采用接触预压式元件的钻孔变形法地应力测量的全过程力学分析

本文考虑了元件预加接触压力、套芯应力解除和元件率定等手续,对采用接触预压式元件的钻孔变形法地应力测量的全过程进行力学分析,得出了孔壁折算位移的精确公式,从而揭示了初始接触压力、套芯解除半径和率定实验的试件大小等因素对折算位移的影响。文中对围压率定法优于哈斯特率定法的原因作了进一步解释;还讨论了围压法率定中围压室隔层对围压传递的影响。文末提出了恰当使用这种地应力测量法的若干建议。     

钻孔法地应力测量计算中的误差传递问题

用钻孔法测量地应力时,传感元件测量的是钻孔的径向位移,得到的数据是井下传感元件的电学值,目前采用的压磁型探头,得到的数据是元件的电感值。当元件夹角为45°时,由元件测值的变化来计算σ_1(最大主应力)、σ_2(最小主应力)和ψ(最大主应力方向)的公式如下υ: 元件测值的变化(L_2—L_1)除以元件的灵敏系数K得“记录应力值”S(K由实验室     

粘弹性介质中初始构造应力对钻孔应力相对测量的影响

讨论了在粘弹性介质中用长圆筒式探头测量地应力相对变化时初始构造应力对测量值的影响．用地层、水泥环和探头圆筒组成的三层线性粘弹性介质模型来模拟整个测量系统，利用对应原理得到了在初始构造应力作用下探头内壁径向位移解．计算表明；① 初始应力的影响表现为探头内壁径向位移随时间逐渐增大，但其增长率逐渐减小，最终达到一恒定值；② 对于地应力变化量的测量结果来说，如不考虑初始应力的影响，则将在地应力变化量上引入主应力大小为(c0+c1e－1t+c2e－2t)io、方向与初始主应力相反的误差．其中，c0，c1，c2和1，2只与地层的力学性质有关，io(i=1，2)是初始构造应力的两个主分量．最后指出，在地层比较软和初始应力比较高的情况下，初始构造应力对地应力相对变化的测量有相当大的影响.      

地应力观测井中元件标定及应力场计算方法

在地应力长期观测中,对井下现场标定观测元件的布设以及计算应力的相对变化是一个困难的问题。针对这个问题,提出了在钻孔内布设四个应力测量元件,而非传统三个元件的测量方法。在井下其中一个元件大体标定的情况下,对其他元件进行了相对精密标定,并给出了应力变化以及实现应力观测数据可靠性自校的计算公式。     

观测构造应力场及其变化的新型系统

一、简况电阻式地应力就是以电阻型敏感元件,如丝式应变片、箔式应变片、半导体应变片以及其它电阻型力敏元件,制作成传感装置(传感器,即探头),配之以相应的二次仪表(测试仪),来测量地下应力—应变信息。此项试验观测工作开始于一九七六年。当时,对各种换能器的特征、线性范围、测试精度.使用条件     

用地应力测值定性判别测区应力状态

应用钻孔法测量地壳中应力的相对变化,其中一个重要环节,就是通过元件测值变化计算测区应力的变化。这种定量计算需涉及若干力学问题,然而现有的一些地应力台站,在这些方面存在着不同程度的缺欠。针对这种情况,就需要一种定性判别测区应力的方法。 当前多数地应力台站,是根据材料的压磁效应测定元件电感值的变化以确定测区应力变化。而元件电感值的升降,直接取决于钻孔孔壁对元件两端的作用力。由于元件与孔壁间存     

汶川M_S8.0地震对龙门山断裂带附近地应力环境影响初探——以北川、江油地区为例

为探讨汶川MS8.0地震对龙门山断裂带现今地应力环境的影响,2009年10—12月,在龙门山断裂带的北川、江油地区开展了3个200m深度钻孔水压致裂地应力测量,获得了汶川MS8.0地震发生1年多以后断裂带附近地壳浅表层地应力环境.根据研究区内的原地应力测量结果及汶川MS8.0地震引起的断层错动等资料,运用线弹性有限元数值模拟方法,计算得到了由断层错动位移所产生的附加应力,并推算了ZK02和ZK03位置震前应力分布特征.通过对比分析,揭示了断裂带附近地应力场的变化规律,探讨了汶川MS8.0地震对龙门山断裂带附近地应力环境的影响.     

