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.      

两种典型河谷应力场应力分布特征对比分析

地应力作为工程建设的基础地质条件之一，已得到较高重视，许多大型工程都开展了地应力的测试分析研究。本文选取两种典型的深切峡谷，运用三维有限元软件模拟河流下切、河谷形成过程，得到了现今的峡谷应力场。在此基础上，详细分析各自应力场的空间分布特征，并将两者进行了对比分析。得出高山峡谷应力场分布的一般规律。     

印度-澳大利亚板块应力场数值模拟及其动力学分析

印度-澳大利亚板块的边界类型和性质十分复杂。本文采用伪三维有限元方法,利用WSM2000观测应力场数据的应力取向和应力状态作为主要约束,建立了印度-澳大利亚板块岩石层三维模型,对印度-澳大利亚板块构造应力场进行了数值模拟,进而探讨印度-澳大利亚板块所受边界力对板块内部应力场的影响。结果显示,印度-澳大利亚板块的构造应力场主要受到两个因素的控制:①软流层静压推力;②来自碰撞带的阻力,包括喜马拉雅、巴布亚新几内亚、新西兰和印度-澳大利亚板块与欧亚板块的西北边界。而来自俯冲消减带的拉张作用力对板内应力场的作用相对较小。      

沿淮地区的现代应力场及其对井巷工程稳定性的影响

沿淮矿区,在工程施工中,由于对现代地应力场的研究处于初始阶段,且缺乏现代地应力测试技术。该区在现代应力场作用下,井巷工程稳定性破坏直接损失达千万元以上。因此,本文通过震源机制解,邻区的绝对地应力量测岩石圈层的构造应力与地幔对流情况,并结合遥感影象的共轭线性体构造的主应力轴方位解技术方法,较全面地分析、预测了该区的现代应力场特征。该区现代构造应力场最大主压应力方位在N30°—60°E范围之内。它是沿淮矿区井巷工程稳定性严重破坏的重要因素之一,而且是第一性的。     

清江水布垭工程坝址岩体稳定性三维数值模拟研究

清江干流水布垭水电枢纽是与隔河岩、高坝洲水电枢纽并重的国家级大型水电工程 ,坝址区高边坡稳定性问题是水布垭坝址主要的工程地质问题之一。采用三维有限元数值模拟方法 ,对坝址区岩体应力场和位移进行了研究 ;探讨了岩体三维应力、应变分布与岩体变形破坏的关系 ,评价了岩体的稳定性     

长河坝水电站河谷应力场特征三维数值模拟研究

根据水压致裂法及孔径变形法的应力实测成果,采用三维有限元分析方法模拟河谷形成的下切过程。结果表明,最大主应力在河谷谷底部位较为集中,其迹线在坡面附近发生明显偏转;断层造成地应力局部分区和局部地应力集中,但未改变应力场的整体分布规律。研究成果对认识深切河谷区斜坡应力场特征具有重要意义。     

塔里木盆地大北气田构造应力场解析与数值模拟

构造应力场研究对于塔里木盆地大北气田的开发具有重要理论与现实意义。通过区域断裂与背斜长轴走向、钻井诱导缝走向与井壁坍塌方位分别确定了古、今构造应力场的方向,采用测井资料计算了古、今构造应力场的大小。在此基础上,利用ANSYS有限元分析软件建立了大北气田主体气藏区大北102区块和大北201区块的地质模型,并通过测井资料计算及动静态转换确定岩石力学参数,利用构造应力场解析结果确定边界条件,进行了大北气田古今构造应力场的数值模拟,分析了构造应力场的分布规律以及构造应力场与构造裂缝和产能的关系。结果表明:大北气田古、今水平最大主应力方向分别约NNW336°和NWW305°,应力大小分别具有σHσhσv和σHσvσh的特征,分别属于Ⅱ类和Ⅲ类地应力;主应力和主差应力在平面上表现为背斜高部位为低值、翼部为高值,纵向上随深度增加而增大;构造裂缝的走向受控于水平最大古构造应力方向,与现今水平最大主应力方向近似平行或呈小角度相交,构造裂缝可沿走向继续延伸,开度也不会因构造挤压作用大幅降低,有效性可得到很好的保存,气藏区构造裂缝发育程度与主差应力的大小呈正相关关系;背斜高点是构造应力的低值区,油气在应力势差和浮力的共同驱动下聚集成藏,其中主差应力较大的井点构造裂缝较发育,无阻流量较高,因此在背斜高点主差应力较大的区域部署井位,有较大概率获得天然气的高产。     

构造应力场三维数值模拟的有限单元法

目前构造应力场的研究主要是基于平面的二维分析,随着油气成藏过程三维模拟的发展,应力场的三维数值模拟显得越来越重要.从三维空间角度出发,分析了应力场的有限元模拟与求解的整个过程.基于不规则六面体单元的角点网格数据模型,对有限元求解法进行了分析与研究并提出计算方法.基于不规则角点网格数据模型的三维构造应力场有限元计算方法是本文的创新点.最后用上述方法对东营凹陷的牛庄-王家岗区域三维应力场进行了实际模拟计算,计算结果相比于其他数据模型更符合实际情况.      

