用套筒致裂法测试岩体应力及弹性模量与讨论

在改进套筒致裂装置性能的基础上,使压力－体积曲线的记录与处理得到改善,对潘三矿东采区的测试实践表明,得出的压力－体积曲线较好地反映了钻孔围岩随内压增加所表现出的力学性质。还探讨了如何通过改进套筒致裂技术来实现由围岩应力测试发展到原岩应力测试以及围岩损伤区的测定。     

水压致裂技术测试底板岩体张开型临界应力强度因子

利用断裂力学进行突水判别,必须求出临界应力强度因子。由于岩体结构复杂,很难获取符合临界应力强度因子测试的岩样。文中对水压致裂技术进行了断裂力学解释,建立了断裂力学模型,应用叠加原理推导了临界应力强度因子的计算公式。并应用这一结果,对葛店煤矿水压致裂测试底板原位地应力资料进行了分析,求得底板岩体的临界应力强度因子。     

煤块抗拉强度的套筒致裂法实验室测定

应用套筒致裂法进行了煤块抗拉强度试验研究,系统地介绍了套筒致裂法的基本原理、试验装置和试验步骤,分析了用该法测定的煤的抗拉强度的试验结果,为煤层抗拉强度的测定提供了一条新途径。     

水压致裂法测量裂隙岩体的地应力研究

通过对水压致裂法形成的钻孔印模分析,运用Taylor公式和最小二乘法迭代算法,计算纵向和横向裂隙岩体地应力大小及其误差。首先确定大地、裂隙和钻孔坐标系,根据印模曲线确定裂隙方位;然后用Taylor公式和最小二乘法迭代算法,计算应力分量;最后计算出主应力大小及其误差。将此方法应用于雪峰山隧址区ZK6钻孔的地应力场计算,得出其最大水平应力为13 MPa,方位113°左右,这与地质构造法实测的应力场相吻合,说明这一方法合理可行,具有较好的实用价值。     

阳江抽水蓄能电站岩体水压致裂综合测试与应用研究

阳江抽水蓄能电站的输水隧洞围岩承受最大静内水压力高达7.83MPa, 因此原地应力状态、围岩自身承载能力及高压透水性状等对工程的科学设计不可或缺。测量结果表明, 工程区现今地壳应力场的总体特征为:水平主应力为最大主应力, 最大水平主应力的优势方向为NW-NWW向; 厂房和高压岔管区围岩的最大主应力值一般为14.5±0.5MPa, 最小主应力值一般为9±0.5MPa; 围岩自身的抗载强度一般为10~14MPa; 在8~10MPa高压力作用下围岩基本不透水。洞室围岩物理力学参数的这些测试成果, 为工程的科学设计提供了可靠依据。      

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。     

基于应力多边形与震源机制解的深部岩体应力状态预测方法初探

深部岩体应力量值确定一直是区域地应力场研究中的热点和难点问题,常用的深部岩体应力量值预测方法多以拟合经验公式外推确定为主,缺乏理论依据且可靠性低。研究工作基于应力多边形理论,结合侧压力系数K与震源机制解应力形因子R,在大范围应力预测结果基础之上,对深部应力量值进行了精细限定。以河北易县紫荆关地区的原地应力测量为参考,结合震源机制解资料,估算获得6、11、19km深度处最大侧压力系数K_(max)分别为1.07±0.07、1.14±0.14、1.09±0.09,最小侧压力系数K_(min)分别为0.85±0.15、0.88±0.12、0.86±0.14,并以此计算最大、最小水平主应力,结果的相对偏差在6%～17%之间;利用震源机制解和水压致裂法联合确定的研究区最大水平主应力方向为N44.4°E。研究提出并建立的联合震源机制参数R和应力多边形限定深部应力状态为深部岩体应力状态估算提供了新的途径。     

软岩弹性模量的测定与讨论

本文首先介绍一种岩土自动化精密三轴压缩试验系统,并以此试验系统所得的一组实验结果为例,揭示软岩在微小应变(ε_1=10~(-2)—10~(-5))条件下所反应的应力-应变的线性关系,以及根据软岩在弹性范围内所测得的数据求出弹性模量。本文结合以往的研究成果,对软岩的弹性模量及变形系数开展分析和讨论。最后,本文将实验结果与现场测试结果相比较,从中了解两者之间的关系。     

利用动弹模的变化来评估灌浆效果

介绍了尚家河水库右坝肩灌浆前后岩体弹模的变化及利用其变化对灌浆效果进行评估。测试结果表明,在大型水利工程灌浆施工中,利用动弹模的变化来评估灌浆效果具有快速、节省、简便、可靠的优点。     

新型低弹模混凝土性能研究

聚丙烯纤维低弹模混凝土以其优良的工作性能和力学性能成为近年来我国水利工程大坝防渗墙采用的主要材料之一.在室内试验的基础上,对聚丙烯低弹模混凝土的强度、塌落度特性进行了研究;开发了一套混凝土耐久性渗透水采集仪,对聚丙烯低弹模混凝土的渗透性和耐久性进行了研究,试验结果表明：与传统低弹模混凝土相比,聚丙烯低弹模混凝土的抗压、弹模变化不大,抗拉强度有提高,抗渗性能明显改善,渗透系数降低了一个数量级左右,耐久性年限可以进一步提高,研究结果为聚丙烯低弹模混凝土大坝防渗墙的工程应用提供了技术支撑.     

