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。     

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。     

浅析DYL型地应力探测仪工作原理及应用效果

1985年哈斯特取得地壳浅部应力状态的第一批资料之后,地应力探测技术获得了迅速的发展。到目前为止,已有20多个国家开展了地应力测量。测量方法有十余类,测量仪器近百种。由于该项技术的发展,一开始就受到钻探工程的限制,人们对地壳内的地应力测量一般均局限在浅层地表,大多为十几米至几百米;采用水压致裂方法之后,测量深度可达几千米。1977年海姆森(BC Haimson)在5.1km深的钻孔中采用水压致裂方法,成功地进行了应力测量。对于5km以下更深处的地应力测量,至今还是一个盲区。地应力测量从原理上可分直接测量与间接测量;从内容上可分绝对值测量和相对值测     

王成虎赴美国威斯康辛大学访问学习交流

<正>出访概况应美国威斯康辛大学比撒列·海姆森(Bezalel C.Haimson)教授的邀请,王成虎于2015年8月5至12月18日赴美国威斯康辛大学麦迪逊分校开展短期的学术交流。Haimson教授是世界著名的水压致裂原地应力测量方法的奠基科学家,也是著名的岩体应力和岩石力学领域的科学家。他目前的研究领域有岩石力学、岩石破裂模式、岩体真三轴强度准则、钻孔孔壁稳定性和钻孔崩落、岩体应力及原地应力测量、水压致裂原地应力测量技术。Haimson教授共编撰专著3本,发表文章100多篇,这些专著和文章都在国     

水压致裂试验过程中诱发的声发射

为了研究水压致裂过程中裂缝的扩展机制,在北京房山花岗岩体中开展了大型水压致裂试验。试验是在一个深 301 m的岩石新鲜完整的FR钻孔中进行的,其周围半径约40 m的范围内布置了4个120 m深的声发射观测孔。在FR孔中深度60 m至140 m的范围内选取了7段没有天然节理的部位进行了水压致裂。在所有的试验中,发现水压致裂形成的裂缝通过天然节理与AE孔连通,只在深度118.5 m进行的试验,观测到由水压致裂产生的AE事件。由声发射的震源机制解得到的P轴和T轴的方向与水压致裂应力测量的方向一致。     

广西全州天湖水电站水压致裂三维地应力测量及其应用

一、引言用水压致裂法测量地壳应力的大小和方向,具有其它测量方法不可比拟的优点,不仅操作简单,而且可进行地表以下几百米甚至千米深度的应力测量,直接确定应力值和岩石力学参数等.我们研制的轻便水压致裂应力测量系统已在水电、石油、交通、煤炭等部门得到广泛应用. 常规水压致裂法的一个重要假设,即三向主应力之一与孔轴平行,从而确定平面应力     

极地深部冰层取心钻探孔壁水压致裂研究

为了维护极地深部冰层取心钻探工作中钻孔的稳定,避免孔内事故的发生,冰层孔壁的水压致裂问题是亟待解决的重要科学问题之一。本文在深入分析国内外冰层钻探资料的基础上,结合冰盖动力学相关理论,计算得出了钻孔所在区域冰层的密度、温度及内部应力随深度的变化规律。在此基础上,结合油气资源勘探水力压裂技术与冰层钻进钻井液等相关理论,建立了合理的孔壁压差计算方法,深入探讨了适用于深部冰层钻探孔壁水压致裂机理。研制了冰层钻孔水压致裂模拟实验装置,可分析研究不同围压条件下冰样的脆性变形机理。结合我国Dome A深冰心钻探工程实际,提出钻孔可能发生水压致裂的深度区域及孔壁所需的起始裂纹长度判定,以期为后续的安全高效冰层钻进提供重要的理论依据。     

引黄隧洞地应力测量

本文应用水压致裂地应力测量法和声发射法,在山西太原引黄工程的两个钻孔中进行了地应力测量,得到了可靠的数据,为隧洞设计提供了依据。文章首先对水压致裂测量方法进行了介绍,然后给出了测量结果。并对隧洞断面的设计和岩爆问题进行了讨论。根据岩爆发生的准则指出,若隧洞走向与最大水平主应力平行,且选择适当断面,将减小岩爆发生的可能性。      