邢台等四台站地应力近期观测结果的特征与分析

本文综合运用文献[1]～[4]的理论与计算方法,对邢台等四个地应力观测站1982～1988年间连续观测结果的特征进行了研究分析,将近期观测结果与1974～1984年的结果相比较,发现附加应力参数动态基线的系统变、偶然变,动态比例因子、比率变化、带权相关系数等各种具有前兆特征的变化,可能是与华北地区地震的孕育或发生有关的应力异常信息。     

用双扭方法研究岩石的断裂韧性

本实验用双扭技术测量了济南辉长岩的断裂韧性.在干、湿及垂直向位移恒定的条件下,用双扭松弛方法测定裂纹的扩展速度 V.得到了与 Atkinson [1]类似的结果.济南辉长岩的断裂韧性为:KIC=2.810.03MNm-3/2.本文提出了 Spetzler[2] 和 Atkinson 关于在湿条件下亚临界裂纹扩展机制的不同看法.由声发射的实验结果看出,声发射率与应力强度因子的关系呈现了与 K1——V 曲线类似的趋势.      

深切峡谷地区地壳浅表层地应力状态变化分析

本文以三峡水库引水工程秦岭特长隧洞水压致裂地应力测量为例,在野外地质调查、室内超前预测分析、现场和室内测试等的基础上,对深切峡谷地区地壳浅表层地应力状态进行了系统分析,结果表明深切峡谷地区地壳浅表层分为应力降低区、应力增高区和原始应力区,原始应力区（即构造应力面）的深度大致等于地应力测点周围山体和沟谷之间的相对高差.     

Cased borehole effects on downhole seismic measurements1

Both approximate and exact formulations for the interaction of an incident elastic wave with a cased borehole are presented. In the approximate method, simple and explicit formulae are derived for the pressure in fluid at low frequencies. In the exact method, elastic potentials in each annulus are represented as a superposition of fundamental solutions to the Helmholtz equations. Continuity of displacements and stresses across layer boundaries are used to determine unknown coefficients. A global matrix algorithm is employed to compute simultaneously these coefficients in individual layers. Calculations show that, in cased boreholes, the borehole effects on downhole seismic measurements are more significant than in open boreholes. A strong resonance occurs in the fluid for SV-wave incidence from a soft formation. This resonance is prominent even at very high frequencies because the tube-wave velocity is raised well above the formation shear velocity by the steel pipe. At a particular angle of incidence of a plane P-wave, the pressure in the fluid is near zero at low frequencies (the cased borehole screening phenomenon). For hard formations and frequencies above 1 kHz, the cased borehole influence on a downhole geophone measurement is significant, especially at grazing incidence. For soft formations, both the pressure in the fluid and the solid displacement on the borehole wall show strong dependence on frequency and angle of incidence, even at low frequencies.     

Earthquake-induced ground displacements

The paper brings up to date and amplifies earlier work on earthquake-induced ground displacements using near-field strong-motion records, improved processing procedures and a homogenizing treatment of the seismological parameters. A review of upper bound limits to seismic displacements is given and a predictive procedure is examined that allows the probabilistic assessment of the likelihood of exceedance of predicted displacements to be made in the near field of earthquakes in the magnitude range 6.6 to 7.3. Using a considerable number of unscaled ground motions obtained at source distances of less than half of the source dimensions, graphs and formulae are derived that allow the assessment of permanent displacements of foundations and slopes as a function of the critical acceleration ratio.     

利用钻孔形变测量介质中应力场——有关地应力测定中的元件和测量数据处理的讨论

在坑道中或地表上,对地壳形变所进行的各种观测,是了解地下应力活动的重要手段。目前,国内外开展在岩石中钻孔进行应力测定存在的问题,是受局部偶然因素的影响较大,需要注意克服。 求取地下岩体中的实际应力值,不仅是地震预报工作的需要,也是建筑、水坝、隧道、     

根据钻孔崩落椭圆确定地壳应力方向

本文根据钻孔崩落椭圆是由水平地应力引起孔壁在最小水平主应力方向发生剪切破坏的理论,讨论了由崩落椭圆确定水平主应力方向问题.讨论了地层倾角和四臂井径测井的测量方法、资料处理以及识别崩落椭圆的原则,并列举出两个不同类型的实测例子.最后分析了河南濮阳地区的29个钻孔的地层倾角和四臂井径测井资料,得出该地区的平均崩落椭圆长轴方位是 N15E,由此确定的最大水平主应力方位是 N105E.      

