金沙江溪洛渡水电站地应力测量

利用1999～2001年在金沙江溪洛渡水电站厂区用水压致裂法先后完成的9个垂直深钻孔平面地应力和8个测点三维应力测量结果，结合河谷地形地貌、构造岩性等资料，对工程区地应力场的基本特征进行了较系统的分析研究，认为电站区最大主应力数值在10～20MPa，方向在NW～NWW间，大致平行于金沙江河流走向，地应力作用以水平为主。随着深度增加，地层平面、三维主应力值均有所增大。本文的研究结果为电站工程设计提供了地应力的基础资料。     

三维油藏中应力与渗流的摄动-有限元分析

提出了一个较为实际的石油油藏的三维力学模型。以已有的三维介质中应力与渗流耦合问题的变分原理为基础,用摄动法证明了光油藏厚度变化为小量时,三维问题或简化为平面应变问题,并可采用不同厚度的平面应变单元进行有限元分析,所得到的解即是该三维问题的零阶摄动解。给出了摄动法的推导和有限元格式,计算了一个水驱法进行油田二次开发的算例并给出了计算结果。     

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。     

一种三维土压力盒的工作原理及其应用

基于应力理论,设计了一种能测量土中三维应力状态的三维土压力盒,由一个开槽的十二面体基座和6个常规土压力盒组成。根据任一方向上正应力与常规应力表示方法6个分量之间的关系,建立了三维土压力盒测试数据与常规应力表示方法之间的转换矩阵,给出了由测试数据到常规应力状态的计算方法,并进行了误差分析。考虑基座加工便利性和测试过程的便利性要求,着重阐述了等菱形十二面体三维土压力盒的工作原理、制作过程、测试方法和数据处理等关键环节。对某不饱和重塑土进行了一维压缩,并用测试装置测量了土中6个方向的正应力,推演出了对应的常规应力表达值。结果表明,常规应力表示方法中的两个水平应力基本相等且小于竖向应力,同时水平面和两个竖直面上的剪应力很小,与一维压缩的力学特点吻合,测试装置的设计合理。     

全息干涉法测量Ⅰ型结构面KⅠ技术路线

岩体Ⅰ型结构面应力强度因子KⅠ是岩体的一个重要参数,求取KⅠ的过程需确定结构面几何影响因子 。根据修正的Feddersen公式,可以制作出与工程岩体Ⅰ型结构面具有相同 的试验岩石模型。根据激光全息干涉法两次曝光法的理论,结合裂纹尖端的应力场方程组、平面光弹性的应力-光定律,建立新的标准化试验方法和算法,可以构建出使用激光全息干涉法2次曝光法测量工程岩体Ⅰ型结构面应力强度因子KⅠ的试验技术路线,该法具有条纹易识别,精度高的优点。     

应用离散元强度折减对复杂边坡进行稳定性分析

介绍了离散元（DEM）及强度折减法基本原理,利用3DEC软件结合强度折减法对某水电站高边坡进行稳定性分析。对岩体强度参数进行折减,以关键点位移与时间关系曲线发散时的折减系数作为边坡安全系数,根据位移矢量图确定滑面和破坏形态。通过与Dijkstra极限平衡有限元法及Sarma法的计算结果对比,验证该方法的可靠性。在二维计算基础上建立并简化三维模型,模拟边坡三维应力场。结合工程关注区域的应力及位移趋势,采用3DEC中的辅助节理截取典型坡段单宽模型,在已有的三维应力场的基础上对其进行强度折减,弥补了二维强度折减未考虑三维应力场对边坡稳定性影响的不足,把握了工程重点及力学特性,为类似工程提供了一种合理高效的稳定性分析手段。     

依据控制致裂钻孔应力变化确定原岩应力的平行钻孔法的研究

为了寻求一种操作简单、低成本的岩体应力测试方法, 本文提出了一个依据控制致裂钻孔应力变化的量测推算原岩应力的改进平行钻孔法。本文阐明了平行钻孔法岩体应力量测的特点和控制致裂法的原理。介绍了依据控制致裂钻孔应力变化确定岩体应力的基本理论。     