基于断层滑动数据古应力反演的影响因素及其误差分析

古构造应力场是构造动力学研究中的一个重要内容,且断层滑动数据古应力反演已经成为古构造应力场恢复研究中比较常用的重要方法之一。近年来,断层滑动数据古应力反演方法研究和应用取得了一系列重要进展,但有关反演结果的解释仍存歧义,反演结果的影响因素及其误差范围等并未得到深入研究与定量分析。本文总结指出,影响断层滑动数据古应力反演结果的主要因素包括变形体制、剪切破裂面类型、断层面的形态以及地质体内薄弱面的存在等。在此基础上,分别对新生断层和先存薄弱面滑动数据的古应力反演综合误差进行了定量分析。研究指出,在可以大致厘定变形体制或误差在允许范围内的前提下,将断层滑动数据反演结果解释为应力状态是合理可行的。各种因素导致的反演误差定量分析表明,同一期构造应力场形成的破裂面滑动数据的古应力方位反演误差最大不超过35°。换言之,在没有证据表明存在不同期次的应力作用情况下,主应力方位变化小于35° 的应力状态,可以划归同一期应力场。     

北半球陆壳现今构造应力场分布模式——基于有限元分析

北半球大陆现今地貌形态是板块作用的产物,其动力学机制相当复杂,而目前尚无统一的应力分布模式。采用三维弹性有限元模型,综合考虑构造边界与地壳结构的影响,并以震源机制解作为验证手段,正演出北半球陆壳现今构造应力场。结果显示,板块边界力对区域构造应力场起主导作用,而地壳深部莫霍面与均衡面的深度差会伴生垂向构造力使局部地区应力性质发生改变。受地壳结构的影响,板块的汇聚边界、转换边界仍可存在高张应力值,地壳内部构造活动强烈地区往往差应力值较大。北半球现今地应力场是地壳长期演化的一个瞬时状态,三维弹性球壳模型模拟结果可靠,可以作为北半球陆壳构造应力场分析的定量参考模型。     

蒲石河抽水蓄能电站地下厂房三维初始应力场反演分析

采用三维非线性有限元反演回归分析计算方法,提出侧压力系数函数拟合方法,考虑了地质构造,地形地貌以及实测应力对初始应力场的影响。对蒲石河抽水蓄能电站地下厂房区域初始地应力场进行反演回归分析研究,实测点处附近应力分布的局部特性证明反演计算方法是合理的。     

上部岩石圈的水平应力

<正> 岩石圈水平应力的大小及其空间变化是当今地球科学中最重要的研究课题之一。我们考虑到岩石圈的三维不均一性,采用三维有限元方法计算了全球上部岩石圈的应力状态。本文较详细地介绍了上部岩石圈应力状态的三维有限元模拟的方法及得到的水平应力特征。     

中国大陆科学钻探主孔钻孔崩落与现场应力状态的确定

中国大陆科学钻探主钻孔在1200m深度以下出现了钻孔崩落现象,我们在1200m至2015m的范围内采集了82个钻孔成像测井图象资料。对钻孔崩落长轴方位进行了方向统计,结果表明近似对称的崩落平均方位为324.8°±3.3°,对应的平均最大水平主应力方位为54.8°±3.3°。利用崩落形状要素(崩落深度和崩落宽度)以及岩石力学实验确定的岩石内聚力和摩擦系数,计算了1269m、1500m、2000m等16个深度上的最大和最小水平主应力的大小。根据岩石密度测井资料计算了各个深度上静负载应力。三个主应力的大小和方向反映出主钻孔位置的应力场处于走滑应力状态,与地震震源机制解得到的走滑应力场一致。     

大别山双河片麻状花岗岩岩体石英组构特征及应变分析

对大别山双河片麻状花岗岩岩体中的石英C轴组构、黑云母(001)解理极点和石英颗粒三维应变分别进行系统测量。结果显示,双河岩体在侵位和后期演化过程中以挤压变形为特点,岩体经过NW-SE向和NE-SW向两次挤压,NW-SE向挤压强度较大,奠定了岩体基本的构造形态。结合区域应力场特征分析得出,双河岩体在早三叠世至早侏罗世应力方位为NW-SE向挤压,中侏罗世及后期为NE-SW向挤压,应力场发生顺时针变化。      

