如美水电站坝址区碎裂松动岩体成因机制

以澜沧江如美水电站坝址区为研究对象,在工程地质定性分析碎裂松动岩体成因机制的基础上,运用离散元UDEC软件,建立了地质概化模型,模拟了岸坡在自重应力场和构造应力场共同作用下的河谷下切和碎裂松动岩体的形成过程,综合分析了碎裂松动岩体的成因机制。研究结果表明:坝址区岸坡岩体卸荷形式多样,其中以“推移-错动”型卸荷影响范围最大,卸荷机制最为复杂;随着河谷的下切,岸坡岩体地应力发生重分布,主应力减小,剪应力增大,近坡表岩体应力出现明显松弛卸荷现象,岸坡沿上部顺坡向中倾结构面产生较大变形,且对下部尖灭部位岩体产生了较大的推力,岩体沿反坡向陡倾节理出现反向错动,并在坡表形成外高内低的错台现象,岸坡岩体出现明显的倾倒变形特征,形成典型的“推移-错动”型卸荷模式,并叠加强烈的风化作用,最终形成碎裂松动岩体。

断裂在纯净砂岩中的变形机制及断裂带内部结构

以纯净砂岩为对象，考虑了影响断裂变形的主要因素，包括成岩阶段、孔隙度、温度和围压，系统剖析了不同性质砂岩的断裂变形机制、微构造特征及形成断裂带的内部结构，对研究砂岩内断裂封闭性具有重要的指导意义。研究表明：纯净的砂岩在未固结半固结成岩阶段发生断裂，变形机制为颗粒边界摩擦滑动，导致颗粒旋转和滚动，即为颗粒流，形成的微构造为解聚带，孔渗性同母岩比没有明显降低，断裂带尽管具有断层核和破碎带二分结构，但渗透率比母岩高，为流体垂向运移的通道；在固结成岩阶段（孔隙度大于15％）发生断裂，变形机制为碎裂作用，颗粒边界摩擦滑动导致颗粒旋转，即为碎裂流，形成的微构造为碎裂带，渗透率同母岩比一般降低1～3个数量级，形成侧向有一定封闭能力、垂向渗透的断裂带；固结阶段（孔隙度小于15％）发生断裂，开始由于破裂作用，形成断层角砾岩，伴随着碎裂流发生，形成碎裂岩，因此早期形成高渗透断裂带，后期断层逐渐封闭。固结成岩的砂岩在抬升过程发生断裂，变形机制为破裂作用，形成无内聚力的角砾岩，为高渗透断裂带。在不同成岩阶段发生变形，形成多类型变形构造的叠加，对于一条晚期形成的断层而言，由于不同深度变形机制及微构造类型不同，导致油气选择性充注，碎裂带和压溶胶结碎裂带阻止油气向高孔隙度砂岩中充注，解聚带会成为油气运移的通道，裂缝有利于油气优先充注。因此，高孔隙性砂岩中孔隙度较低的储集层由于碎裂带不发育常常含油气性最好，而低孔隙性砂岩由于裂缝产生含油气性较好。

碎裂煤显微裂隙分形结构及其孔渗特征

摘要：构造煤特有的孔裂隙系统决定了其不同类型具有独特的储层物性，而以脆性变形为主的碎裂煤发育区是煤层气勘探的有利区。根据贵州发耳煤矿9件煤样的显微镜观测和压汞实验数据，分析了构造煤微观变形和显微裂隙分形特征，进而对煤样孔隙渗透特征进行了研究。结果表明：碎裂煤显微裂隙信息维数分布在1．2-1．8：以信息维数为指标，可将碎裂煤划分为3类，信息维数分布范围分别为1．2-1．4、1．4-1．7和1．7-1．8：脆性构造变形增加了孔隙系统中大孔和中孔的孔容，构造变形越强烈，脆性系列构造煤的渗透性能越好。

