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。     

用套钻应力解除法和声发射凯塞效应法测定花岗岩中的原位应力

坎伯恩矿业学院等关于干热岩体地热能源项目的研究经验清楚地表明：干热岩体热交换的开发在很大程度上取决于天然裂隙网络与原位应力状态的相互影响。     

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，     

斜孔掏土应力解除法治理煤矿生根井塔偏斜研究

为验证斜孔掏土应力解除法治理华东某双向偏斜生根井塔的适应性和有效性,综合理论分析、数值模拟和现场实测研究了斜孔掏土孔周塑性区发展、纠偏机制及掏土各因子对纠偏效果的影响规律。结果表明,开孔后孔周塑性区半径与孔径和孔周应力成正比,且随钻孔深度增加而增大。掏土纠偏的内在机制在于钻孔能有效解除孔周一定范围内的应力,使孔周土体不断向孔内坍塌,进而减小开孔侧井筒的外荷载,与对侧产生应力差值,促使井塔回纠。通过正交试验设计极差分析得出钻孔孔排宽度为影响掏土纠偏的最主要因子,其次为钻孔深度、孔径和孔距井筒中心线距离,且斜孔纠偏效果优于竖直孔。最后,基于模拟获得的最优纠偏参数组合设计了现场纠偏方案,并对井塔偏斜和井筒受力进行施工监测得出,斜孔掏土应力解除法有效逆止了生根井塔的偏斜发展,目前井塔偏斜和井壁受力均处于安全可控状态。     

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。     

某深埋长隧地应力演化及围岩应力位移模拟研究

结合西部地区某深埋长大公路隧道信息化施工,对深埋长隧地应力演化及围岩应力位移进行了弹塑性有限元数值模拟研究.研究结果表明,隧道轴线现代地应力状况与隧道埋深、地层岩性及构造发育程度有关,最大地应力为40.0MPa左右;隧道周边围岩应力在曲边墙底部最大,约38.0MPa,隧道开挖引起的围岩应力影响范围约25.0m;隧道水平收敛和拱顶下沉位移与隧道埋深近于成直线关系.这些研究结果为深埋长隧信息化设计和施工以及围岩稳定性分析提供了科学依据.     

优化位移边界反演三维初始地应力场的研究

采用优化位移边界条件拟合工程区域初始地应力场,根据实测地应力资料建立针对所施加的任一边界位移模式的优化函数,不断调整位移边界模式并通过有限元数值计算,最终得到边界位移模式的最优组合和工程区域初始地应力场,从而为初始地应力场的反演分析提供一个新的途径。最后,针对三峡工程地下厂房区域给出了用该方法拟合初始地应力场的计算结果,通过地应力测点计算值和实测值的对比分析,其拟合效果较好,证实此方法是可行的。     

基于侧压力系数的岩爆区初始地应力场二次反演分析

为准确获得桑珠岭隧址区初始地应力场分布规律,提出在岩爆区初始地应力场的二次反演方法。采用最小二乘法寻优准则对隧址区初始地应力场进行多元线性回归分析,利用叠加原理得到在一次反演下的初始地应力场;采用表面应力解除法测量隧道开挖后的洞壁二次应力,记录发生岩爆的部位并据此判断侧压力系数的大小,与在一次反演下相应位置的侧压力系数进行对比,如果两者都大于或者等于或者小于1,则以在一次反演下计算得到的侧压力系数为基准,以其大小不变作为约束条件对初始地应力进行修正,当采用修正后的初始地应力作为应力边界条件,计算得到隧道开挖后的洞壁二次应力与实测洞壁二次应力最接近时,以此时修正后的初始地应力和原位地应力进行回归得到在二次反演下的地应力场。结果表明：当测量原位地应力的钻孔较少且计算区域较大时,一次反演回归得到离钻孔较远位置的应力计算值与实测值存在一定的误差;二次反演在原位地应力的基础上增加实测洞壁二次应力进行修正,得到离钻孔较远位置的应力计算值与实测值吻合更好,所提出的二次反演方法可为类似工程的研究提供参考。     

基于岩饼几何形态测量的原地应力测定方法

岩饼是工程区高地应力的标志之一,其形状与主应力的大小和方向直接相关,岩饼出现时刻通常的应力解除法不能再用 于原地应力测量。根据国内外众多学者多年来对岩饼现象的研究成果,提出一种根据岩饼的几何形态测量初步计算三维地应力的方法。经实践验证,与同一工程区其他地应力测量方法的结果相比,岩饼几何形态测量方法确定出三维地应力的方向相差不大,倾角差值在10°以内,方位角之差小于20°,主应力大小满足岩饼出现的条件,具有简便实用的优点。     