一种测试岩石拉伸和压缩弹性模量的方法

介绍一种利用同一试件,在一次加载过程中就可获得岩石试件的拉伸和压缩弹性模量的方法,并对几种花岗岩进行了初步的测试研究,测试结果证明这种测试方法是可行的。     

水泥环弹性模量和厚度对套管外挤载荷影响的理论研究

针对水泥环弹性模量变化对套管强度是否有帮助的讨论,采用弹性力学分析方法研究了水泥环弹性模量对不同性质地层内套管外挤荷载的影响规律。研究认为,在岩性较软的地层,应选用刚度较大的水泥环,可帮助套管抵卸一部分载荷;在地层岩性较硬时,选用刚度小的水泥环有助于提高套管抵抗外挤载荷能力。理想的水泥环特性应为高强度、低刚度。其机理是利用高强度抵御地层载荷、低刚度降低载荷传递系数,从而达到保护套管目的;单纯增加水泥环的厚度不一定能够改善套管的受力情况,只有当水泥环弹性模量大于一定值后,加大其厚度可改善套管的受力状况。因此,在实际现场中,应根据具体的地层情况,调整水泥浆特性,达到最好的固井效果。     

页岩水平井体积压裂设计的一种新方法

页岩水平井常采用体积压裂技术获得产能,压裂形成的缝网体积、渗透率是影响压裂效果的关键因素。目前页岩体积压裂设计借用产能预测模型优化缝网参数,此模型较复杂,不便于现场应用。根据等效渗流原理,将页岩储层压裂后形成的缝网系统等效为一个高渗透带,建立了体积压裂缝网参数与施工规模关系模型,提出了体积压裂设计的3个步骤:体积压裂可行性研究、数值模拟优化缝网参数和施工参数优化。根据QY2页岩油水平井特征,进行了体积压裂设计和现场实施。结果表明:压裂形成的高渗透带对产能的贡献最大;高渗透带数量、体积和渗透率增加,压裂后的累积产量和采出程度逐渐增加,存在最优的高渗透带参数。现场应用表明这种设计方法方便实用,可以推广。     

声发射测量地应力方法中Kaiser点确定方法的优选与分析

准确确定Kaiser点是研究声发射测量地应力的关键.通过对模拟岩心的水泥块进行单轴受压破坏过程的声发射试验,得到了试件在试验过程中的应力-应变曲线、应力、声发射强度、声发射累积数与时间的关系图.分别对试样用突变点法、最大曲率法、双切线法、重加载法（抹录不尽现象、两次加载相减法）、多方面综合判定法以及声发射强度信号的统计分析法进行了分析.从不同的方面认识了试样的Kaiser点的特性,总结并分析了确定Kaiser点的方法以及各自的适应性,并进行了优选.研究表明,试验确定了试样的物理特性,各种方法都能从不同角度和机理上解释Kaiser点现象,综合判定法能相对更加全面、准确地确定Kaiser点.     

地应力主要测试和估算方法回顾与展望

随着人类对深部矿产资源和能源材料的需求量持续增长,深部开采问题必将成为工程界所面临的重大问题,而地应力参数的准确确定是有效解决该重大问题的基础工作之一。文章总结了目前在能源和资源开采中使用较为广泛的26种地应力测试方法,并对这些方法的基本力学原理、发展史作了简要介绍。这26种方法按照数据源途径可以分为5大类,分别为基于岩芯的方法、基于钻孔的方法、地质学方法、地球物理学方法以及基于地下空间的方法。这些方法依据满足工作需要的角度又可以分为主动法和现象分析法,对于社会基础设施建设、深部能源和资源开发,主动法的适用范围更广。不同的方法所反应的应力信息是不同的,相对而言建立在大体量岩体上的方法对于分析区域应力场更为可靠。最后文章对未来的应力测量与估算的发展远景进行了展望。     

基于离散元法的水力压裂数值模拟

不同条件下水压裂隙的发展特性对有效开采页岩气具有重要的指导作用。针对岩体在微观上为颗粒和孔隙的结构系统,提出离散元水力压裂数值模拟方法,离散元能量转化和能量守恒计算方法,建立了相应的三维离散元模型。采用自主研发的三维离散元模拟软件Mat DEM3D,通过控制模型的竖向应变与颗粒直径,来模拟地层中的应力与压裂速率的变化。模拟结果表明:(1)水力压裂产生裂隙的数量和方向受岩石的各向异性,压力状态和变化速率所影响。(2)裂隙在压缩波传播时发展,当水压力高速增加时,诱发的裂隙数量增多,并且有效能量(断裂热)百分比也随之增加,压裂作用也变得更明显。(3)当竖向应变为零时,50%的裂隙呈垂直状态,当竖向应变为-1×10-4时,裂隙趋于沿着最大压力方向发展,竖向裂隙的百分率增大。数值模拟和能量分析为定量地研究岩石水力压裂过程提供了一个新的方法。     

深部破碎岩体变形模量的一种新型试验方法及工程应用

岩体的变形模量是表征岩体抗变形能力的一个重要参数。对于深部破碎岩体的变形模量,采用传统的现场试验法或钻孔弹模法获得其变形参数有一定的局限性。因此,采用一种新开发的试验手段：将现场钻孔中取得的深部破碎岩体试样带回室内,放入MTS中进行三轴试验,记录相应的位移和应力;同时推导了一套配套的理论计算公式,利用室内试验的方法获得了从钻孔中取得的深部破碎岩体的变形模量。采用上述方法对实际水电工程坝基深部破碎带岩体的变形模量进行试验计算,并对试验得到的变形模量结果进行检验分析。其结果表明：采用两种方法获得的深部破碎岩体变形模量值差别一般在10％以内。