碎裂矿段开采与空区处理协同研究

为在生产高效和作业安全上取得系统整体最优,将碎裂矿段的空区处理微观问题纳入采矿方法创新设计宏观问题中,开展2种问题的协同研究:首先,针对广西高峰矿105号矿体碎裂矿段的赋存特点和开采技术条件,考虑对各种规模空区适应性,基于采矿环境再造和连续采矿理论,提出采矿环境再造无底柱分段分条连续采矿法;然后,根据采空区规模、围岩状况和原岩应力场等条件的差异,在所有采空区中选择具有代表性的空区,运用离散元程序对其稳定性进行计算分析;最后,在稳定性分析的基础上,灵活调整开采布局,将采空区调整为部分切割工程、自由爆破空间或采场,从而确定出各种规模空区的处理方案。研究结果表明:碎裂矿段开采与空区处理协同研究可为类似矿床的安全高效开采提供参考。

岩质边坡滑移—弯曲破坏中间状态的工程地质分析

通过对一个顺向坡实例的详细调查发现,顺向坡的滑移—弯曲破坏,在强烈弯曲—隆起之后、整体失稳之前还存在一个中间状态———碎裂—散体化。在对其形成条件进行初步分析的基础上,提出了“四阶段”的滑移—弯曲破坏地质力学模式。

强震条件下碎裂岩体崩塌机理及崩塌后壁对堆积体稳定性影响研究

"5.12"汶川地震的强震作用诱发产生了大量崩塌地质灾害,且多发生于碎裂结构岩体中。崩塌后斜坡后缘岩体及前缘堆积体的稳定性和后缘岩体对前缘堆积体稳定性的影响研究同样是震后灾害所面临的问题。以干河沟沟口斜坡为例,在分析该斜坡结构特征及崩塌机理的基础上,采用二维离散元软件UDEC模拟了斜坡在天然或强震条件下的稳定状态和可能失稳过程;运用极限平衡法对陡壁岩体再次崩塌,产生新物质堆载在现有崩塌堆积体后缘前、后分别建立模型进行了稳定性分析。研究结果表明:碎裂岩体崩塌过程可分为应力重分布、潜在崩塌体形成和地震诱发崩塌3个阶段。崩塌堆积体在考虑后缘堆载作用之前,在天然或地震环境下均处于相对稳定状态,考虑堆载作用之后,其可能会在地震条件下失稳。离散元法和极限平衡法的组合使用,对于解决同类斜坡的同类问题切实可行。

综采工作面直接顶碎裂岩体冒顶机理及其控制

本文根据直接顶岩体冒顶现场实测和相似模拟实验结果，阐明综采面破碎顶板的碎裂岩体属性与冒顶特征，并建立碎裂岩体冒顶力学模型，深入研究冒顶本质原因和控制原理。在此基础上，本文提出了有效控制碎裂岩体冒顶的指标体系与技术措施，进而在生产实践中成功地控制了碎裂岩体冒顶事故。

北祁连西段鹰咀山蚀变碎裂岩型金矿床控矿因素和成因

本文论述了北祁连西段鹰咀山金矿床区域地质背景、矿床成矿地质条件、矿体特征、围岩蚀变、矿化和矿床地球化学特点,认为金矿床主要受多级断裂系统和火山碎屑岩控制,金矿化与蚀变碎裂岩带关系密切,是一种蚀变碎裂岩型金矿床。流体包裹体测温结果为中高温,成分以低盐度以及富CO2和H2O为特征;稳定同位素组成表明,成矿流体早期以岩浆水为主,晚期混有大量大气降水。

层状碎裂围岩特大断面换装硐室施工性态及稳定性分析

随着煤炭资源的大规模开发,大型设备进入煤矿井下,修筑特大断面硐室已必不可少,随之而来的深部层状碎裂煤岩体所具有的特殊工程地质问题更加突出。棋盘井煤矿井底特大断面换装硐室(跨度9.9 m、高9.45 m)处于硐室密集区的层状碎裂围岩中,可供类比工程很少,施工难度很大。针对其围岩特点,采用三维小模型分析施工顺序、高边墙破坏规律和支护单元的功效,用三维大模型真实再现施工过程,反映围岩空间动态变化情况;优选出最优施工方案及块段施工合理错距;理论分析得出高边墙围岩潜在破坏机制不尽相同,水平应力释放是高边墙产生片帮、剥落的主要原因,并提出承载墙的概念。研究成果可为日后类似工程的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。

