下向胶结充填法开采陡倾金属矿引起的地质环境损害分析

本文是在收集整理了大量现场监测数据基础上,以金川二矿为例,通过具体分析下向胶结充填法开采陡倾金属所引起的矿山地面沉降和地裂缝等工程地质现象及其特征,指出了下向胶结充填法开采陡倾金属矿体在引起的地质环境损害特征上和煤矿开采的区别,并结合具体的工程地质条件,分析了矿区地质环境损害给地表构筑物以及地下井巷工程带来的问题,从而提出了一些预防和减轻采动区域地质环境损害及影响的合理化建议。     

致密页岩缝网蠕变-渗流耦合规律研究

裂缝的压缩性是控制渗透率的关键因素,裂隙受压缩开度发生变化,开度变小渗透率降低。由于页岩气生产周期长且地应力作用下储层具有一定的蠕变特性,因此必须考虑裂缝蠕变变形对其储层渗透率的影响。基于单裂隙立方定律和法向有效应力作用下裂隙变形的Bandis曲线关系导出单裂隙的流固耦合渗透率模型。以裂隙面法向刚度为研究核心,考虑深部复杂应力场共同作用下的页岩试样蠕变模型,得到非线性黏弹塑性模型下的裂隙面刚度表达式,进而推导出渗透率随时间的演化规律。依据裂隙网络节点处流量守恒,建立了复杂裂隙网络渗透率的计算方法,并推导了压裂支状裂隙应力-时间相关的渗透率模型。依托数值计算平台对本模型进行了分析,结果表明：蠕变条件下岩石裂缝发生不均匀的闭合,裂缝的渗透率随时间的增加而减小,且开始阶段减小速度较快。裂缝渗透率随开度的增大而增加,裂缝越长渗透率越高。     

基于水化学数据的矿山涌水水源识别:主成分分析与残差分析

涌水是矿山安全生产的重要威胁之一,掌握涌水的水源是预防这类灾害的重要依据。基于多期次的水化学监测数据,提出了利用主成分分析(PCA)和残差分析来识别涌水的水源数量和水源类型。主成分分析能够充分提取高维数据的结构信息,消除变量冗余。残差分析利用主成分分析结果,提取不同的主成分个数重构离子浓度,得出重构离子浓度和原始离子浓度之间的残差,利用残差的结构性信息来判断可能的涌水水源数量和水源类型。结果表明:随保留主成分个数的增加,重构离子浓度的精度越高,离子残差的结构性得到消除且表现出随机性。在实例应用中,通过利用5个主成分重构离子浓度消除了所有主要离子残差结构性,保证了信息的最大程度提取,因此,确定研究矿山涌水水源数量为5个;同时,利用每个主成分对残差结构性的影响程度及离子相关性分析,确定了这5个水源类型为海水、第四系孔隙水、富钙基岩水、富镁基岩水和淡水。     

陡倾断层上下盘开挖引起地表变形的数值模拟分析

考虑地下开挖区与断层相对位置关系,采用简化数值模型对陡倾断层上下盘开挖引起的地表变形特征进行了数值模拟。结果表明,当断层位于地下开挖引起地表变形的压缩区且开挖区位于下盘时,地表出现不连续变形的可能性小;当断层位于地下开挖引起地表变形的压缩区且开挖区位于上盘时,随下向开挖进行地表断层处裂缝有减小趋势;而当断层位于地下开挖引起的地表变形拉张区时,断层出露处水平拉张明显,表现为拉张裂缝,随下向开挖深度增加、规模增大,不论开挖区位于上盘还是下盘,极可能导致地表出现正断层式的错动．     

自重体积力作用下坡体张应力及坡面位移的变化规律

为了提高对边坡体力学行为的认识,借助于FLAC有限差分软件的数值模拟,并结和相似理论的推导验证,研究了在仅有自重体积力作用的条件下,线弹性边坡体的一些力学特征及其与相关变量或物理力学参数的相关关系。没有外载荷影响时边坡地表最大主应力和最小主应力分别平行和垂直于地表,当深度增加时,主应力的取向逐渐变成竖直和水平两个方向,坡面处既有张应力区也有拉应力区,坡脚处亦存在较大的张应力,这是自重体积力作用下边坡体应力分布的一般性特征,在本文和前人的研究中都能体现。本文还重点揭露了:坡角线性增加时坡顶最大张应力的变化速率表现为:快慢快; 沿坡顶面竖直向下张应力随深度增加线性减小; 小变形条件下边坡应力场与弹性模量无关; 最后验证了满足相似理论的坡体,坡面对应点的位移比是其几何尺寸比的平方倍。本文不仅是对既有研究成果的进一步补充,而且为以后研究复杂条件下边坡体的力学特征奠定了基础,对于理论和实践都有一定的启发意义。     

基于岩体结构面统计与分维数的岩体质量评价及其在矿山工程中的应用

以三山岛金矿-510中段和-555中段为例,基于结构面实测数据,利用Matlab对结构面特征进行统计模型,进而实现了岩体裂隙网络Monte-Carlo模拟。然后结合分形理论确定了岩体质量的分维值。研究表明,-510中段和-555中段F3以北的岩体稳定性要好于F3以南的岩体稳定性,从定性和定量的角度对岩体质量进行了分析,为矿山的安全生产提供了一定的依据。     

基于时序InSAR和GPS技术的北京平原区地表三维形变场特征

文中采用InSAR与GPS技术相结合,获取了北京平原区时序地表三维形变场信息,分析了其分布特征与演化规律.研究表明:(1)北京平原区在抽水引发的第四系附加应力场作用下,地表呈现出显著的三维变形特征,以垂向变形为主,并辅以水平向位移.(2)平原区地面沉降主要集中在东部、北部和南部等地,存在多个沉降中心,总体呈减缓的趋势....     

