地下水封油库工程中三维地应力测量及其应用

地下水封油库是一种复杂的地下工程, 在施工期间开展岩体原位应力三维测量, 对设计的开挖和支护方案进行检验和复核, 有利于设计优化和指导施工。采用水压致裂测量方法, 在油库内南北水平、东西水平和垂直3个方向钻探成孔进行地应力测量, 综合3个方向的地应力测量结果, 计算确定三维地应力大小和方向。计算结果验证了设计所使用的勘察阶段地应力测量结果的可靠性, 检验和复核了设计施工方案的合理性, 并进一步评价了地下水封油库围岩稳定性。      

深部储层三维地应力场反演

新场须二段储层埋深大于-4600米。鉴于其三维地应力由于场地及经费不能大范围测试,选取周边同等深度由水力压裂法得到的几个应力点测试值和井壁崩落方位应力指示技术得到的应力方位为依据,建立有限元三维数值模型。通过区域应力场的有限元反演使应力场的最大主应力方向和量值与实测值达到最佳耦合,从而得到研究区深部应力场整体分布特征。     

用于深井三维地应力测量的一种新型自动测量探头

一、前言 自1976年以来．瑞典国家电力部(SSPB)一直致力于发展研究三维原地应力测量的仪器和方法．这一测量方法是结合李曼一赫尔特斯方法，并且建立在应变片和套芯解除法的基础上。从1926年到1988年，在垂直钻孔中，利用携带电缆粘贴复合式探头悬于井下的方法，     

铁矿深埋巷道围岩变形与地应力关系研究

随着大量深埋地下工程的建设,尤其是大型矿山,与巷道围岩稳定有关的各种地质灾害问题突出,因此其一直备受关注。某铁矿巷道埋深450～800m,变形剧烈,局部持续大变形,呈条带状臌出。地应力实测结果表明,矿区地应力总体特征为σv≥σH〉σh,现今水平构造作用明显,最大水平主应力为13-21MPa,接近岩体自重。大变形洞段围岩为裂隙化岩体,强度低,蠕变性明显。有限元分析表明,巷道开挖后在边墙与顶拱和底板交界处产生约40MPa的高应力,造成了围岩变形破坏。后期围岩在高应力作用下产生大变形,其宏观变形破坏特征与软岩相似。另围岩加固与支护发现,普通的挂网喷锚支护已很难适应高应力条件下的岩体大变形。论文基于地应力实测结果,通过对巷道围岩大变形成因机制的探讨以及原加固支护效果的总结,为后期巷道围岩变形破坏的防治提供了参考。     

大茅隧道地应力测量及围岩体稳定性研究

本文介绍了大茅隧道岩石三轴实验和地应力测量结果,分析了隧道围岩体应力作用特征。作用于该区的应力以水平应力为主,量值不大,最大主应力方向为NWW.这与该区主要断裂为压扭性的力学性质及震源机制解的结果是一致的。最后结合该区工程地质条件,对隧道施工安全措施及其稳定性进行了讨论。     

深部地壳中三维地应力测量方法的岩石断裂力学研究

一、前言 除利用水压致裂刺激促进石油、天然气增产，开挖隧道，从地下天然热流体提取地热能等具有悠久历史的技术领域外，近年来提出并正在实施干热岩能提取，地下发电站建设，棱废料地下储存，超导线圈的地下电力储备．地下化学反应炉等多种地下空间的利用，     

木寨岭深埋隧道北段地应力测量与围岩稳定性分析

基于兰渝铁路木寨岭深埋隧道工程区活动断裂调查和3个钻孔水压致裂地应力测量,获得了木寨岭隧道工程区北段的现今地应力分布特征,结果表明,北段工程区最大水平主应力为38.38 MPa,属于高地应力区;三个主应力的关系为SHShSv,表明该区地壳浅表层现今构造活动以水平运动为主,主应力关系有利于逆断层的发育和活动;最大水平主应力优势方向为NE,反映穿越隧道北段的NWW向主要断裂带具有逆冲兼反时针扭动活动特征。根据地应力测量结果、相关理论及判据认为:隧道北段横截面形状以水平长轴、垂直短轴,且长短轴之比近似于隧道截面上侧压力系数的椭圆形为宜;隧道北段在埋深范围开挖时,硬岩具有岩爆发生的可能性,软岩具有发生严重挤压变形的背景。该成果为深入研究隧道区应力场特征,分析隧道围岩稳定性,科学设计隧道断面形状、结构和强度等工程地质问题提供了依据。     

地应力与巷道布置关系的理论研究

初始地应力是地下工程围岩稳定与支护结构设计的一个基本参数。介绍了地应力计算原理 ,并根据矿井实测地应力资料 ,分析了初始地应力场与巷道布置及巷道破坏形式的关系。为今后选择巷道掘进方向和改进巷道支护方案提供了依据。     

论低地应力区地下洞室围岩稳定性合理支护时间的确定

以西北地区某市水利工程为例,论述了低地应力状态下洞室开挖后围岩产生的3种破坏类型,并依据洞室开挖后围岩变形与时间之间的关系,讨论了低地应力区洞室开挖后围岩合理支护时间的确定问题.这一研究成果对于确保地下工程稳定性措施的及时实施,具有重要的理论价值和实际工程意义.     