半无限横观各向同性介质中多裂纹相互作用分析

为评估含矩形裂纹的半无限横观各向同性介质的局部强度和稳定性,采用基于双横观各向同性材料基本解的对偶边界元数值方法,分析了在沿裂纹面法向和切向均布力分别作用下矩形裂纹的应力强度因子及两个共面或平行的矩形裂纹的相互作用问题。通过数值计算考察了自由面对应力强度因子值的影响,以及裂纹间距、边长比及自由面对共面或平行双裂纹相互作用效应的影响。结果表明,自由面的存在引起该类裂纹应力强度因子值大于无限域情况;裂纹形状和裂纹间距对共面或平行双裂纹相互作用效应均有较明显的影响,但自由面对共面或平行双裂纹的相互作用效应均影响较小。     

高密度电阻率法二维勘探数据的三维反演及其在岩溶探测中的应用

三维高密度电阻率法可以有效地解决二维高密度电阻率法在探测空间形态上的不足。将高密度电阻率法二维勘探数据做三维反演,不仅实现了地下空间结构的三维电阻率成像,还克服了传统三维高密度电阻率法在经济成本上的限制。将此方法应用到岩溶勘探中,利用DUK-2A高密度电法仪系统采集数据;然后,把二维高密度数据拼接转化成三维可反演数据,再将反演得到的结果通过三维成像软件实现任意三维地电切片,从而获得丰富的地电结构信息;最后,结合三维切片与钻孔资料对溶洞进行解释,为工程的顺利施工提供科学依据,从而证明该方法的可行性和有效性。     

二軸晶垂直光軸切片在旋轉台上確定光率体方位的一個方法

应用费氏旋转台进行晶体测定工作时,首先须使晶体的光率体达到标准位置——即光学主轴与旋转台的南北、东西和直立三个轴平行一致,然后确定各光学主轴的名称。一个未知方位的切片,使其达到标准位置的方法,因切片方向不同,各有难易。但多数切片,都可根据四次消光现象,求得消光位,逐渐确定它的标准位置。唯有垂直光轴切片,在正交偏光镜间转动直立轴时,呈永久消光现象,要找到它的光学主轴方向,比较困难。二轴晶垂直光轴切片的特点是一个光轴直立,光轴面也必直立。当光轴面为东西或南北方向直立时,转动垂直光轴面的水平轴,视域内消光现象不变。转     

基于损伤演化的片岩应力松弛特性

为揭示丹巴水电站石英云母片岩的各向异性松弛性特及松弛过程中的损伤演化规律,针对平行片理组和垂直片理组石英云母片岩,采用程控蠕变试验仪,开展为期720 h的单轴应力松弛试验。试验发现,平行片理组和垂直片理组岩样的应力松弛曲线均可分为快速松弛、减速松弛和稳定松弛3个阶段,属于非完全衰减型松弛类型;受片理发育方向影响,平行片理组应力衰减历时较垂直片理组长。结合石英云母片岩的应力松弛特征,将基于能量耗散的损伤因子代入Bingham模型流变本构方程,利用改进Euler差分算法推导应力松弛方程,并用神经网络法对模型参数进行辨识。研究表明,平行片理组与垂直片理组在快速松弛阶段损伤发展较快,且随着松弛过程的进行损伤速率逐渐降低至稳定,损伤演化与应力松弛过程是统一的;考虑损伤演化的Bingham流变模型拟合曲线与试验结果具有较高的吻合度,说明文中提出的松弛方程能很好地描述石英云母片岩的应力松弛特性,对软岩工程研究具有较高的应用价值。     

