用固体潮观测资料将钻孔应变变化换算为地层的应力变化

利用钻孔应变观测值中潮汐频段部分和钻孔岩芯的弹性系数,将钻孔应变换算为地层应力的格值,用此格值可将钻孔应变的非潮汐变化换算成该地地层的非潮汐应力变化.从潮汐模型研究和潮汐观测结果来看,勒夫数受地球大结构的影响,空间变化不大,据此可用勒夫数的模型值去求定标定应力.由钻孔应变观测值求定钻孔应变的面应力系数和差应力系数,而不必知道耦合介质的力学性能.探头周围介质若非各向同性时,应力系数可用椭圆的解析式拟合.此外,还讨论了同井、同台、台网的校核问题,以及应力场模型的拟合和漂移的分离问题.     

三维钻孔应变的力学模型

讨论了两个问题：（１）三维圆孔问题的力学模型。论证了常用的平面弹性力学圆孔问题的钻孔应变公式并不能满足三维弹性力学平衡方程。为此重新推导出三维空孔问题的解，进而可得到有底空孔、有底耦合封固、有底顶头加力等几种边界条件的钻孔应变解。（２）在边界条件上，实际地球潮汐形变应力与三维圆孔问题力学模型的应力有差异。论证了在目前钻孔应变测量的精度情况下，边界条件的这一差异不影响三维圆孔问题力学模型在应变固体潮中的应用     

综合应用固体潮观测资料求解钻孔应变地震波

由于钻孔内外的介质模型的力学性能不能测定,不能用波动方程来解钻孔应变地震波.为此,利用钻孔应变固体潮观测资料的调和拟合结果,对钻孔应变仪进行标定,或用摆式地震仪测出的位移进行标定,求出钻孔应变的应力响应系数,用平衡方程的解近似地代替波动方程的解.文中还导出了计算地震震级的公式和计算钻孔周围岩石弹性系数的方法,不但解决了上述难题,还使计算大为简化.     

关于在土层中进行钻孔应变观测的可行性问题

在土层中开展钻孔应变观测实验是地球动力学以及地震预报研究的需要.能否观测到固体潮对该实验的成功与否起决定作用.土层与岩层的主要区别是其疏松性.由此造成的压密永久变形问题,可以通过在适当深处以下安装探头来解决.同时,因为土在小变形动态载荷下呈现弹性,而固体潮应变变化量级为10-8左右,所以探头并不需要安装在太深的地方.理论分析的结果是,虽然钻孔应变仪在土层中观测应变变化的灵敏度小于岩层,但是因为在相同的应力下,土层弹性变形比岩层大得多,所以在整体效果上是有利于在土层中观测到固体潮的.孔隙水的变化会给钻孔应变观测带来严重干扰,钻孔应变探头的深度应该避开地下水位变动范围.如何能在土层中观测到固体潮,最终需要通过实验来说明.     

用引潮力进行钻孔的应变-应力的原地标定

本文利用勒夫数将日、月作用于地球的引潮力位计算到潮汐形变引起的水平应力,以此作为原地标定的已知应力,用应变固体潮观测资料进行调和分析计算出面积应变的耦合系数及差应变的耦合系数,利用这些系数和仪器钢简的弹性常数计算出围岩的等效弹性常数。最后导出了求解围岩等效弹性常数的实用公式,并计算了两种钻孔应变仪所在的两个台站钻孔的围岩的等效弹性常数,其结果与实际情况基本相符。     

分量式钻孔应变观测线性频响范围的影响因素研究

针对分量式钻孔应变观测技术的动态响应问题,引入钻孔对平面弹性波的水平散射模型,研究分量式钻孔应变观测对入射P波的线性频响,继而研究岩石泊松比对线性频响范围的影响。结果表明,随着岩石泊松比的增加,钻孔线性频响带宽会变窄,但仍然大于目前仪器的采样频率,所以利用高频钻孔应变仪研究地震波是可行的。     

钻孔应变观测影响因素的数值模拟分析

利用有限元数值模拟方法,研究在非均匀地应力作用下,钻孔开挖前后区域应力场的变化特征,并探讨钻孔开挖后岩石、水泥、探头的弹性模量、泊松比及水泥的厚度与膨胀系数的变化对分量应变及面应变观测的影响。研究结果表明：钻孔开挖造成区域应力场扰动的范围大概为1.5倍孔径。在“探头 水泥环 围岩”系统中,各参数的变化对应变观测的影响程度不同,但分量应变对外界载荷的响应趋势基本一致。在均匀地应力作用下,水泥厚度对应变的影响与水泥的弹性模量有关,且随着水泥膨胀系数的增加,面应变存在减小的趋势。     

定水头注水引起的含水层水平运动和应变

基于含水层固体颗粒与孔隙水不可压缩的假设 ,本文导出了单井注水情况下泰斯承压含水层水平运动速度与水头之间的基本关系式。然后利用注水井壁处的应力、应变边界条件 ,进一步导出了单井定水头注水引起的泰斯承压含水层水平运动速度、位移和应变解析表达式。该水平位移与应变由两部分组成 :一部分为由注水压力本身引起的经典弹性力学解项 ,它仅随半径而变化 ,与注水时间无关 ;另一部分为由地下水头变化引起的水动力学位移和应变解项。其中 ,含水层水动力学水平位移随时间加长呈指数增长特征 ,水动力学径向应变则表现为近井处拉张、远井处挤压的分区特征 ,且近井拉张区随时间加长逐渐向外扩展。单井注水含水层水动力学水平位移、应变解的导出 ,完善和发展了单孔内压经典弹性平面力学问题解     