柱状节理岩体隧洞松弛深度的变异特性与确定方法

柱状节理玄武岩是火山岩区所特有的地质现象,其地质成因独特,工程特性、开挖响应特征明显不同于一般常见岩体。针对节理岩体中不同钻孔属性条件下松弛深度测试结果存在变异性的问题,提出单孔声波测试与数字钻孔摄像综合的原位测试手段和松弛深度评价方法,获得了柱状节理条件下不同角度及不同孔径的岩体卸荷松弛特性。研究结果表明,在节理岩体中进行围岩的松弛深度测试时,不同孔径钻孔测试的松弛深度未有显著影响,但在不同钻孔角度条件下测试时,钻孔偏差角度、钻孔轴线与节理方位的夹角均对测试结果有较大影响,围岩松弛深度随节理方位与测孔轴线角度增大而增大。基于现场测试的结果与柱状节理的各向异性特征,进一步探讨了不同钻孔条件下松弛深度变异的机制。该研究结果对柱状节理围岩松弛测试评价、稳定性分析以及支护方案优化有显著价值。     

分析初始地应力场的位移函数法

岩体初始地应力的确定是地下洞室、边坡等岩土工程设计和施工的必要条件。笔者从实用的角度出发,提出了一种将位移函数法和有限元法相结合来模拟初始地应力场的分析方法。实例应用的结果表明:该方法能很好地模拟岩体的初始地应力场,并能为后续开挖过程的有限元分析提供一种与初始地应力场等效且方便的加荷途径,具有良好的实用性。     

下伏煤层开采对上覆巷道围岩应力的影响

为了掌握淮南矿业集团潘三矿17101(3)高抽巷下伏11-2槽煤开采前后高抽巷的应力状态,采用空心包体应力解除法对巷道在下伏煤层开采前后各做了6个点的地应力测量,并通过有限差分软件FLAC3D对该工程进行了数值模拟计算。结果表明,该区最大主应力大小为21.62 MPa,最大主应力方向接近水平方向,最大水平主应力是竖直应力的1.42倍左右,具有明显的构造应力特征。通过下伏煤层开挖实测地应力分析比较得知,最大水平主应力比开挖前减小了3%。     

水平条形均布荷载下横观各向同性弹性地基的位移分析

分析了水平条形均布荷载下横观各向同性地基位移规律,归纳了位移随弹性模量比n之不同而变化的规律,提出了水平条形均布荷载下横观各向同性地基位移的近似简化解,以供岩土工程设计人员参考。     

柱状危岩体崩塌产生涌浪的物理试验与数值模拟分析

柱状危岩体是三峡库区常见的一种典型地质灾害隐患,其崩塌产生涌浪给库区航运、旅游、生产生活以及人员财产造成巨大威胁和损害。文章基于野外柱状危岩体的成生及运动边界条件,开展了颗粒柱体崩塌产生涌浪的物理试验和数值模拟。结果表明：该数值模型能较好地模拟崩塌涌浪的形成过程、矢量信息以及与水体的相互作用;速度曲线定量地展示了能量的传递;物理试验和数值模拟涌浪高度偏差约3~4 cm;数值模拟堆积区堆积角比物理试验大5%;比前缘运动距离小7%。为柱状危岩体崩塌产生涌浪灾害的预测和预警提供了重要依据。     

土压力-位移关系的应力路径试验研究

提出了一种通过应力路径试验研究土压力一位移关系的方法.通过室内应力路径试验得到了土压力-应变关系,结合由理论分析得到的位移-应变关系,最终得到土压力-位移关系.与某实例的有限元模拟结果对比,证明该方法是有效的.     

冈山市万成地区地壳应力深度梯度的测量

测量地壳应力的深度分布对推测地震发生的危险性极为重要．应力测量结果表明，在某一深度。即使地壳应力值高，只要应力随深度的增加率低．在地震发生的深度应力值达到破坏极限就差得远．另一方面．破坏的危险性由差应力的大小决定．改变深度进行三维应力测量．用应力解除法或水压致裂法都有困难．     

采用钻孔倾斜仪监测滑坡深部水平位移方法和仪器的研究

介绍了目前滑坡深部水平位移钻孔倾斜仪人工监测方法存在的问题,钻孔深部位移自动化监测通信方法的选择。地质滑坡灾害监测中广泛使用钻孔倾斜仪,介绍了CZ-2型钻孔倾斜仪的构成及现场测试方法。     

我所经历的地应力分析预测地震之发展

地应力预测地震的全称应该是:地应力状态变化预测地震。中心思想是研究地应力状态的变化与地震孕育、发生、发展的关系,从而实现地震预测。地应力与地震地质相结合,这是李四光提出的实现地震预报的一条技术途径。本文主要是重温李四光先生在地应力与地震预报方面的讲话,并将我大半生所从事的地震预报科研领域的主要活动以及所经历的地应力地震预报研究发展历程做一番回顾。一、李四光论地应力变化(1)1966年10月,李四光与中国科学院兰州地球所的几位同志谈地震预报时提出:压磁电感法测值“下降很厉害就可能是地震的信号。从三月十几号以来,在…