三峡水库蓄水后坝址附近诱发地震可能性探讨

在三峡水库坝址区附近的茅坪镇我们钻了一口800m 深的钻孔.在该钻孔中,从155m 到790m,共进行了16个深度的水压致裂应力测量.最大水平主应力的平均方向N69°W.根据水压致裂应力测量结果进行线性回归,得S_H=9.28 0.0137H(MPa)S_h=4.65 0.0110H(MPa)S_H=0.0268H(MPa)其中 S_H 为最大水平主应力;S_h 为最小水平主应力;S_v 为垂直主应力;H 为深度(单位为m).如果水库蓄水后水位增加130m,根据茅坪钻孔的原地应力测量资料及从实验得到的摩擦强度资料,对三峡水库坝址区附近的水库诱发地震可能性讨论如下:(1)水库蓄水后,在 H<294m,的浅部,在方位合适的断层或节理上可能会有一些小的逆断层活动.(2)在294m相似文献   

水压致裂应力测量数据分析 ——对瞬时关闭压力ps的常用判读方法讨论

在水压致裂应力测量压裂特征参数中,瞬时关闭压力 是重要的研究内容,因为它不仅直接代表最小水平主应力,而且在计算最大水平主应力时,该值又是重要的参数。 判读的准确性和可靠性直接关系到水压致裂应力测量结果的可靠性与精度。结合3个典型的水压致裂测试曲线,分析了单切线法、dp/dt方法、马斯卡特方法和dT/dP法4种常用判读关闭压力方法的取值特点和适用性。结果表明,该4种判读方法对于不同形态的水压致裂测试曲线不具有普遍适用性,因此,对不同形态的水压致裂测试曲线进行判读关闭压力时,所选取的判读方法也不同。对于岩石完整、原生裂隙及节理不发育、岩石结构致密的水压致裂压裂段,应选取以上4种方法中2种或2种以上方法进行判读瞬时关闭压力值;对于岩石完整性差、原生裂隙及节理较发育、岩石结构较破碎的水压致裂压裂段,为取得比较可靠有效的关闭压力值,建议用单切线法计算机自动取值和dp/dt方法所取的关闭压力值。     

沉积盆地深井孔隙压力测量

一、引言在水压致裂应力测量中,最小水平主应力值(S_b)是根据关井时间的裂缝瞬间闭合压力(Ps)确定的,即: S_h=P_s 而最大水平主应力值(S_H)则依据下面方程求得: S_H=3S_h-P_r-P_0 (2) 式中,P_r是裂缝重新张开时的压力,它可以在压裂记录中取得;P_0是地层中的孔隙压力,在一般情况下,把它近似地当作静水压力代入上式计算。但对于深部地层来说,则不能简单地取而代之。特别是在数千米之下,孔隙压力常高于静水压力,它不但使水压致裂应力测量资料的分析和解释工作复杂化,而且也会对测量技术和压裂工艺方面带来极大的     

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。     

摩尔-库伦强度准则在水压致裂数值模拟中的应用

水压致裂的基本计算原理是以最大张应力准则为基础的。一般认为水压致裂过程中,孔壁在水压力的作用下只会发生拉张破坏。最近的实践表明,孔壁的破坏不仅会产生张性破坏还会产生剪切破坏。本文基于摩尔-库伦准则,通过理论推导得出水压致裂过程中孔壁不仅产生张性破坏,也产生剪切破坏,同时验证了摩尔-库伦准则在水压致裂孔壁破坏机理研究中的适用性;利用数值模拟的手段以莫尔-库伦准则来说明水压致裂应力测量中裂缝并不总是拉张破坏引起的,也有可能是剪切破坏,且起裂位置与应用最大拉应力准则时重合;由于围压对莫尔-库伦剪切破坏准则破裂应力有较大影响,因此即使同一种岩石在不同的应力状态下的破裂对应正应力也将不同,该研究为摩尔-库伦准则在水压致裂中的应用有重要的参考价值。     

