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Numerical analysis on the influence of rock specimen size on crack stress field
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作者 傅真 蔡永恩 《Acta Seismologica Sinica(English Edition)》 EI CSCD 2005年第3期322-330,379,共10页
In the simulation of rupture processes of seismic sources by using either numerical method or rock mechanics experiments, improper setting of the specimen size will influence the stress field near the faults. In this ... In the simulation of rupture processes of seismic sources by using either numerical method or rock mechanics experiments, improper setting of the specimen size will influence the stress field near the faults. In this study, 2D finite element method (FEM) was used to calculate the stress field of rock specimens in different sizes with fixed-size elliptic holes. The calculated stress field was compared with analytic solution for elliptic-hole problem in an infinite medium. Numerical results showed that boundary effect of a rock specimen with an elliptic hole on stress field under uniaxial compression cannot be neglected. Critical aspect ratio of the specimen is about 3:2, and critical ratio of distance between the tip of the hole and the border of specimen (d) to the major axis of the elliptic hole (l) is about 7.3. Numerical analysis on rock specimen size can provide theoretical reference for rock specimen experiments, and it is also helpful for setting of model sizes in numerical simulations of fault movement. 展开更多
关键词 finite element method stress field critical size of rock specimen boundary effect
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Surrounding Rock Failure Mechanism and Control Technology of Gob-Side Entry with Triangle Coal Pillar at Island Longwall Panel in 15 m Extra-Thick Coal Seams
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作者 Hao Sun 《World Journal of Engineering and Technology》 2024年第2期373-388,共16页
Taking the return air roadway of Tashan 8204 isolated island working face as the background, the evolution law of the stress field in the surrounding rock of the widened coal pillar area roadway during the mining peri... Taking the return air roadway of Tashan 8204 isolated island working face as the background, the evolution law of the stress field in the surrounding rock of the widened coal pillar area roadway during the mining period of the isolated island working face is obtained through numerical simulation. The hazardous area of strong mine pressure under different coal pillar widths is determined. Through simulation, it is known that when the width of the coal