随机介质模型的一种构造方法

为更好地描述真实的地下介质特点,提出了一种局部随机位置或固定位置任意形状截取法并结合多尺度建模技术来共同构造随机介质模型的新方法。从现有的随机建模理论出发,在有效的建模区域内产生或者给定局部扰动位置,以此作为局部扰动分布区的中心点,引入局部扰动半径R和局部随机或给定扰动角度θ两个模型特征量,采用局部位置任意形状截取法并充填各种随机介质,从而构造各种不同的随机介质模型。给出了局部位置任意形状截取法的基本步骤和应用实例。     

深部矿产地质调查中多元数据三维地质建模技术研究——以铜陵矿集区为例

深部矿产地质调查以解析深部地质结构、寻找深部隐伏矿、半隐伏矿和难识别矿为主要目标。根据深部矿产地质调查工作的特点,提出一套基于数据库、3S、三维建模、三维可视化等技术,并适用于矿集区的三维地质建模技术方法。该技术方法以较全面的地质调查资料为基础,以成矿系统理论为指导,利用多元数据平行剖面建模法,以研究区"含矿地质体"及其空间展布特征为目标,分级构建"矿集区—矿田—矿床"模型并耦合,实现矿集区2 000m以浅三维成矿系统结构"透明化"展示。多元数据三维地质模型可为验证成矿模式、提取示矿信息、构建找矿模型及三维找矿预测等提供信息支撑,该建模技术已在铜陵矿集区实践验证并取得良好效果,可为其他地区开展类似工作提供借鉴。     

地震相干体技术简介及其应用

通过对三维数据体各种逻辑关系和物理属性的分析研究,认为地震三维数据体的不连续性主要反映断层和岩性的变化;连续性则主要反映岩性的均一性和地层的连续性。根据这一特点,利用地震相干体技术可在相干切片上直观地反映构造和断层的分布情况。通过方法介绍、程序设计和地震相干体技术应用的两个实例,展示该技术在三维地震资料处理中的应用效果。     

大地电磁数据三维反演技术在隐伏断裂勘察中的应用:以郯庐断裂宿迁段为例

应用音频大地电磁测深法(AMT)对郯庐断裂宿迁段隐伏断裂进行勘察研究,共布设3条AMT剖面,获得61个测深点,并对所获得的AMT数据进行电性主轴分析和维性分析,采用二维反演和三维反演算法,得到了可靠的地电模型。通过基于阻抗张量Groom-Bailey分解方法的电性主轴分析得到,从浅部到深部,电性主轴方向较为一致,约N60°E,这与浅层地质填图资料略有不同(浅表地质资料显示断裂走向约N20°E),这一角度推断为郯庐断裂主断裂或者其分支在地下的走向。应用基于相位张量分解的维性分析,得到郯庐断裂宿迁段在部分深度范围内表现出一定的三维特征,因此单纯采用传统的二维反演方法不能够准确反映地下构造信息,需要同时采用二维反演方法与更先进的三维反演方法对其进行建模来研究隐伏断裂带的产状信息。通过二维反演和三维反演结果对比看出,三维反演能全面反映断裂带的倾向、走向、延伸深度等信息,反演模型更为可靠。最后把三维反演模型垂直切片和水平切片分别与放射性元素探测剖面测得的氡元素异常曲线对比,也得到很好的对应。综上所述,大地电磁数据维性分析和电性主轴分析在隐伏断裂勘查中是非常必要的,对于复杂异常体,三维反演比二维反演能更加全面可靠地反映构造信息。     