考虑统计损伤模型的非均质节理岩体拉剪破坏机制研究

拉剪应力状态极易导致岩体破坏乃至失稳,为研究节理岩体拉剪破坏规律,开展了拉剪荷载下共面非贯通节理岩体变形破坏的理论与数值计算研究。通过自定义考虑岩石统计损伤演化的Mohr-Coulomb和最大拉应力准则模型,编写力学参数服从Weibull分布的fish函数,研究了拉剪条件下非均质节理岩体的破坏模式及破坏规律,讨论了岩石均质度、法向拉应力及剪切速率对岩体破坏模式及其力学性质的影响。结果表明,(1) 拉剪应力状态下节理岩体的破坏模式以张拉破坏为主,加载初期破坏位置分布散乱,随着加载和损伤演化逐渐形成带状破裂面,岩体宏观力学性质明显降低;(2) 非均质性对岩体破坏影响显著,主要表现为均质度的增加,岩体由弥散型破坏向集中型破坏转变,破裂面起伏度增大,同时岩体的宏观力学性质增强并最终趋向于均质岩体;(3) 低应力水平下拉应力增大不改变节理岩体以拉张破坏为主的破裂模式,但剪切破坏比例明显减少,同时岩体抗剪强度降低,破裂面的粗糙度增大;(4) 剪切速率对岩体力学性质的影响显著,静态加载范围内岩体抗剪强度随剪切速率的增大而增大,且增幅越来越小。     

“基于Massflow模型的西藏仁布杰仲沟泥石流运动特征分析

为探明杰仲沟流域上游的潜在物源在极端条件下形成泥石流灾害,对沟口建筑及G318国道的危害性。以实地无人机拍摄数据为基础,通过三维建模生成研究区高精度的数字高程模型(DEM),再利用基于泥石流运动深度积分的Massflow数值分析方法,模拟泥石流的运动过程。首先分别用两种模型(Voellmy模型和Manning模型)对已发生的泥石流灾害进行了模拟,将模拟结果与现场实际情况进行对比验证,选取了结果更精确地Manning摩擦模型并确定了相应运动参数,在此基础上对体积为3. 0×10~5m~3的泥石流灾害进行了预测模拟评估。通过对模拟结果进行分析处理,划定了研究区内的四个危险区,为泥石流灾害的防治规划和设计提供了有效的参考依据。危险区A位于泥石流沟第一个弯道处,该区及以南区域,泥深和流动强度都较大,但该区域人类活动较少;危险区B位于第一个弯道与第二个弯道之间,危险区C位于第二个弯道处,这两个区域内泥深较大,局部区域流动强度较大,极端条件下,危险性相对较高;危险区D位于国道南侧,该区域流动强度相对较小,但流体在此区域易发生堆积,所以应提高公路下涵洞的排导能力。     

页岩气开发的地下水环境背景值、监测指标及污染示踪方法研究——以焦石坝区块为例

页岩气开采过程中水力压裂及废水回注可能带来的环境问题受到越来越多关注。由于水力压裂开采技术涉及的污染物种类众多,因此建立敏感性监测指标对于识别潜在的地下水污染具有重要意义。本文以中国涪陵页岩气田焦石坝区块为例,首先确定了地下水环境背景值（包括水化学、同位素及溶解气）;通过页岩水与浅层地下水的端元对比,确定了地下水环境敏感性监测指标与污染示踪方法。结果显示浅层地下水TDS在146~402 mg·L-1之间,属于HCO₃-Ca·Mg型,地下水属于年轻地下水（含3 H、14C接近100 pmC）,地下水甲烷含量均小于0.01 mg·L-1,水中溶解气的甲烷（CH₄）体积比低于0.006 4%,δ13C-CH₄总体小于-50‰,为生物成因甲烷（显著区别于热成因页岩气）。涪陵页岩气田焦石坝区块页岩水TDS约为海水两倍,为大气降水成因,显著区别于北美的（蒸发）海水起源。根据页岩水和浅层地下水水文地球化学特征的差异,建立了确定地下水敏感性监测指标的框架,识别出焦石坝区块地下水敏感性指标（7项）。页岩气开发对地下水潜在的污染主要包括气体污染和溶解固体组分污染。对于气体,建立了甲烷含量及同位素组成的端元,并且应用惰性气体进行了两个端元识别;对于溶解固体组分污染,基于浅层地下水背景值数据,可利用本文给出的敏感性指标进行判别。本项研究对于中国页岩气开发的地下水环境保护具有重要的意义,有助于完善页岩气开发过程中地下水环境监测和潜在污染示踪。