pillar is less than 20 m, there is large bearing capacity on the coal side of the roadway entity. The force on the side of the coal pillar is relatively small. When the width of the coal pillar ranges from 25 m to 45 m, the vertical stress on the roadway and surrounding areas is relatively high. Pressure relief measures need to be taken during mining to reduce surrounding rock stress. When the width of the coal pillar is greater than 45 m, the peak stress of the coal pillar is located in the deep part of the surrounding rock, but it still has a certain impact on the roadway. It is necessary to take pressure relief measures to transfer the stress to a deeper depth to ensure the stability of the triangular coal pillar during the safe mining period of the working face. This provides guidance for ensuring the stability of the triangular coal pillar during the safe mining period of the working face. 展开更多
关键词 Island Coal Face Evolution Law of Surrounding rock stress field Strong Mine Pressure Hazardous Area
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The Structure of Ore-controlling Strain and Stress Fields in the Shangzhuang Gold Deposit in Shandong Province,China 被引量:43
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作者 DENG Jun WANG Qingfei +6 位作者 YANG Liqiang ZHOU Lei GONG Qingjie YUAN Wanming XU Hao GUO Chunying LIU Xiangwei 《Acta Geologica Sinica(English Edition)》 SCIE CAS CSCD 2008年第4期769-780,共12页
The Shangzhuang altered-rock type gold ore deposit is located in the middle segment of and controlled by the Wang'ershan fault zone in the northwestern part of the Jiaodong gold province, China. The deformation evolu... The Shangzhuang altered-rock type gold ore deposit is located in the middle segment of and controlled by the Wang'ershan fault zone in the northwestern part of the Jiaodong gold province, China. The deformation evolution, the structure of strain and stress fields and its ore-controlling effect in the Shangzhuang deposit are discussed in this paper. It is revealed that the deformation evolution has mainly undergone four phases: the early ductile deformation, the second NE-striking horizontal simple shear, the third NE-striking compression-shear and the final NW-striking compression. The mineralization happened during the third stage in which the maximum principal stress gradually transited from NE to NW. The 3-D numerical simulations of the stress field show that, on the condition that the maximum principal stress is NE-striking, the fracture development in the fault zone is favored, while when the maximum principal stress is NW-striking, the fault zone