长大深埋隧道工程区地应力状态预测与实例分析

深埋隧道工程区地应力场的预测一直是工程技术人员所需迫切解决的难题。针对此问题提出了解决方案,即利用世界应力图、中国大陆地壳应力环境数据库以及前人研究成果可获得工程区应力场方向的初步认识,同时还可以利用Anderson断层力学理论分析工程区可能的主应力方向。在获得原地应力实测资料后,利用较为翔实的工程地质资料基于Hoek-Brown强度理论估算工程区范围内的岩体强度,然后利用修正Sheorey模型和数值模拟手段开展工程区深埋区域的地应力状态的预测分析。某水电站工程区位于青藏高原西缘。3个钻孔的水压致裂原地应力实测数据显示三向主应力之间的关系为SH>Sh>SV或SH>SV>Sh,表明最大水平主应力占主导地位,水平构造作用力明显。实测所得到的测区最大水平主应力方向为NEE向(N70.3°—89°E);而世界应力图给出的区域应力场方向为NE向。通过修正Sheorey模型对深埋引水隧洞沿线的工程区应力状态进行了预测,结果显示,埋深最大的地方,最大最小水平应力值分别为56.70,40.14 MPa。

水压致裂应力测量系统柔性分析及其对深孔测量的影响

在中国大陆范围内广泛使用的钻杆式水压致裂测试系统由6个部分组成,分别为压力流体控制系统、高压水泵、动力系统、数据记录系统、跨接式封隔器和钻杆系统。该套测试系统又可以分为两类,一种是针对孔深<100 m的浅孔测试系统,一种是针对孔深>100 m的深孔测试系统。对于钻杆式水压致裂系统,钻杆、连接管线以及钻孔变形对系统柔性影响均极微小,封隔器变形和压裂液压缩性是主要影响因素。当测试深度小于100 m时,测试系统柔性主要受封隔器变形和系统压裂液压缩性控制;而当测试深度大于100 m时,测试系统柔性主要受系统压裂液压缩性控制。对于深孔测试,钻杆式水压致裂测试系统柔性过大,会影响重张压力Pr0的准确确定。为了消除系统柔性对深孔测试的影响,可以通过其他方法来确定实验段岩体抗拉强度Tfh,进而确定最大水平主应力SH,或者通过其他方法来直接估算SH。在未来的研究工作中,开发井下传感器和井下流量计将是从根本上消除测试系统柔性影响的一条可靠途径。

郯庐断裂带区域应力状态研究综述

系统梳理和总结了前人对郯庐断裂带区域应力状态的研究成果,包括最大主应力方向、稳定性及动力机制分析等。郯庐断裂带北段最大主应力以NEE方向为主,中段以EW方向为主,南段以NEE方向为主。说明郯庐断裂带整体受东西方向的挤压作用,其活动受太平洋板块和东亚大陆板块控制。研究成果揭示了郯庐断裂带整体的应力状态,为防震减灾研究提供依据。

洞室群围岩应力集中效应放大现象的数值模拟

为了研究洞室群开挖过程中围岩应力集中效应放大现象的变化规律,本文根据不同的截面形状、不同的水平距离、不同的空间位置,利用3D-Sigma软件设计了4组洞室群模型,第1组包含5个模型,其他组均包含3个模型,以此来模拟后期开挖洞室的不同布置方案对前期洞室的影响规律.通过在拱顶、拱底和左右拱脚等部位设立应力监测点,得到了后期洞室群开挖过程中前期洞室围岩中代表性部位应力值的变化.最后从最大主应力和最小主应力两个方面,详细分析了开挖过程中随着洞室间距以及后期开挖洞室位置的变化洞室群围岩应力集中情况,得出了洞室群开挖过程中围岩应力集中效应的放大规律.该规律对深部洞室群稳定性控制具有指导意义.

福建梅花山隧道岩爆机理的数值模拟分析研究

受隧道分步施工开挖顺序的影响,隧道围岩内将会产生应力应变的非线性变化,在高地应力区域这种力学效应将更加明显,并会引起岩爆、片帮等严重地质灾害。文章结合福建梅花山铁路隧道工程实例,利用3D-Sigma软件建立三维隧道开挖数值模型,以实测应力数据为边界条件并利用Hoek-Brown强度准则估算确定岩体的输入参数,分析了开挖过程中开挖步骤的相互影响,以及隧道的三维时空应力场的变化规律。结果表明,隧道在高地应力作用下,拱顶形成压应力集中,拱肩位置形成了剪应力集中,这些应力集中导致洞壁围岩发生脆性破坏,并且后续的开挖作业会影响先前开挖成型的洞段,导致应力集中作用更为明显,加重围岩的破坏;工程实践中实际发生岩爆的位置与数值模拟结果中显示的最大压应力和最大剪应力集中位置对应良好,证明数值模拟结果能很好地揭示该隧道岩爆发生的孕育机理和规律性。

原生裂隙水压致裂原地应力测量的理论与实践新进展

HTPF法测试所需的数目众多的原生裂隙面大大制约了这种方法的推广应用。针对这一问题,通过为原生裂隙面上广泛存在的剪应力建立力学方程,利用最小二乘法和计算机程序试错搜索原生裂隙面摩擦系数的办法反演原地应力张量。理论上基于每个原生裂隙面的水压致裂测试结果可以建立两个力学方程,那么只需要3条原生裂隙就可以求解原地应力张量,但为了保证计算机程序反演收敛,至少需要5条原生裂隙,这一方法被定名为M-HTPF法。将这种方法在山东某科研钻孔的原地应力测量作业中进行了应用,通过利用5条原生裂隙面上的水压致裂测试得到的关闭压力和方位角数据,反演得到原地应力张量:σ_1=8.85 MPa,方位角为N58.12°W∠14.18°;σ_2=6.61 MPa,方位角为N26.2°E∠-21.54°;σ_3=5.01 MPa,方位角为N62.86°E∠63.86°。通过与同一钻孔内的经典水压致裂法的测量结果对比可知,两种方法得到的最小主应力和中间主应力非常接近,最大主应力则相差较大;两种方法获得的最大、最小主应力方位角基本一致。该方法为单孔三维水压致裂原地应力测量提供了新的思路和途径。

三维水压致裂原地应力测试技术新进展

水压致裂法因其测量深度深等优点,被广泛应用于各类岩土工程及地震机理研究中。然而经典水压致裂法受其理论局限性,无法获得地应力的全应力张量。因此,近年来国内外学者将视线转移到了三维水压致裂原地应力测试技术的研究上,并获得了大量成果。本文对以往各类水压致裂原地应力测量技术资料进行整理,阐述了水压致裂法的发展历史,介绍三维水压致裂方法的最新进展,并对有关资料中的计算公式进行推导,为研究人员进一步了解水压致裂方法提供一些新的参考资料。