饱和稀疏裂隙岩体三维水流-传热过程中位移和应力的一种半解析计算方法

针对高放射核废深地质处置库近场环境,建立分布热源作用下饱和裂隙岩体三维水流-传热过程中位移和应力的一种半解析计算方法：采用Goodier热弹性位移势和Laplace变换计算由温度梯度产生的温梯位移和应力;考虑单一裂隙的情况,利用经典弹性力学的Boussinesq解和Cerruti解计算为满足边界条件的约束位移和应力,与温梯位移和应力叠加,可得总体热位移和应力;把裂隙面离散为矩形单元集合,采用极坐标系下的解析法计算包含奇点的单元积分,采用数值法计算与分布热源有关和不含奇点的单元积分。与基于裂隙面法向一维热传导假设的一种解析解对比,结果表明,半解析法与解析法的计算结果基本一致,但由于半解析法考虑岩石的三维热传导,因温度时空分布和演变的不同而导致不同的温梯应力。针对一个假想单裂隙岩体三维水流-传热过程,计算温梯位移和应力、约束位移和应力、总体位移和应力;结果表明,裂隙水流-传热可能对位移和应力的分布和演变有显著影响,距离分布热源较近的岩石因升温膨胀受到约束而出现压应力,而距离分布热源较远的岩石则可能因协调收缩受到约束而出现拉应力。     

考虑地应力分布形式的坝址区初始应力场二次反演方法

在建的乌东德水电站区域构造运动强烈,断层、褶皱及节理较为发育,加之河谷纵横、沟谷深切,导致该区域岩体地应力分布极为复杂,非线性特征显著。为准确获取坝址区初始地应力场的分布特征,通过对地应力分布形式进行优化,提出了考虑地应力张量分布特征的岩体应力场二次反演方法。首先,将地应力张量分解成自重应力、构造应力及非线性应力3个部分,同时依据坝址区地形地貌、地质构造及非均匀性岩层等因素,构建FLAC3D计算模型,利用叠加法原理对坝址区初始地应力场进行一次反演。然后,主要考虑坝址区附近小规模构造及局部开挖条件的影响,构建三维离散元（3DEC）精细模型,同时从一次反演中提取精细模型的初始地应力侧压系数和自重修正系数,并利用均匀设计法进行优化,对精细模型进行二次反演。研究结果表明：一次反演计算获得的初始应力场整体上与实际情况吻合较好,但在局部构造附近与实测值相差较大;二次反演考虑局部地质构造及开挖条件的影响,同时结合一次反演的计算成果,各测点的应力计算值与实测值基本一致;通过将大型商业软件FLAC3D和3DEC相结合来反演复杂条件下工程区初始应力场,在一定程度上实现了岩体应力场在大范围内整体连续、小范围内受局部地质构造等影响导致不连续分布的特点。该研究方法可为类似工程提供借鉴。     

不规则试件的应力分佈——三维先弹性试验研究

为了解应力场随试样尺寸及几何形状的变化,我们用三维光弹性试验方法,研究了高度一定,长短轴比不同的椭球体和矩形长方体两种系列试件,在点荷对轴压缩情况试件内部的应力状态,并结合岩石试件点负荷试验,对破坏现象进行了初步分析,讨论了不规则试件压缩试验的强度性质。     

三维重力资料反演

我们介绍两种三维空间密度分布重力资料反演方法。在第一种方法中，我们根据重、磁间的泊松关系将重力资料转换成伪磁力资料并用三维磁法反演算法进行反演；在第二种方法中，我们研制了直接反演方法，由重力资料直接反演出密度分布的极小结构模型。在以上两种方法，三维地质体由大量长方体元密度分布构成，每一体元中密度值为常数。     

三维GIS环境下的地质体可视化和特征分析

地质体的三维可视化建模是三维GIS研究的一个重要方向,具有重要的应用价值.三维GIS环境下的地质体可视化的两个关键方面是地质体的表面模拟和可视化实现,文章介绍了地质体三维可视化的基本框架,以带约束Deluanay剖分法为例阐述了地质体表面模拟的原理和方法,并从取景变换、消隐、光照模型、纹理映射等方面论述了可视化的具体实现方法.最后以西部某铜矿为例,建立了三维可视化地质体模型(一个地层矿体综合模型和一个矿体三维模型),阐述了三维可视化建模的基本过程和方法,并对两个模型进行了地质特征分析.