is relatively extensional and it is suitable for the influx and emplacement of ore-forming fluids. The compression-shear strain field during the mineralization is characterized by the λ-type structure, the positive flower structure, etc. Orebodies are mostly equidistantly located in the dilatational spaces, which are distributed in the integral compressional circumstances. And the dilatational spaces are developed where the fault attitude changes or shear joint systems develop. In the overall compression-shear stress field, the strain field bears self-similarity at multiple scales, including the orebody, ore deposit and orefield. The selfsimilarity of the structure comprises the subequidistant distribution of fractures at the same scale and the similar shape of the fractures at various scales. Yet, due to the special geological structure, the orebodies are mostly located in the hanging wall in the Shangzhuang deposit, which is different from most deposits in the Jiaodong gold province. Analyses of the ore-controlling stress and strain fields in the deposit provide an important basis for deposit seeking. 展开更多
关键词 Shangzhuang gold deposit 3-D structural stress field altered rock
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山东龙郓煤业10·20冲击地压事故区域应力背景与防控研究
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作者 孟静 张鹏 +4 位作者 王继明 丰成君 范玉璐 戚帮申 孙明乾 《地质力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期473-486,共14页
矿山巷道、交通隧道等地下硐室围岩稳定与岩体所处区域地应力环境息息相关。分析区域深部地应力与地下硐室走向、形状等因素的关系,有助于提前规避硐室开挖风险。文章以山东龙郓煤业10·20冲击地压事故为背景,通过地应力测量与监测... 矿山巷道、交通隧道等地下硐室围岩稳定与岩体所处区域地应力环境息息相关。分析区域深部地应力与地下硐室走向、形状等因素的关系,有助于提前规避硐室开挖风险。文章以山东龙郓煤业10·20冲击地压事故为背景,通过地应力测量与监测工作,初步揭示了山东西部地壳浅表层现今地应力环境,结合龙郓煤业矿区附近现今地应力场特征,探讨此次冲击地压事故产生的区域应力背景,并从地应力角度提出相应的防控建议。研究结果表明:测量深度范围内主应力大小总体上与深度成正比线性关系,最大水平主应力值为3.48~20.76 MPa,随深度增加梯度为0.0182 MPa/m;最小水平主应力值为3.44~14.95 MPa,随深度增加梯度为0.0130 MPa/m;区内最大水平主应力方位为北东43°~89°,平均方位为北东75°;地壳浅表层构造作用以水平构造作用为主,但随着深度的增加,逐渐向垂直构造作用转变;龙郓煤业10·20冲击地压事故的诱发机制主要是垂向应力大于水平主应力,现今处于拉张应力环境,尤其是巷道走向平行于最大水平主应力方向;建议龙郓煤业巷道轴线与最大水平主应力方向的夹角为60°~90°,同时巷道顶板可以采用拱形顶板,确保巷道岩体稳定。 展开更多
关键词 山东西部 冲击地压 地应力测量与监测 地应力场特征 岩体稳定性
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马头营干热岩开采试验场地人工注水诱发地震探讨
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作者 王宁 王亚玲 +3 位作者 张晓刚 尹康达 毛国良 纪春玲 《大地测量与地球动力学》 CSCD 北大核心 2024年第9期905-909,936,共6页
结合马头营干热岩区7个临时测震台站的地震观测资料和M1井2022-06~09的加压注水数据,研究地震活动与注水压力、水流量的关系,同时分析诱发地震震源机制解及其对周边应力场的影响。结果表明,注水作业可能诱发了201个地震,震源深度主要集... 结合马头营干热岩区7个临时测震台站的地震观测资料和M1井2022-06~09的加压注水数据,研究地震活动与注水压力、水流量的关系,同时分析诱发地震震源机制解及其对周边应力场的影响。结果表明,注水作业可能诱发了201个地震,震源深度主要集中在0~4 km,这个区段也是地围压较小的安全区域,发生中强震的几率较小;水流量、水压力的改变不仅影响诱发地震的时空分布特征,而且影响地震活动频度,应力积累到一定水平诱发地震发生,之后水流量、水压力与地震频度呈现正相关关系;注水量和震级之间关系不明显,压力和诱发地震震级呈线性相关;在持续注水量达到11 821 m^(3)、压力达到23.46 MPa时,有断层失稳、诱发地震的可能;最大诱发地震的震源机制解为走滑型,主压应力NNW向,与华北区域应力分布有一定偏差,可见M1井开采对局部应力分布有影响;从地震震中位置迁移规律推测,有新的地裂缝产生。 展开更多