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。      

ASR法在井下矿山地应力测试中的应用前景分析

现今地应力状态是井下矿山建设、巷道稳定性分析和冲击地压（煤与瓦斯突出）预测等方面的重要基础数据。目前井下矿山地应力测试主要以空芯包体解除法为主,实践中发现空芯包体解除应力计安装过程中,易出现不能与孔壁完全黏贴的情况,导致测试成功率较低且劳动强度较大。文章介绍了一种基于定向岩芯卸荷后非（滞）弹性恢复变形测量的近原位地应力测试方法（简称ASR法）,并通过与水压致裂地应力测试结果对比,验证了ASR地应力测试方法的有效性。ASR法的可重复性结果表明,同一测点ASR地应力测量结果平均差系数最大为6.29%,验证了ASR地应力测量方法的可靠性。预期ASR法以其安全、高效且不受测量深度和测试环境限制等优点,在井下矿山地应力测试中具有广阔的应用前景。      

锦屏深部地下实验室初始地应力测量实践

地应力条件是大型地下洞室稳定性分析与工程设计的必要信息之一,对于深部高应力地下工程的安全评价与灾害防治尤为重要。以埋深2 400 m的中国锦屏地下实验室为例,首先重点阐述了高应力下条件下应力解除法测量地应力的原理与方法,并提出了针对在高应力条件下使用36-2型钻孔变形计地应力测量的改进技术：（1）采用新式阶梯状钻头,分级逐步解除,减小岩芯根部应力集中区域的范围和应力大小;（2）使用大直径解除钻头来增加套孔空心圆柱状岩芯的厚度,即增大裂隙贯通整个岩芯的时间;（3）在测点附近钻取勘探孔以获知测点岩体完整性条件,对是否适合开展测试进行评估。在此基础上,通过现场岩体地应力测试获得每个测孔不同深度垂直钻孔轴线平面上的平面应力状态以及三孔交汇处的三维应力状态（3个主应力的大小和方向）,分析开挖扰动导致的围岩应力重分布规律与原始应力场分布。依据洞室围岩重分布应力特征与现场实际破坏的空间位置对应关系,结合现场破坏情况和工程区域地质条件,多角度验证了三维应力结果是可靠的,可为进一步的工程稳定性评价以及围岩支护设计提供依据。     

红庆梁煤矿地应力场特征及巷道稳定性分析

针对红庆梁煤矿回采巷道变形严重问题,采用空心包体地应力测量方法对红庆梁煤矿3-1煤的地应力进行了实测,获得地应力场分布特征。应用地质动力区划法划分红庆梁井田Ⅰ—Ⅴ级断裂构造,应用“岩体应力状态分析系统”,进行应力区划分和巷道稳定性分析。研究表明：红庆梁煤矿地应力场属于以水平压应力为主导的水平构造应力场,地应力场方向对巷道稳定性影响较小;井田范围内共划分4个应力区：低应力区、正常应力区、应力梯度区、高应力区,分别占井田面积的5.9%、55.7%、27.0%、11.4%;应力大小是影响巷道稳定性的主要原因,致使处于应力梯度区和高应力区内的巷道变形严重。地应力场的分布特征分析和应力区的划分对红庆梁煤矿及类似条件矿井的采掘部署和支护设计具有重要作用。移动阅读     

淮南矿区地应力条件及其对煤层顶底板稳定性的影响

通过现场地应力测量和理论分析以及数值模拟计算,研究了淮南矿区地应力分布规律,探讨了圆形硐室围岩应力分布和不同侧压下回采工作面顶板稳定性分布。研究结果表明:淮南矿区原岩应力主要表现为自重应力场,除局部构造应力集中外,不存在高构造应力;区内侧压力系数λ值一般为0.49~1.49,平均为0.92,并且与测点距地表深度有一定的趋向性,表现为在浅部λ值较大,变化范围也大,而在深部λ值渐小,变化范围也缩小;回采工作面顶底板稳定性与侧压系数λ的大小密切相关,且随侧压系数λ的增大,顶板垂直位移减小,顶板岩层易于形成结构平衡而保持稳定,但底板垂直位移量增大,且易于形成底鼓破坏。这些认识为研究区煤层顶底板岩层支护控制提供了科学依据。     