2008年汶川地震前震源区的异常应力状态

我们收集了紫坪铺水库区域台网记录到的2004年8月16日至2008年5月12日汶川地震前发生在震中区及附近区域的486个小震震源机制资料,运用碎裂分析法对这些震源机制数据进行分析,获得了汶川地震前3年多时间内震源区应力水平随时间的演化过程。结果显示,强震发生前震源及附近区域约在2007年6月发生了应力突变,出现了2个应力异常高值区,其形成过程同时伴随着龙门山中央断裂的应力水平降低,最终强震发生在高应力区和低应力区之间的应力梯度带上。汶川地震前应力状态的演化过程,类似于实验研究中出现的非均匀断层失稳前的地震成核现象,符合地震成核的宏观表现。巴颜喀拉块体的南边界-鲜水河断裂的短基线测量也显示出,在同一时间段鲜水河断裂南段由左旋滑动转为异常的右旋错动,反映了汶川强震前整个巴颜喀拉块体有向东加速运动的异常过程。

大倾角煤层综采工作面再生顶板与支架失稳机理

针对底分层煤层开采诱导采场再生顶板二次破坏和支架失稳特点,以潘北矿1212(3)再生顶板下大倾角煤层工作面为例,综合运用井下钻孔三维成像对再生顶板结构实测、基于声发射监测技术的相似物理模拟和理论分析3种技术手段,对大倾角煤层综采面再生顶板顶板结构、垮落特征以及支架失稳模式进行了研究。通过对底分层再生顶板施工的3个钻孔进行孔壁成像确定了底分层再生顶板胶结压实状态,结合相似物理模拟确定了煤层回采过程中的再生顶板垮落规律,并采用理论计算分析了再生顶板运动对采场支架稳定性的影响程度。结果表明:①受煤层倾角影响,再生顶板压实程度呈现出采场下部高于采场中部,采场上部压实程度最弱的非对称压实特征;②底分层顶板3~5 m范围内岩层易在支架间冒漏,此范围再生顶板是改变支架位态的关键岩层;③底分层再生顶板破断失稳经历了6个阶段,基于声发射信号强弱程度确定了采场下部再生顶板高位悬臂梁的断裂和上部再生顶板的滑移是引起底分层顶板破碎严重的主因;④基于现场支架载荷数据,验证了相似物理模拟准确性,标划出采场上部是支架稳定性重点防控区域;⑤在综合厘定再生顶板-支架作用关系基础上,构建再生顶板运动下的大倾角煤层采场支架倾倒和下滑失稳模型,分析支架受力特征,获得支架在倾倒、下滑临界状态下的架间作用力分别为-126.8 kN,86.2 kN,揭示了再生顶板载荷作用位置对支架稳定性影响显著;⑥探讨了护帮、护顶和护架的三位一体协同支护体系。

碎裂岩体失稳产生涌浪原型物理相似试验研究

崩滑体涌浪事件具有突发性和灾难性,且实测资料有限,原型物理相似试验研究这种涌浪现象是很好的方法。以三峡库区龚家方崩滑体涌浪事件为原型,探索构建三峡水库蓄水后干流上第一个涌浪大型物理相似试验模型,其长24 m,宽8 m,高1.3 m,几何相似比为1∶200。试验采用大理石材质、d50=1.47 mm的粗砂模拟碎裂岩体,利用波高仪、高速摄影机和爬高测试带监测河道内的水波变化过程,实施了以前缘入水速度为变量的6组涌浪试验。试验结果与龚家方涌浪事件调查结果对比表明,该试验方法可用于预测和研究类似碎裂岩体失稳产生涌浪问题。系列试验分析后,首次通过数据展示碎裂岩体失稳产生的涌浪在传播过程中波的追逐、叠加及反射波叠加等相互作用过程,精细地刻画了河道内涌浪传播和爬高衰减率的差异性。通过该原型模型系列试验,探讨碎裂岩体失稳产生涌浪模型试验的改进方向。采用的物理相似试验方法为碎裂岩体失稳产生涌浪研究提供了很好的借鉴,试验得到的数据及规律认识将为三峡库区类似岩质岸坡失稳产生涌浪预测提供极大的技术支撑。