地震作用下夯土城墙动力响应分析——以山丹明长城为例

2022年1月8日门源M6.9地震造成山丹明长城局部破坏。为研究此次地震作用下夯土城墙的动力响应与破坏特征,基于地震现场考察结果,采用振幅等效处理后的记录地震波为输入地震动,开展双向地震荷载作用下夯土城墙的动力响应数值分析,研究不同位置测点的最大位移、峰值加速度与墙体应力分布特征,探讨地震导致夯土城墙破坏的主要内因。研究结果表明：双向地震荷载作用下,墙体位移和峰值加速度(PGA)随着高度的增加逐渐增加,但距墙体底部0.5 m高度范围内PGA放大效应不明显,最大位移、加速度均出现在墙体顶部裂缝位置处;水平地震荷载作用下墙体的地震动响应更为显著;墙体的最大主应力、最大剪应力均出现在有裂缝处的底端掏蚀悬空部位,墙体裂缝、夯筑搭接、掏蚀悬空处应力集中明显;裂缝对夯土城墙的地震动放大效应在一定高度范围内表现为弱化作用,但随高度增加逐渐过渡为强化作用;裂缝可显著增强墙体顶部地震动响应,可能是本次地震诱发城墙破坏的主要内因。研究成果可为古城墙遗址的加固修缮提供科学指导。     

Comparison of the results obtained from different techniques such as overcoring, hydrofracturing, breakouts and focal mechanism solutions

In China, a lot of data derived from focal mechanism solutions, and especially, from overcoring and hydrofracturing stress measurements, as well as borehole breakouts carried out for various aims have contributed to understanding of the state of the crustal stress. We conducted everin situ stress measurements in a borehole with different methods, for the sake of comparison of various measuring techniques. Furthermore, we carried out measurements in different borehole with one or two kinds of techniques. All the observations taken out in these ways showed little variations. So we believe that the data obtained by the techniques can be used to study the tectonic stress field of certain region and thein situ state of the crustal stress. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,14, 149–155, 1992.     

钻孔体应变与面应变观测井孔耦合系数的计算

钻孔应变观测系统（岩石、 膨胀水泥和应变仪钢筒）存在显著的井孔耦合效应,只有确定这一耦合系数,才能得到地壳岩石的真实应变值,从而实现不同测点数据的可比性．本文根据双衬套理论及弹性力学理论,建立了三维空间应力作用下体应变与面应变观测力学模型,并进一步推导各自井孔耦合系数计算式,发现两组系数与井孔的受力状况密切相关,分别与不同力源引起的应变信号相对应．亦即应力比（钻孔轴向应力与平面应力之比）不同,耦合系数也不一样,体应变随应力比的增大而下降,面应变则上升. 本文结果还表明平面应力作用下的耦合系数与外加应力无关,只与观测系统本身有关,故数值保持恒定. 此外,文中对其影响因素也进行了分析,结果表明,体应变和面应变的井孔耦合系数均随岩石弹性模量和泊松系数的增大而增大,且前者的幅度较大,井孔耦合材料水泥对二者影响均很小．      

Optical Fiber Interferometers for Referencing Surface Benchmarks to Depth

—We have developed and operated optical fiber interferometers for monitoring displace ments within boreholes, as part of a program of crustal deformation measurement. These optical fiber strainmeters—a total of twelve instruments at two sites in southern California—were installed to sense the motion of the end-monuments of much longer baseline strainmeters and tiltmeters, allowing correction for any near-surface ground movement. One of the installations was specifically designed to investigate the distribution of deformation with depth, measuring over several borehole length-intervals from 5 m to 50 m. The displacements recorded over year-long time scales along these length intervals range up to 6 mm and show internal consistency and stability at the 50 μ m level. The use of these interferometers to provide correction signals for kilometer-scale crustal strain measurements has resulted in greatly improved records.