯直径之间的定量关系,还进一步分析了环形解除槽引起的应力集中对其附近局部孔壁应力分布的影响,从而为在钻孔孔壁的局部壁面上如何合理的布置应变计（花）提供了参考依据。最后对本课题的研究前景做了展望。     

地应力测量的应力恢复法试验和数值模拟研究

在传统应力恢复法基本原理的基础上,提出了改进的应力恢复法。通过室内试验求出了改进应力恢复法的关键系数－应力等效系数,并运用数值模拟进行检验,同时分析了其影响因素及影响程度。通过现场实践,证明了改进应力恢复法的可行性和正确性,具有重要的理论和实用价值。     

地层模型的三维实体显示与剖切

本文介绍了地层模型的三维实体显示的原理与方法，同时又提出了沿任意方向垂直剖切地层模型的一种实用有效算法，它已用于交互式三维地层矿床显示系统ＧＤ－３ＤＷＳ，是三维地质解释的很好工具     

基于硐壁应力恢复法的深切河谷岸坡浅表生改造带应力测试

介绍硐壁应力恢复法在深切河谷岸坡地应力测试中的应用,作为一种简单、快速、经济、受施工条件影响小、可多点连续测试的原位地应力测试方法能够进行岸坡浅表生改造带内地应力测量,弥补其他地应力测试法不足。以西南某水电站为工程实例,采用硐壁应力恢复法开展坝址区岸坡地应力系统测试,研究结果表明:浅表生改造带内地应力表现出随硐深增加呈波状起伏特征,依据地应力波动曲线可将岸坡由表及里进行地应力分带,划分为地应力降低带、地应力增高带、地应力波动带及地应力平稳带,可为风化卸荷带划分提供量化依据,地应力测试结果符合深切河谷岸坡地应力分布规律,能够满足进行全场地应力分析需要,硐壁应力恢复法适用于深切河谷岸坡浅表生改造带内地应力测试。     

水压致裂法三维地应力测量的理论探讨

本文对现有的水压致裂三维地应力测量方法进行了深入的力学分析,在此基础上提出了新的理论模型。新的理论模型采用了最小主应力破坏准则,与现有方法采用的最小切向应力破坏准则相比,更客观的表述了水压致裂过程中的力学机制。为说明该方法的工作步骤及其可行性,文中利用遗传算法反演技术,对假设的地应力状态进行了试算。试算结果表明该方法是可行的。      

高地应力数理模型的建立及应用

高地应力钻孔缩径现象很常见,一般钻进中只能依靠现场分析及经验来判断缩径情况,这对于预测以及精确计算缩径程度是远远不够的.文中建立了高地应力条件下钻孔的数理模型,推导出了各种应力、应变以及位移的计算公式,并应用这些公式计算了某高地应力矿区钻孔的多种参数,判断了钻孔的稳定性情况.     

水压致裂法三维地应力测量的实用性研究

采用最小主应力破坏准则,建立理论模型,是利用水压致裂方法进行三维地应力测量的新的研究思路和方法。本文在此理论研究的基础上,侧重于实际测试,并详细研究了岩石泊松比以及观测数据的误差对计算结果的影响,据此论证了该方法用于三维地应力测量的可靠性和实用性。      

有限宽切槽对CCNBD断裂试样应力强度因子的影响

国际岩石力学学会（ISRM）在1995年提出一种新型的岩石断裂韧度试样--人字形切槽巴西圆盘试样（cracked chevron notched Brazilian disc--CCNBD）,对该试样的一个重要力学参数即最小无量纲应力强度因子的标定,以前的分析和计算都没有考虑切槽宽度的影响。然而试样切槽的宽度受切割刀具厚度所限,不能为零。当试样较小时,切槽宽度则相对较大。通过三维边界元计算分析表明,切槽宽度越大,无量纲应力强度因子的标定值就越大;对于ISRM推荐的CCNBD标准试样,得出其最小无量纲因子值为0.954,这比ISRM给出对应值0.84要大13.6 %。同时,小裂纹应力强度因子曲线的变化趋势也发生了质的变化,这可能会导致实验的失败。推荐最小无量纲应力强度因子的标定采用考虑切槽的三维分析。     