碎裂板岩不同含水状态下蠕变特性试验

为了认识不同含水状态下碎裂板岩的蠕变特性,利用Instron全数控电液伺服力学试验机对贵州黔东南地区隧道洞口的碎裂板岩进行单轴压缩蠕变试验,研究其自然风干、不完全饱和和饱和试样的蠕变特性。实验研究结果表明:(1)碎裂板岩蠕变过程主要包括衰减蠕变和稳态蠕变过程,超过一定应力后,在极短的时间内破坏,因此可由广义开尔文模型描述其蠕变过程;(2)自然风干试样蠕变破坏应力为66.2MPa,为自然风干试样瞬时单轴抗压强度的71.7%,不完全饱和试样蠕变破坏应力为56.1MPa,饱和试样蠕变破坏应力为38.2MPa;(3)不完全饱和试样的最大蠕变应变为自然风干试样的2.7倍,而饱和试样的最大蠕变应变值是自然风干试样的4.3倍。

新疆萨热克砂砾岩型铜矿区碎裂岩化相特征

新疆萨热克砂砾岩型铜矿床受萨热克巴依中生代陆内拉分盆地控制,矿体主要赋存于上侏罗统库孜贡苏组蚀变杂砾岩层中。受后期碎裂岩化相强烈改造,碎裂岩化相对萨热克砂砾岩型铜矿床具有明显控制作用。碎裂岩化相形成于盆地改造过程,并具有裂隙-盆地流体强烈耦合作用。碎裂岩化-裂隙构造是深源热流体叠加成矿的运移通道和储矿构造。碎裂岩化相宏观特征以顺层裂隙破碎带+切层裂隙破碎带+碎裂岩化+沥青化+网脉状铜硫化物为主。微观裂缝类型主要为砾内缝、砾缘缝与穿砾缝,沿裂隙和裂缝充填绿泥石、辉铜矿、沥青质、石英和铁碳酸盐等。地层从老到新,裂缝密度整体呈现由低到高的特征。裂隙渗透率和气测渗透率表明上侏罗统库孜贡苏组含矿层的裂隙渗透率比其他非含矿层更高,裂隙和裂缝为盆地成矿流体提供了运移通道和储矿空间。

大光包滑坡滑带碎裂岩体原位钻孔剪切试验研究

安县大光包滑坡是汶川地震触发的最大规模滑坡,滑坡南侧暴露长约1.8 km顺层滑带,其岩体高度碎裂化,引起广泛关注。为准确评价滑带碎裂岩体的强度参数,笔者在前人研究的基础上开展了细致的野外调查工作,采用法国Phicometre岩土两用原位钻孔剪切试验仪对大光包滑坡滑带碎裂岩体进行了原位剪切试验。将试验结果与Hoek–Brown岩体强度准则估值和基于工程地质类比法的力学参数建议值进行了对比分析。基于以上研究,提出了大光包滑坡南侧顺层滑带碎裂岩体力学参数建议值:内聚力为245~480 k Pa,内摩擦角为25.0°~26.5°。