关键词 加压注水 诱发地震 震源机制解 应力场 马头营干热岩区
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基于钢锥冲击的煤层卸压方法研究 被引量:1
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作者 任智敏 吕梦蛟 +2 位作者 王飞 王禹 张广太 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期37-47,共11页
针对煤矿冲击地压引起的采掘安全问题,以山西晋中左权五里堠煤矿3号煤层开采地质条件为工程背景,提出一种基于钢锥冲击煤层的卸压方法。根据通电线圈间产生电磁互感斥力原理,获得磁力驱动绕线钢锥撞击煤层的冲击力函数式,并结合弹性力... 针对煤矿冲击地压引起的采掘安全问题,以山西晋中左权五里堠煤矿3号煤层开采地质条件为工程背景,提出一种基于钢锥冲击煤层的卸压方法。根据通电线圈间产生电磁互感斥力原理,获得磁力驱动绕线钢锥撞击煤层的冲击力函数式,并结合弹性力学理论,分析冲击力作用下煤体应力场分布特征、裂隙类型、破裂范围及程度。结果表明:(1)冲击力与交流电电压及线圈级数呈正相关关系,与交流电频率及每米线圈匝数呈负相关关系。其中,电压是调控冲击力的最主要因素,综合考虑认为电压取660 V为宜。(2)计算显示钢锥长度与直径仅需1 cm和1.28 cm,与之匹配的2级加速线圈总长为2 cm,可实现冲击装置的微型化,便于在钻孔内灵活布置。(3)冲击力使钻孔横截面围岩出现集中系数为4.0~16.7的叶状极高应力区,其延伸长度为5倍钻孔半径,区内发育张拉裂隙;叶状区之外为集中系数1.7~3.3的高应力区,发育压剪裂隙,其范围可达50倍钻孔半径,据此得到卸压钻孔间距为2.5 m。(4)按卸压段长度,每孔内设置2个间距2 m的冲击装置,冲击力使钻孔纵截面围岩呈现针状极高应力区,相邻针状区间分布椭圆形压剪裂隙区,两者一起贯通2 m厚煤层,实现有效破煤卸压。研究成果为探索基于磁力钢锥冲击的煤层卸压技术奠定初步理论基础。 展开更多
关键词 冲击地压 互感斥力 钢锥 冲击力 钻孔围岩 应力场分布 煤层卸压 晋中左权 五里堠煤矿
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三向非等压应力场下围岩主应力差与塑性区分布关系研究 被引量:3
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作者 刘洪涛 韩子俊 +5 位作者 韩洲 陈子晗 韦晟杰 刘勤裕 程文聪 吴双 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期291-306,共16页
首先,以弹性理论为基础推导出考虑巷道轴向应力影响的主应力差解析式,通过变化水平侧压比、轴向侧压比研究完全弹性条件时不同应力场下主应力差分布形态演化规律。其次,推导出考虑轴向应力作用的围岩塑性区近似解,研究不同应力环境下围... 首先,以弹性理论为基础推导出考虑巷道轴向应力影响的主应力差解析式,通过变化水平侧压比、轴向侧压比研究完全弹性条件时不同应力场下主应力差分布形态演化规律。其次,推导出考虑轴向应力作用的围岩塑性区近似解,研究不同应力环境下围岩的塑性区形态演化规律。最后,对比分析主应力差及塑性区形态特征,研究二者分布形态的对应关系,并通过数值模拟验证理论分析的正确性。研究结果表明:在弹性理论下,三向应力场条件的主应力差值分布会呈现圆形、椭圆形、蝶形3种形态的演化规律;在考虑巷道塑性破坏的情况下,主应力差值在σx、σz较小一侧形成峰值壳,在较大一侧形成卸压壳。在不同水平侧压比及轴向侧压比情况下,围岩塑性区形态会呈现圆形—椭圆形、椭圆形—蝶形、蝶形恶性扩展3个阶段的演化过程。巷道主应力差的分布形态在一定程度上可以反映塑性区形态,主应力差和塑性区在相同应力条件下的形态特征具有逐一对应关系,且二者形态在很大程度上由水平侧压比决定,轴向侧压比对塑性区形态影响较小。160206回风巷在偏转式主应力差集中区形成非对称异化特征。本文基于分析及现场破坏情况提出的联合协同支护技术在现场应用效果较好。 展开更多
关键词 主应力差 轴向应力 巷道塑性区 非静水压力场 围岩控制
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南北朝·大地变迁的动力--漫步地震五千年(8)
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作者 冯锐 《地震科学进展》 2024年第6期419-434,共16页
地下应力场是地壳形变、岩体破坏、地震发生的直接力源,岩体的稳定性问题十分重要。通过国际合作已经完成了全球GPS速度场和地应力图的更新,有了动力源的板块就不再是一堆僵化构造体,它们运动的活力和内部的应力状况被第一次揭示出来。... 地下应力场是地壳形变、岩体破坏、地震发生的直接力源,岩体的稳定性问题十分重要。通过国际合作已经完成了全球GPS速度场和地应力图的更新,有了动力源的板块就不再是一堆僵化构造体,它们运动的活力和内部的应力状况被第一次揭示出来。本文介绍了地应力原地测量的方法,应力张量结构的划分原则,全球和中国应力图的基本特征。对于地震的震源机制解,作者绘制了多种三维透视图,便于读者以看图识字的方式掌握震源机制解的地质含义。最后,以两个实例对比了实测应力图和震源机制解的异同,分析了当地动力学的背景。 展开更多
关键词 岩体稳定性 GPS速度场 构造应力图 地应力类型 地震震源机制