邹城台钻孔应变更换探头前后数据精度评价

利用相对标定、四分量自检分析、M2潮汐因子相对中误差计算及与同台站TJ-2体应变观测资料进行相关性对比等方法,计算邹城地震台RZB-2分量式钻孔应变2020-01~2021-07更换探头前后仪器的内精度、自检情况及M2波潮汐因子精度,综合分析分量式钻孔应变观测系统的稳定性和观测数据的可靠性。结果表明,更换探头后邹城台RZB-2分量式钻孔应变数据内精度高,两组面应变符合四分量自检方程,相关系数接近1,面应变与体应变的面应变数据的相关性也接近1,仪器观测系统稳定,观测数据可靠。但2021年台站周边新建工厂导致干扰增多,数据潮汐因子精度较差,平均值为0.07左右,建议做好环境保护工作,以提高观测数据质量。     

四分量钻孔应变观测的实地相对标定

提出钻孔应变观测的实地标定问题有相对标定和绝对标定两层涵义;讨论了四分量钻孔应变观测的相对标定的归一化新方法：将前人标定应力观测的方法用于应变观测。一方面大大简化了计算公式,另一方面提出轮流以每个元件为标准计算灵敏度而后取平均值的方法。在统计上更为合理;并以昌平台RZB-1型钻孔应变观测为例进行实际应用,取得了令人满意的结果。     

GPS地壳形变监测网应变解算方法与程序设计

分析了在平面直角坐标系和大地坐标系内解算应变的方法及其特点,并以Matlab为开发平台,研制出一套在平面直角坐标系和大地坐标系中解算应变的程序GPSstrain。利用GPS监测网测站位移(速率),该程序能够解算剪切应变(γ1、γ2)、面应变、块体旋转、主应变及其方向、最大剪切应变及其方向,同时也可解算出这些应变分量的误差。另外该程序还具有高斯投影解算功能,根据各测站坐标能够自动形成所有的Delaunay三角形,并以图形方式显示。最后以实际算例给出了该解算程序的部分结果,并进行了初步的分析和讨论。     

浅钻孔安装应变仪的试验

钻孔应变仪探头与钻孔用膨胀水泥固封,探头损坏后钻孔不能再使用,这样给监测工作造成了很大的经济损失.如何充分利用台站山洞资源,进行浅钻孔应变仪的安装,是值得研究的课题.在井深1.96m的浅钻孔内安装形应变仪的试验取得了很好的结果,经与徐州地震台山洞内的体应变、振弦仪和伸缩仪同期观测资料的对比,发现仪器安装在山洞里,采用电瓶供电方法,可以大大减少或避免雷害的影响.     

地应力测量中钻孔偏心分析

将有限元数值法与解析解相结合,对载荷下探头钻孔偏心问题进行研究。研究结果表明,偏移量δ≤1/5时,径向位移误差均值＜15%,周向位移误差均值＜10%;偏移量δ≥2/5时,径向位移误差均值＞30%,周向位移＞25%;而当δ＞1/2时,误差值更大,具体的数值在实际工程中需进一步验证。     

用改变原长的加力方式测定地壳绝对面应力

本文研究用改变探头加力体原长的加力方案来改变对井壁施加的面应力，以测定改变加力后的面应变固体潮，用测出的面应力和面应变固体潮的数值来求定测点水平地层的绝对面应力。     

平面状态应变复数与应力复数的关系及应用

本文对材料力学中的各向同性弹性体材料,导出了用应变复数表述的应力关系式,用该关系式分析了应力与应变之间的关系,并以该关系式对给定的应变分量直接进行平面应力状态的应力分析,计算简便、直观。     

地下水径向辐射渗流单井排放诱发地壳形变的解析表达

本文把地下水径向辐射渗流单井排放诱发的地壳形变问题化为多孔弹性介质点源力诱发的平面应变问题来处理，利用多孔介质的本构方程和弹性半平面的Ｇｒｅｅｎ函数，在Ｓｅｇａｌｌ工作的基础上，导出了通过地下水水位降深Ｓ表达的地下水径向流排放诱发的地面垂直位移和水平位移的解析表达式。     

平面状态的应变复数与应力复数的关系及应用

本文对材料力学中的各向同性弹性体材料，导出了用应变复数表述的应力关系式，用该关系式分析了应力与应变之间的关系，并以该关系式对给定的应变分量直接进行平面应力状态的应力分析，计算简便、直观。     

青岛台体应变短周期气压系数变化原因探讨

青岛台体应变短周期(小于128 min)气压系数2018-01出现阶变，通过对观测系统、台站周边施工情况、监测环境等逐项现场核实，排除观测系统、周边施工的影响。利用离散小波变换和回归分析发现，钻孔水位的气压系数与体应变气压系数同步阶变，结合台站钻孔施工当天体应变钻孔水位变化、体应变趋势变化、其他相邻台站水位气压系数变化等数据认为，台站钻孔施工是导致体应变气压系数变化的原因，并定性分析其变化机理。     

钻孔应变观测原位标定方法研究进展

钻孔应变观测的原位标定是制约钻孔应变定量观测理论与技术发展的基础性问题。为推进钻孔应变观测在地球动力学研究中的应用,从标定模型、参考应变信号等方面系统总结钻孔应变观测原位标定方法研究的最新进展,指出钻孔应变观测原位标定中存在的主要问题,并展望今后的发展方向。     

三峡重庆地区钻孔应变资料可靠性检验与分析

对三峡重庆地区6个四分量钻孔应变资料进行可靠性分析,利用其增量观测数据进行相对标定,得到各站点测区的应变参数,并分析测区相对应变特征。结果表明,6个站点的钻孔应变观测资料是可靠的,其中1个站点测区面应变呈现张性变化,靠近三峡库首区的5个站点测区面应变呈现压性变化,测点主压应变方向与大范围构造应力场方向较为一致,表明三峡重庆地区呈现压性特征。