水压致裂测试技术的发展与应用

水压致裂技术作为原地应力测量普遍采用的一种方法,近年来得到了长足发展。原本该方法只能进行水平主应力的测量,现已发展为广泛应用的三维原地应力测量方法。尤其是在诸如抽水蓄能电站的高压输水隧洞、气垫调压室等承压洞室工程中,在工程利用深度域的各种岩性结构层段上,采用水压致裂技术进行梯级增压测试,便可给出围岩自身承载能力的评价结果,由此为工程的科学设计提供可靠的依据。同时,由于岩体透水性是工程地质不可或缺的一项勘测内容,而低压下不透水的岩层在高压力作用下往往漏水,因此采用水压致裂技术进行高压压水测试,就可以给出工程运行条件下岩体透水性的可靠测试结果。本文仅就水压致裂测试技术的主要发展及其应用做一简介。     

水压致裂起裂压力的细观离散元模拟及试验研究

水压致裂起裂压力的预测对于油气开采、地应力测量、水工结构物抗裂设计等具有重要的意义。采用颗粒离散元结合域-管道渗流模型的流固耦合非连续数值模拟方法,基于扩展前端法生成的含规则形状钻孔的颗粒体模型,对水压致裂的细观起裂过程和起裂压力大小进行了定量模拟。结果表明,在消除了颗粒体中钻孔形状不规则性的基础上,钻孔壁的接触力链分布与理论解较为一致,拟合的离散元起裂压力公式也与理论解较为接近。进一步地,从颗粒材料受挤压时产生局部张拉力的角度解释了起裂压力拟合公式与理论解之间的差别。最后,设计了含预制钻孔的抗渗砂浆试块制备方法,对不同主应力组合下的起裂压力大小进行了真三轴室内试验,验证了离散元模拟结果的可靠性。     

基于水压致裂法的岩石抗拉强度研究

为了揭示水压致裂法和巴西劈裂法测量岩石抗拉强度的关系,开展了理论和现场试验研究。基于经典的水压致裂法理论,推导了不同围压下钻孔破裂压力和抗拉强度。利用断裂力学理论建立了水压致裂法和巴西劈裂法测得抗拉强度的关系。利用预制切槽方法模拟天然裂纹,对水力裂缝的起裂压力进行了研究。结果表明：围压为最大主应力等于3倍最小主应力测得的抗拉强度大于围压为0测得的抗拉强度;水压致裂法和巴西劈裂法测量抗拉强度关系与应力场、裂纹长度、断裂韧度3个变量有关;通过在晋城矿区王台铺矿的预制切槽试验,运用断裂力学建立的抗拉强度计算式更为符合现场实际。研究结果可为坚硬难垮落顶板预制切槽的水力压裂设计提供参考。     

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。      

原生裂隙水压致裂原地应力测量的理论与实践新进展

HTPF法测试所需的数目众多的原生裂隙面大大制约了这种方法的推广应用。针对这一问题,通过为原生裂隙面上广泛存在的剪应力建立力学方程,利用最小二乘法和计算机程序试错搜索原生裂隙面摩擦系数的办法反演原地应力张量。理论上基于每个原生裂隙面的水压致裂测试结果可以建立两个力学方程,那么只需要3条原生裂隙就可以求解原地应力张量,但为了保证计算机程序反演收敛,至少需要5条原生裂隙,这一方法被定名为M-HTPF法。将这种方法在山东某科研钻孔的原地应力测量作业中进行了应用,通过利用5条原生裂隙面上的水压致裂测试得到的关闭压力和方位角数据,反演得到原地应力张量:σ_1=8.85 MPa,方位角为N58.12°W∠14.18°;σ_2=6.61 MPa,方位角为N26.2°E∠-21.54°;σ_3=5.01 MPa,方位角为N62.86°E∠63.86°。通过与同一钻孔内的经典水压致裂法的测量结果对比可知,两种方法得到的最小主应力和中间主应力非常接近,最大主应力则相差较大;两种方法获得的最大、最小主应力方位角基本一致。该方法为单孔三维水压致裂原地应力测量提供了新的思路和途径。     

华东某公路隧洞地应力测量与岩爆可能性浅析

通过华东某公路隧洞3个深钻孔的水压致裂法地应力测量结果,分析并推导得到了隧洞轴线水平面上的应力和隧洞轴线横截面内最大切向应力的估算公式,并用于隧洞形状选择及隧洞开挖时岩爆可能性判断。认为测区应力以水平作用为主,在测试深度域内最大水平主应力的数值在4.69~14.07MPa,优势方向约N61°W,用应力估算公式和岩爆判据得出岩爆发生的临界埋深厚度约304m。     

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。