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四川盆地涪陵南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩古构造应力场及裂缝特征 被引量:2
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作者 包汉勇 刘超 +5 位作者 甘玉青 薛萌 刘世强 曾联波 马诗杰 罗良 《岩性油气藏》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期14-22,共9页
通过岩石力学实验、声发射实验和地震资料综合解释,利用有限元数值模拟方法,对涪陵南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组海相页岩古构造应力场进行了数值模拟,并结合岩心实测结果,预测了构造裂缝的发育特征。研究结果表明:①涪陵南地区... 通过岩石力学实验、声发射实验和地震资料综合解释,利用有限元数值模拟方法,对涪陵南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组海相页岩古构造应力场进行了数值模拟,并结合岩心实测结果,预测了构造裂缝的发育特征。研究结果表明:①涪陵南地区裂缝主要形成期(燕山晚期)构造应力和裂缝的分布受断层、岩石力学性质和构造应力的影响,断层广泛发育的区域容易出现应力集中,并引起较大的应力梯度。②利用库伦-莫尔破裂准则预测了研究区构造裂缝的发育,同时引入剪切破裂指数R定量表征裂缝发育的强度,其值越大反映裂缝发育程度越高。窄陡断背斜和断层附近裂缝发育,以高角度剪切裂缝为主,而在宽缓向斜部位裂缝发育程度最弱,研究区五峰组—龙马溪组底部硅质页岩应力集中,裂缝最发育。③涪陵南地区海相页岩气保存有利区主要为3个区带:远离大断层的凤来向斜内部,主要构造变形期未遭受大的破坏作用,其位于应力低值区,具有良好的保存条件,为Ⅰ类有利区;白马向斜内部小断层发育,应力值位于中等水平,保存条件中等,为Ⅱ类较有利区;石门—金坪断背斜遭受到强烈改造作用,容易产生大规模剪切裂缝,破坏了保存条件,为Ⅲ类不利区。 展开更多
关键词 薄板模型 岩石力学参数 有限元数值模拟 构造应力场 剪切裂缝 库伦-莫尔破裂准则 破裂指数 海相页岩 五峰组—龙马溪组 涪陵南地区 四川盆地
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岩体变形及二次应力下矿体开采效应研究 被引量:1
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作者 向欣欣 张耀平 雷大星 《有色金属科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第1期87-96,共10页
为了解围岩在变形及二次应力下矿体开采效应的影响,本文选取-410 m中段采用现场试验与数值模拟相结合的方法对崩落法采矿进行矿体效应研究。结果表明:围岩应力发生震荡变化,在矿体上下盘围岩附近存在应力明显降低区域,下盘大于上盘,顶... 为了解围岩在变形及二次应力下矿体开采效应的影响,本文选取-410 m中段采用现场试验与数值模拟相结合的方法对崩落法采矿进行矿体效应研究。结果表明:围岩应力发生震荡变化,在矿体上下盘围岩附近存在应力明显降低区域,下盘大于上盘,顶板最大主应力达0.44 MPa,局部呈现应力集中,且应力集中部位呈现类似水平零散分布的现象。同时开采边界呈现裂隙发育的状态。水平矿体有轻微下沉趋势,且在该中段的水平巷道边界和顶板裂隙附近易出现断层破碎带。竖直方向变形明显,且倾斜部位呈椭圆分布,最大下沉位移值达8.00 mm,最大上升方向变形值为3.03 mm,交界线附近易受到应力挤压现象。该研究对及时准确地掌握岩体变形规律和矿山安全信息使矿山安全有效合理地进行开采具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 围岩变形 应力集中 现场试验 数值模拟 开采效应
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深部工程岩体温度与渗流耦合作用下复杂应力场反演方法 被引量:1
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作者 周家兴 王金安 李飞 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期188-201,共14页
深部地质体应力场的复杂性可归因于高地温和高岩溶水压覆存环境中的岩体非线性特征和局部构造应力场重构。该文结合岩体在流-固-热多场耦合作用下的力学响应机制,建立了能够解析深部各应力测点构造信息特征的非线性反演与优化方法。系... 深部地质体应力场的复杂性可归因于高地温和高岩溶水压覆存环境中的岩体非线性特征和局部构造应力场重构。该文结合岩体在流-固-热多场耦合作用下的力学响应机制,建立了能够解析深部各应力测点构造信息特征的非线性反演与优化方法。系统地分析了深部地质体温度场—渗流场—地应力场的耦合作用,以及温度场和渗流场对地应力场的影响机理,开展了三山岛金矿区深部岩体在不同围压及孔隙水压力作用下的三轴压缩试验,探究了深部岩体物理力学参数随不同孔隙水压及围压的非线性变化规律。提出了一种非线性特征延扩迭代算法(NCEI算法),该算法能够对各区域实测地应力数据中“弱”非线性与连续性部分的特征信息进行整体优化拟合,以及对局部构造区地应力中“强”非线性和非连续部分的特征信息进行强化解析。基于ABAQUS软件的二次开发接口,编写出多耦合计算子程序,实现了岩体地应力场—温度场—渗流场的耦合迭代计算,并对三山岛矿区深部地应力场进行了反演计算和分析。反演结果表明,考虑岩体多场耦合作用下的NCEI算法的各测点应力分量的平均反演精度为85.62%,高于BP神经网络算法与不考虑岩体耦合作用下NCEI算法的反演计算结果。因此,该研究方法可充分考虑深部地质环境的特征,为深部岩体复杂地应力场的反演与构建提供新的思路。 展开更多