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。     

藏东南某大型水电站工程区地应力状态及反演分析

某水电站作为西藏易贡藏布流域的控制性调节工程,对满足西藏电网的用电需求发挥重要作用。为查明该水电站现今地应力环境,掌握地下厂房、引水隧洞等关键位置地应力分布特征,保障其工程安全,文章综合考虑工程区构造地质背景、岩体条件等,通过布设钻孔开展水压致裂法地应力测量工作,获得4个测点（8个孔）的地应力数据;依据现有地质条件,建立有限元三维地质模型;通过测得的应力状态,获得加载条件,进行工程区应力场反演分析。结果表明：二维地应力测试结果显示最大水平主应力为4.17～16.93 MPa,三维地应力测试结果显示最大主应力为14.20～16.23 MPa,最大水平主应力方位为NE 38°～NE 47°,现今构造应力场以北东向为主导;电站地下厂房区域2995 m高程水平面最大主应力σ1应力值为11.70～12.12 MPa,中间主应力σ2应力值为9.81～10.74 MPa,最小主应力σ3应力值为5.22～6.85 MPa;引水隧洞沿线最大主应力值σ1为11.8～14.05 MPa,中间主应力值σ2为10.13～12.83 MPa,最小主应力值σ3为4.56～8.49 MPa;该水电站地下厂房轴线方向和引水隧洞轴线方向与实测最大主应力方向呈小角度相交,地应力场对工程洞室的稳定性有利。后期施工过程中应综合考虑实际地质情况,采用适宜的隧洞施工技术并加强施工监测,从而确保工程安全建设。     

淮南矿区深部地应力场特征研究

利用水压致裂法和套孔应力解除法对淮南矿区-500～-1 000 m深度范围内的12个矿井进行了地应力测量,取得了19个有效测点的数据。数据分析表明：（1）淮南矿区深部地应力场以水平应力为主,构造应力占绝对优势,属于典型的构造应力场类型;（2）地应力量级属高应力水平;（3）垂直主应力、最大及最小水平主应力随深度的增加均呈增大趋势;（4）侧压系数 随深度增大而减小,地应力场有从大地动应力场型向准静水压力场型过渡的趋势;（5）侧压比 的回归曲线分布于Hoek-Brown内外包线带内,且变化趋势与Hoek-Brown曲线相似,但与Hoek-Brown曲线相比,回归曲线 值偏小;（6）最大水平主应力与最小水平主应力的比值范围为1.12～2.02,其中68.42%的测点分布在1.67～2.02之间;（7）最大水平主应力方位为NEE－EW向。最后探讨了淮南矿区地应力与地质构造的关系,分析认为,矿区最大主应力方向与构造运动密切相关,矿区现今构造应力场最大主应力方位与实测最大水平主应力方位大致吻合。     

基于原位地应力测试及流变模型的深部泥页岩储层地应力状态研究

深部泥页岩储层地应力状态的准确确定是页岩气等非常规能源高效开发的关键。综合基于原位地应力测试获得水平最小主应力,建立基于流变模型的地应力剖面,应用成像测井技术确定水平最大主应力方向等,是准确确定泥页岩储层地应力的有效方法。将该研究思路应用于陕西汉中SZ1井,利用水压致裂原地应力测试方法获得储层水平最小主应力值范围为32~41 MPa;利用偶极声波测井数据获得岩石力学参数,结合地壳应变率和储层埋藏史,建立了SZ1井地应力剖面,结果表明牛蹄塘组1950~2025 m深度范围内水平主应力差介于10~15 MPa,水平最小主应力值范围为28~41 MPa,水平最大主应力值范围为47~49 MPa,预测得到的水平最小主应力值与实测结果具有较好的一致性。原地应力实测及流变模型预测结果揭示SZ1井地应力为正断型(Sv＞SH＞Sh)或正断型与走滑型相结合的应力状态(Sv≈SH＞Sh)。水平主应力差随伽玛值的升高而变小,表明地应力剖面与地层岩性具有较好的对应关系。基于成像测井揭示的钻孔诱导张裂隙分布特征,SZ1井水平最大主应力方向约为N74°W,与区域构造应力场方向基本一致。相关结论为准确认识SZ1井目标层地应力状态,以及后期水平井布设及压裂控制等提供了重要依据。     

金川三矿地应力测量及应力状态特征研究

金川三矿位于金川矿区F17断层以东,是超基性贫矿。随着选矿和冶炼水平的提高,三矿区逐渐进入开采阶段。了解矿山深部的地应力状态可以为巷道开挖和支护设计提供科学依据。为此在三矿1 200 m水平进行了系统的地应力测量,以了解三矿区的地应力状态特征。现场测量采用改进的空芯包体应力解除法,共获得了7个测点的三维应力数据,并绘出了各测点不同法线方向的截面应力椭圆。测量结果表明,在井下约520 m深度,最大主应力量值约为17～21 MPa,属于中等应力水平。最大主应力方向分为NNW～NNE和NE～WE两组,与区域应力场基本吻合,但又表现出新的趋势方向,其原因可能是受三矿区内两条断裂的影响。部分测点最大主应力倾角超过20°,最大达-49°,以水平应力为主的矿区应力场特征发生改变。研究结果对矿山设计及施工具有重要意义。