考虑应力路径影响下砂土的三维本构模型

应力路径是影响土的应力-应变关系的一个重要因素。通过对一组砂土（日本Toyoura砂）三轴试验结果的详细分析,揭示了应力路径对剪应变及体积应变的影响规律,进而建立了能反映应力路径影响的应力-应变增量本构模型,提出的统一硬化参数反映了其剪胀特性,引入的变换应力能反映三维应力-应变特性。     

滑面正应力近似方法对三维极限平衡法解的影响

采用楔形体与椭球滑面算例,研究了三维极限平衡法中滑面正应力近似方法对其计算结果的影响。使用线性插值近似滑面修正应力时,插值节点和网格数目的改变未对安全系数造成明显影响,但明显改变了修正应力的计算结果,网格交界处的修正应力易出现突变。采用移动最小二乘近似滑面修正应力后,安全系数基本不变,并且相对于线性插值,能在求解更少未知量的情况下获得更有规律的修正应力分布。算例表明,在采用线性插值和移动最小二乘近似计算滑面修正应力的情况下,安全系数基本不随滑面正应力的改变而变化,这与二维极限平衡法的相关研究结论基本相同,显示三维极限平衡法满足了平衡条件和合理性条件。     

波浪作用下的床面切应力研究进展

波浪作用下的床面切应力是估算近岸泥沙起动、输移的重要基本参数之一,其形成的底部摩阻效应也会对近岸水动力环境产生影响。由于现场观测较为困难,对波浪边界层与波浪作用下床面切应力的认识主要建立在室内试验观测基础上。回顾国内外相关理论模型和试验测量研究,梳理各类研究方法与测量技术的优缺点及适用条件;整理20世纪70年代至今的大量试验资料,对已有研究成果进行归纳分析,包括波浪非线性、波浪破碎等因素对床面切应力的影响;总结现有研究存在的局限性,提出今后的研究重点。超大型水槽是未来突破波浪边界层理论研究瓶颈的重要设施;高适应性水下二维切应力传感器的发展是复杂动力条件下床面切应力研究取得突破的关键。     

渤海海峡跨海通道工程区海域三维地应力测试

跨渤海通道海域缺乏实测地应力基础数据,而海域钻探原位实测又承担着巨大风险与重重困难,为取得工程区现今地应力场特征第一手资料,利用以水压致裂地应力测量为主,以空心包体、非弹性应变恢复、差应变、声波各向异性法为辅的综合地应力测量技术,对研究区海域开展三维地应力测试与研究,建立了线性回归方程,得到了回归拟合曲线。结果表明,渤海海峡最大水平主应力σ_H、最小水平主应力σ_h与垂直主应力σ_v均随测试深度的增加呈线性增大规律;海峡南部地应力状态存在σ_H>σ_h>σ_v的关系,处于逆冲应力状态,应力场方向为NE,最大水平主应力大于垂直主应力,区域内构造力处于主导地位;海峡北部应力状态为σ_H>σ_v>σ_h,有利于走滑断层活动,应力场方向为NE,区域内构造力处于主导地位;整个工程区内地应力各分量值之间相差不大,远远小于区内断层活动应力值的下限,表明研究区目前处于稳定状态。研究结果符合一般地应力测...     

基于边缘计算的大地电磁法三维反演分布式计算实现

随着大地电磁法三维勘探及处理技术的逐步推广,导致数据计算量成倍增长,需要具备高性能计算能力的系统才能满足计算需要.提出基于边缘计算的理念,采用容器技术构建具备大规模计算资源池的分布式计算环境,实现了大地电磁法三维反演的分布式并行计算.基于松耦合的软件架构设计研发了大地电磁法三维反演分布式计算软件,实现了人机交互操作和反...     