京西煤田燕山早期挤压构造应力场有限元模拟研究

文章在实测矿区不同规模的褶皱构造,求出它们所反映的三向主应力轴方位,恢复该煤田燕山早期的挤压构造应力场的基础上,进行了二维平面应力场的有限元模拟。     

论全球岩石圈应力源

目前,已有7000多个原地应力方位被编进了世界应力图计划,其中约有4300个被认为是可靠的构造应力标志,它们所记录的水平应力方位在±25°之内或更小。从原地应力测量推算出的应力方位与从井下爆破深度达4～5km的1～2km处所观察到的应力方位,以及从20km深的地震震中应力场中所推出的结果进行了严格对比。区域均匀应力方位和相对级别的计算,必须首先确定区域的应力类型,特征区的宽度一般是脆性岩石圈上部厚     

二滩电站坝肩厂房三维有限元分析及围岩变形观测反分析

本文首先用应力函数法对二滩电站地下厂房区的着干地应力实测点进行拟合,给出了三维连续初始应力场。然后对三个大型洞室形成的厂房群进行三维有限元分析,得出了洞群围岩中破损区、应力弱化区及高应力区的分布,并就三维分析与二维分析的结果进行了对比。可以认为,二维分析不一定比三维分析更安全,因为三维分析得出的拉破裂范围更大些。文中还提出了一个用弹性有限元分析近似推求裂隙围岩破裂范围的方法。最后介绍在该现场的一个试验洞中进行围岩变形观测及反分析的结果,该反分析较好的验证了围岩力学参数及地应力测量的结果。     

三峡工程库首区及狮子口重力滑动构造系统的构造应力场研究

基于野外实测和室内测试,计算分析及有限元模拟,对三峡工程库首区燕山期和喜山期的区域构造应力场以及狮子口重力滑动构造应力场进行研究。区域构造应力场的主要特征是：燕山主期σ1和σ1近水平,分别近S－N向和E－W向,σ2近直立,差异应力200MPa、变化范围150－250MPa;喜山主期σ1近水平,总体方向NNE70－SW250°,差异应力100MPa,变化范围80－120MPa,在空间变化上,前者表现为南部差异应力高于北部差异应力,后者的变化规律不太明显。狮子口重力滑动构造系统的应力场比较复杂,总体呈近E－W向的前缘挤压、后缘拉伸,而滑动系统内部叠置产出的三个滑块也分别表现出后缘拉伸、前缘挤压并交替出现的特点,反映了区域应力场背景下的局部构造应力场特征。     

拉萨地块保吉地区晚侏罗世——早白垩世地层磁组构特征

拉萨和羌塘地块拼合形成了青藏高原的核心,但迄今对两者的具体拼合时间仍存在激烈的争论。为进一步寻找约束两者碰撞时限的地质证据,对拉萨地块晚侏罗世—早白垩世地层的磁组构特征进行研究。结果显示:晚侏罗世地层磁组构特征显示其遭遇过较强的构造应力,吐卡日组地层磁化率主轴k_1方位与地层面斜交,但经地层校正后,k_1方位与区域褶皱方向一致,表明应力方位为北北东—南南西向;萨波直不勒组地层k_1方位在地层校正前平行于层面,指示了垂直于主压应力的方向,推断晚侏罗世地层磁组构记录了同一期应力,应力方向均为北北东—南南西向。早白垩世多尼组地层磁组构显示其后期遭受的构造应力场强度弱,且与晚侏罗世应力并非同一期。因此,通过对比晚侏罗世与早白垩世地层的磁组构特征,认为保吉地区晚侏罗世地层磁组构记录了北北东—南南西向较强的构造应力,推断该期应力来源于拉萨-羌塘地块的碰撞拼合事件,而多尼组地层并未受该期应力场的影响,仅记录了区域褶皱隆起时的应力场。     

考虑饱和-非饱和渗流场和应力场耦合的三维强度折减有限元程序研制

探索考虑饱和-非饱和渗流场和应力场耦合的三维强度折减有限元技术,并研制成功一个考虑饱和-非饱和渗流场和应力场耦合的三维强度折减有限元程序,通过与传统极限平衡法分析结果对比研究,对抗剪强度折减有限元法分析边坡稳定问题的适用性进行了评价,得出采用三维强度折减有限元法确定考虑饱和-非饱和渗流场的边坡稳定性安全系数是可行的结论.