关键词 深部岩体 地应力 温度场 渗流场 耦合作用
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基于DDA模型采空区围岩在地下水循环流场作用下应力变化规律研究
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作者 汤宜洋 刘小照 +8 位作者 王伟 吴云雷 王瑞良 包民伟 张大志 耿爽 黄磊 黄泽楷 张兴周 《中国锰业》 2024年第3期30-38,共9页
以三门峡市渑池县煤矿采空区为研究对象,运用DDA(Discontinuous Deformation Analysis)方法对采空区裂隙岩体进行渗流应力耦合分析计算,创建煤矿采空区离散介质岩体水力学模型,模拟计算了不同工况下地下水循环流场对采空区围岩应力变化... 以三门峡市渑池县煤矿采空区为研究对象,运用DDA(Discontinuous Deformation Analysis)方法对采空区裂隙岩体进行渗流应力耦合分析计算,创建煤矿采空区离散介质岩体水力学模型,模拟计算了不同工况下地下水循环流场对采空区围岩应力变化状况。研究结果表明,当隔水层被破坏后,顶板水沿裂隙通道涌向采面,采空区围岩压力变化与增加回头压力呈线性关系;在地下水抽-注水循环过程中围岩压力与地面沉降也存在线性关系,长期循环这一过程,采空区围岩存在垮塌和含水层再造现象。 展开更多
关键词 采空区 围岩 应力场变化 流场特征
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致密碳酸盐岩气藏裂缝预测及主控因素分析——以四川盆地G气田震旦系灯影组为例 被引量:1
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作者 周永胜 吴伟 +2 位作者 冯建伟 刘水珍 王光绪 《东北石油大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期102-115,I0007,I0008,共16页
四川盆地G气田致密碳酸盐岩储层裂缝发育控制因素认识不清。考虑岩性弹脆性差异,分析岩心单井裂缝发育特征和裂缝形成期次,进行应力场数值模拟,建立应力场—能量—裂缝参数计算模型;结合多期裂缝叠加算法,预测G气田灯影组储层裂缝,分析... 四川盆地G气田致密碳酸盐岩储层裂缝发育控制因素认识不清。考虑岩性弹脆性差异,分析岩心单井裂缝发育特征和裂缝形成期次,进行应力场数值模拟,建立应力场—能量—裂缝参数计算模型;结合多期裂缝叠加算法,预测G气田灯影组储层裂缝,分析裂缝发育主控因素。结果表明:G气田灯影组储层裂缝具有多期性与多样性,以高角度、半充填张剪缝为主。研究区中部褶皱顶部及断层影响区是碳酸盐岩裂缝优势发育带,裂缝密度为1.10~2.30条/m,开度大于1.5 mm;泥岩裂缝发育程度弱,裂缝密度低于0.50条/m,开度小于0.4 mm,泥岩隔层裂缝发育总体低于碳酸盐岩层的,且规律性差。裂缝发育符合断层—褶皱—裂缝共生模式。岩性、断层与构造形态共同控制碳酸盐岩储层裂缝发育规模与分布范围。该结果有助于提高同类型致密碳酸盐岩储层裂缝预测效果,改进油气藏开发方案。 展开更多
关键词 致密碳酸盐岩 裂缝预测 主控因素 应力场模拟 灯影组 G气田 四川盆地
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复杂应力场中圆形隧洞偏应力场分布规律 被引量:1
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作者 安学旭 郭新天 +1 位作者 赵力将 黄荣宾 《科技和产业》 2024年第13期122-132,共11页
为了厘清深部圆形中导洞(设置于双向隧洞中间)围岩偏应力分布问题,结合岩石力学与摩尔-库仑屈服准则,推导平面三向应力场中圆形隧洞围岩主偏应力与塑性区半径解析解,研究不同工况下圆形隧洞围岩主偏应力的分布规律及塑性区边界处主偏应... 为了厘清深部圆形中导洞(设置于双向隧洞中间)围岩偏应力分布问题,结合岩石力学与摩尔-库仑屈服准则,推导平面三向应力场中圆形隧洞围岩主偏应力与塑性区半径解析解,研究不同工况下圆形隧洞围岩主偏应力的分布规律及塑性区边界处主偏应力的几何形态分布特征。结果表明:当隧洞所处的斜向应力场为竖向应力场0.5~1.0倍时,随着斜向应力场水平方位角α_(1)=α_(2)增加,径向1.0倍隧洞半径范围内顶底主偏应力在快速降低,腰部主偏应力在快速增加,径向1.0倍隧洞半径范围外隧洞围岩主偏应力先小幅下降后又逐渐增大,最终在围岩深部趋于某定值;隧洞围岩主偏应力对其塑性区形态分布影响显著,当斜向应力场水平方位角α_(1)=α_(2)为30°时,围岩塑性区形态分布较优,为圆形或椭圆形。 展开更多
关键词 平面三向应力场 围岩偏应力场 理论解析 塑性区形态特征
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围岩冻融劣化对季节性寒区隧道稳定性的影响研究
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作者 冯强 赵子栋 +4 位作者 刘海涛 刘炜炜 王洪波 张新鹏 张强 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第5期199-209,共11页
围岩冻融损伤会造成衬砌受到的变形压力增大,对衬砌的稳定性造成不利影响,是季节性寒区隧道工程研究的一个关键问题。通过对砂岩的冻融循环试验和压缩试验得到不同冻融次数下的砂岩应力—应变曲线,然后通过应力—应变曲线得到围岩的变... 围岩冻融损伤会造成衬砌受到的变形压力增大,对衬砌的稳定性造成不利影响,是季节性寒区隧道工程研究的一个关键问题。通过对砂岩的冻融循环试验和压缩试验得到不同冻融次数下的砂岩应力—应变曲线,然后通过应力—应变曲线得到围岩的变形参数和强度参数,最后将岩石力学参数变化规律嵌入ABAQUS软件中对冻融循环条件下的隧道长期稳定性进行数值分析,分别得到循环冻融0、6、12、18、24次下的围岩和衬砌的应力场及位移场。结果表明:①随着冻融循环次数增加,围岩所受的最大主应力和最小主应力均呈线性减小;②衬砌所受的最大主应力、最小主应力及衬砌位移均呈指数增大;③与未经冻融的情况相比,冻融循环24次后围岩的最大主应力、最小主应力分别减小了43.69%、20.66%;④衬砌的最大主应力、最小主应力及拱顶最大沉降分别增大了13.64%、15.75%、49.36%。在进行寒区隧道支护设计时,应考虑冻融作用下围岩自稳能力衰减而导致支护结构受力增大的问题。 展开更多