新疆乌恰县萨热克铜矿床沉积微相与储矿相体结构特征

通过对萨热克铜矿床典型勘探线和坑道构造岩相学填图及相体解剖工作,对其沉积相类型、储矿相体结构、成矿作用等进行了研究,认为本区沉积相类型主要为山麓冲积扇相、旱地扇扇中亚相、湿地扇扇中亚相、湖泊沼泽相、滨湖相、浅湖‐半浅湖相、辫状河三角洲前缘亚相等。上侏罗统库孜贡苏组形成以旱地扇±残余山间湖泊相(尾闾湖)湿地扇的叠加复合扇扇中亚相(库孜贡苏组上段),叠加复合扇扇中亚相紫红色和灰黑色铁质杂砾岩类为萨热克铜矿床的储矿相体,其微相类型分为水道微相、席状片流微相、叠加复合扇微相、冲刷面微相、筛积微相和泥石流微相。切层断裂‐层间滑动构造形成的碎裂岩化及后期沥青类盆地流体叠加改造部位,矿体具有明显富集作用,显示构造‐岩性‐岩相多重耦合特征。

非煤矿山采空区失稳机理及稳定性数值模拟分析

地下开采形成的采空区而引起的灾害已成为地下矿山主要灾害之一。本文从非煤矿山采空区顶板(连续性结构岩体层状顶板、非连续性碎裂结构岩体)和矿柱两个关键影响要素对采空区失稳机理进行了研究,同时结合工程实例,采用FLAC3D软件对采空区稳定性进行了数值模拟计算与分析。结果表明:采空区围岩受力及变形导致的失稳状况与理论计算相吻合,并在工程上得到了很好的验证和应用。

苏州浒墅关阳山碎裂基岩滑坡的破坏机理研究

苏州浒墅关阳山西侧边坡因开挖历史较长,形成了整体高差约260m的高陡边坡,严重威胁着坡下开发区居民及用地安全,尤其以其顶部的碎裂基岩滑坡危险性最大。本文从构造历史、岩性、外界营力等多个角度对该基岩滑坡的形成条件、稳定性影响因素、演变历史和破坏机理等进行了全面研究,认为该基岩滑坡的破坏模式为圆弧形滑动,其破坏机理主要受控于滑体前缘良好的临空面、作为软弱夹层的石英斑岩岩脉、因推覆构造而呈碎裂状的岩体结构等,并有针对性地提出了削坡加格构支挡的防治方案,从而有效地控制了该滑坡灾害的进一步发展。

碎裂结构边坡变形机理及治理对策研究

碎裂结构边坡稳定性受多组相交结构面控制,且受降雨、地震等多因素影响强烈,具有一定的特殊性。本文以某花岗岩碎裂结构边坡为例,在边坡的地质条件和岩体结构研究的基础上,结合施工及监测反馈信息,深入分析了边坡变形破坏模式,并根据稳定性计算结果,提出锚索、钢筋桩与排水相结合的支护方案。研究结果表明:坡体内部陡倾卸荷裂缝发育形成后缘切割面,中下部滑面追踪陡缓两组结构面发展;支护措施实施后,边坡经历"5.12"地震及雨季,多点位移计监测结果表明,地震和降雨对边坡稳定性影响较大,支护措施较好地控制了边坡变形。

山东省双山屯金矿床深部矿体地质特征及找矿前景

山东省烟台市双山屯金矿产于牟平—朱吴断裂的构造破碎带中,与区域金矿的特征相似,金矿体严格受断裂的控制。深部的金矿体主要有Ⅱ-7号和M7号矿体,金矿体在空间上呈舒缓波状,并向E侧伏;断裂控制了围岩蚀变的范围、形态和分带,也控制着矿体的产状、形态,使蚀变和金矿化具有时空的一致性。勘查结果表明,深部的金矿体在产状、矿石类型等方面出现了明显变化,在-900m标高以下并未封闭,仍有向深部延伸的可能,因此要注意已知矿体边部和深部的找矿;控矿断裂在晚中生代经历了多次性质的活动,但金的成矿只是在断裂活动的特定时段发生,即早白垩世晚期（130~110 Ma）的张扭活动,该期断裂活动提供了成矿所需的运移通道和储矿空间。