黄河三角洲粉质土海床临界起动切应力影响因素研究

在黄河口潮滩和室内环形土槽模拟新沉积的海床土体,观测固结过程中沉积物临界起动切应力的变化及对应的土体重度、含水率、贯入阻力、剪切强度指标值的变化,分析黄河三角洲粉质类土临界起动切应力的影响因素与变化规律。研究发现：黄河三角洲粉土的临界起动切应力与重度、贯入阻力和抗剪强度之间呈正相关关系,而与含水率呈负相关关系,并且与干密度、抗剪强度之间具有非常好的定量关系。将黄河三角洲粉土临界侵蚀切应力的试验结果与其他学者建立的计算公式进行了比较,发现在固结开始试验与计算结果间的吻合性较好,随着固结时间差异性变大,表现出黄河口粉质土的独特性。     

大地电磁三维模型二维反演计算数值模拟分析

设计了多个1D/3D、2D/3D模型进行数值模拟分析,从模型三维响应和二维响应的差异大小和反演结果对比两个方面,分析了利用二维反演解释方法来逼近解释三维地质模型的适用性问题.分析结果表明:在异常体沿走向长度逐渐缩短的过程中,模型的三维特性逐渐增强,采用TM极化模式的二维反演结果基本保持不变,TE极化模式的二维反演结果逐渐产生畸变,表明TM极化模式对模型二维性的要求远远低于TE极化模式,TE/TM联合模式二维反演效果通常介于前两者之间,有时优于TM极化模式的二维反演结果.综合得出:一般条件下采用TM极化模式进行二维反演通常可以较好地重建原始模型,TE/TM联合二维反演结果在与TM极化模式反演结果整体电性特征相似的情况下,其对模型电阻率值的反演优于TM极化模式.     

工程区高地应力判据研究及实例分析

对原地应力状态的准确把握是地下工程稳定性评价的重要基础,而选择可行的高地应力判据是进行地应力状态评价的前提条件。在详细分析现有各种原地应力评价判据的基础上,提出可行的高地应力判据,并在判据模型中引入了国际上认可度非常高的Shoerey模型,但该模型没有考虑岩体变形模量和岩石弹性模量的区别。通过广泛研究目前国内外关于岩体强度的理论和方法,引入Hoek-Brown岩体强度估算理论,补充完善了Shoerey模型。云南禄丰某工程隧道,工程区共布置两个地应力测孔,测试结果较为离散。利用应力状态评价和数据拟合方法,推算出最大埋深部位的应力值达19.29 MPa,而岩体整体强度仅为5.243 MPa。按照强度应力比和Shoerey模型的评判标准,该隧道洞身部位的应力状态均为极高应力状态,应引起重视。对原地应力状态评价的一般方法和步骤进行了概括总结,以方便其他工程参考使用。     

基于三对象的三维标度法及其应用

本文介绍了三对象的多维标度法，计算方案是通过一维标度求法和多维标度法把原始问题降至为标准特征值－特征向量问题来解决。该方法的主要目的是提取更多信息，简化数据结构，并重新标度研究对象于新的低维空间，以便能通过二维“因子轴”来直接检验，它适合于定性和定量数据，编写计算程序进行标度分析，在内蒙古赤峰某金矿进行矿产了预测，应用效果良好。     

钻孔偏心—套芯法地应力测量中的一个不可忽视的问题

通过有限元法计算，得出偏心钻孔在围压作用下的应力分布，讨论了由于“偏心”导致率定的换算公式失准，表明小孔孔壁应变和位移随“偏心”增大而显改变。利用保角变换以实例对压磁法偏心钻孔的地应力测量数据进行了修正，对比同一钻孔相近深度上基本不偏心的测量结果，表明修正后二着相当吻合。     

三维地震模型实验系统的研究

三维地震模型实验系统主要包括三维坐标自动控制、高速数据采集、超声脉冲或可变频正弦信号发射等装置。着重研究了三维坐标自动控制和高速数据采集。使用变频与等效采样技术,解决了坐标系统的运行精度及超高速数据采集的问题,其中等效采样技术也适合于雷达、声纳信号的采集。