关键词 寒区隧道 隧道稳定性 冻融循环 围岩 应力场 位移场
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基于多元线性回归的深部复杂地应力场反演分析
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作者 曹伟 李均 +2 位作者 薛成 代伟 罗德强 《铁道勘察》 2024年第6期41-49,共9页
深埋隧道开挖过程中,赋存在岩体中的极高地应力会导致隧道周围岩体破裂、变形甚至发生岩爆。某高原铁路隧址区存在较高的自重应力和构造应力,岩爆问题突出,为确保隧道围岩稳定及施工安全,明晰隧址区地应力场特征,基于多元线性回归原理... 深埋隧道开挖过程中,赋存在岩体中的极高地应力会导致隧道周围岩体破裂、变形甚至发生岩爆。某高原铁路隧址区存在较高的自重应力和构造应力,岩爆问题突出,为确保隧道围岩稳定及施工安全,明晰隧址区地应力场特征,基于多元线性回归原理开展超大埋深隧道初始地应力场反演分析。首先辨析隧址区应力场的影响因素,再结合水压致裂法钻孔资料,提出多因素边界荷载条件,最后利用数值分析手段推演隧址区的地应力场分布情况。研究结果表明,现场地应力实测结果揭示隧址区最大水平主应力值为15.21~40.82 MPa,最大水平主应力方向为N42°~54°E;隧道沿线区域应力状态以水平构造应力为主,主应力随深度的增加而增大,呈现出σ_(H)>σ_(v)>σ_(h)的规律;对比地应力实测值与反演值,大部分测点结果较为接近,且其变化趋势相同,证明该方法推演地应力场合理,但个别测点误差较大,特别是最大水平主应力方位角α_(H);受限于水压致裂法测量原理,剪应力τ_(xy)的反演精度不高,对最大水平主应力方位角的计算有一定影响。 展开更多
关键词 高原铁路 岩爆 地应力场 多元回归 反演 数值分析
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厚煤层双巷布置切顶卸压作用机制
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作者 韩秉呈 张昌锁 +1 位作者 张晨 王世宇 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2024年第6期989-999,共11页
【目的】探究厚煤层双巷布置切顶卸压顶板运移规律及围岩支承压力分布机制。【方法】以古城N1302工作面胶带顺槽与回风顺槽为工程背景,对胶带顺槽单巷切顶实现双巷有效卸压,采用理论分析、现场试验与数值模拟相结合的方式,研究切顶卸压... 【目的】探究厚煤层双巷布置切顶卸压顶板运移规律及围岩支承压力分布机制。【方法】以古城N1302工作面胶带顺槽与回风顺槽为工程背景,对胶带顺槽单巷切顶实现双巷有效卸压,采用理论分析、现场试验与数值模拟相结合的方式,研究切顶卸压对于双巷布置的作用机制。【结果】结果表明:理论计算发现切顶后内应力场范围明显增大,能够有效减小胶带顺槽受力;现场试验发现相较于未切顶时,切顶高度为20 m时切巷围岩变形明显下降,但高位关键层提前回转造成回风顺槽在服务期间底鼓量增大。数值模拟发现在巷间煤柱宽度一定时,未切断上部关键层时提高切顶高度对煤帮垂直应力影响不大,当切断高位关键层时,回风顺槽煤帮垂直应力明显下降;在切顶高度一定时,改变巷间煤柱宽度可控制回风顺槽受力情况。 展开更多
关键词 双巷卸压 内外应力场 覆岩结构 矿压显现
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Visualization of the complex structure and stress field inside rock by means of 3D printing technology 被引量:44
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作者 Yang Ju Heping Xie +4 位作者 Zemin Zheng Jinbo Lu Lingtao Mao Feng Gao Ruidong Peng 《Chinese Science Bulletin》 SCIE EI CAS 2014年第36期5354-5365,共12页
Accurate characterization and visualization of the complex inner structure and stress distribution of rocks are of vital significance to solve a variety of underground engineering problems. In this paper, we incorpora... Accurate characterization and visualization of the complex inner structure and stress distribution of rocks are of vital significance to solve a variety of underground engineering problems. In this paper, we incorporate several advanced technologies, such as CT scan, three-dimensional(3D) reconstruction, and 3D printing, to produce a physical model representing the natural coal rock that inherently contains complex fractures or joints. We employ 3D frozen stress and photoelastic technologies to characterize and visualize the stress distribution within the fractured rock under uniaxial compression. The 3D printed model presents the fracture structures identical to those of the natural prototype. The mechanical properties of the printed model,including uniaxial compression strength, elastic modulus,and Poisson's ratio, are testified to be similar to those of the prototype coal rock. The frozen stress and photoelastic tests show that the location of stress concentration and the stress gradient around the discontinuous fractures are in good agreement with the numerical predictions of the real coalsample. The proposed method appears to be capable of visually quantifying the influences of discontinuous,irregular fractures on the strength, deformation, and stress concentration of coal rock. The method of incorporating3 D printing and frozen stress technologies shows a promising way to quantify and visualize the complex fracture structures and their influences on 3D stress distribution of underground rocks, which can also be used to verify numerical simulations. 展开更多
关键词 打印技术 地下岩石 内部结构 应力场 可视化 3D 三维应力分布 单轴压缩强度
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某深部巷道底板卸压槽尺寸数值模拟研究
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作者 王健 赵晓凡 《现代矿业》 CAS 2024年第3期104-107,111,共5页
随着煤矿开采深度的不断增加,国内许多矿井已经进入深部开采,深部巷道围岩稳定性差,底鼓现象突出,矿压显著。以平顶山矿区某煤矿为工程背景,分析了巷道围岩变形破坏特征,提出了“四层次喷混凝土+三层次钢丝绳网+三层次锚杆+底板卸压槽+... 随着煤矿开采深度的不断增加,国内许多矿井已经进入深部开采,深部巷道围岩稳定性差,底鼓现象突出,矿压显著。以平顶山矿区某煤矿为工程背景,分析了巷道围岩变形破坏特征,提出了“四层次喷混凝土+三层次钢丝绳网+三层次锚杆+底板卸压槽+壁后注浆”的联合支护方案,采用UDEC模拟了巷道围岩应力场分布特征。结果表明,增加卸压槽宽度可以有效保证巷道底板应力向深部转移,当卸压槽宽度为1600mm时,巷道底板围岩塑性区范围为14.84m,底板水平应力峰值向深部转移了14.5m,为深部巷道围岩变形控制提供了一定的理论支撑。 展开更多
关键词 深部开采 卸压槽 UDEC数值模拟 围岩应力场 塑性区
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考虑损伤的非等压隧道抗力系数计算
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作者 张煜 杨自友 +2 位作者 高鹏 尚阳光 蔡永彬 《广西科技大学学报》 CAS 2024年第1期55-61,共7页
围岩抗力系数是结构设计非常重要的一个参数,Mogi-Coulomb能够较好地反映真三轴条件下中间主应力的影响。基于Mogi-Coulomb准则和弹塑性模型,在合理考虑岩石损伤的情况下,推导出圆形隧洞在非均匀应力场下的围岩抗力系数,更贴近隧洞开挖... 围岩抗力系数是结构设计非常重要的一个参数,Mogi-Coulomb能够较好地反映真三轴条件下中间主应力的影响。基于Mogi-Coulomb准则和弹塑性模型,在合理考虑岩石损伤的情况下,推导出圆形隧洞在非均匀应力场下的围岩抗力系数,更贴近隧洞开挖后的围岩真实状态。推导出围岩抗力系数计算公式,并结合实际工程算例分析了侧压力系数、损伤变量、极轴夹角和剪胀系数对围岩抗力系数的影响。结果表明:围岩抗力系数随着极轴夹角和侧压力系数的增大逐渐减小,且减小幅度越来越小。隧洞岩石的损伤会严重影响围岩抗力系数的计算,围岩抗力系数随着损伤变量的增大而减小,导致围岩的承载能力降低,对隧洞稳定性产生不利的影响。 展开更多
关键词 隧洞 围岩抗力系数 非均匀应力场 Mogi-Coulomb准则 围岩损伤
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