三维水压致裂法地应力测试在水电工程中的应用

测量岩体地应力的方法很多,测试成果分为平面应力和空间三维应力。在大型水电工程中,为了研究工程所在地区的应力场,需要获得现场岩体的三维地应力状态。介绍了通过三孔交汇的钻孔布置方式,采用水压致裂法获得三维地应力成果过程并与套钻解除孔径变形法地应力成果进行了对比佐证,认为采用三维水压致裂法测试地应力在水电工程中是可行的。

三维水压致裂法在狮子坪地下厂房地应力测试中的应用

针对狮子坪地下厂房位于野三河水电站大坝下游右岸山体内,分析了利用常规水压致裂法和三孔交汇法测试原理进行地下厂房地应力测试,同时对测试结果进行了分析,并对地下厂房岩爆进行了预测。

水压致裂过程的三维数值模拟研究

基于RFPA数值分析方法和并行计算技术,建立了反映岩石细观损伤演化过程的三维渗流–应力–损伤耦合模型。对具有120万单元的方形岩石材料模型,进行了4组不同应力状态下水压致裂过程的三维大规模科学计算分析。计算结果分析表明:起裂压力与失稳压力并不重合,起始裂纹均为张性,裂纹扩展形式、表面平整度、走向、扩展失稳过程以及裂纹的空间分布形态受应力状态影响。当竖直方向为最大主应力方向时裂纹呈空间竖片分布,当水平应力差较大时裂纹表面形态平整,失稳到来较快;当竖直方向为最小主应力方向时裂纹的空间分布呈水平片状;不等的主应力情况下裂纹总是分布在最小主应力面内;当三向主应力相等时,裂纹起裂位置和扩展方向具有竞争趋势,空间分布不具规律,裂缝分支较多。数值模拟结果与物理实验结果有着较好的吻合,该研究对水压致裂工程设计有一定参考价值。

大型地下厂房水压致裂法地应力测量及地应力场反演分析

岩体初始地应力是地下工程研究中的重要内容,依托大型地下厂房工程,采用三维水压致裂法和常规水压致裂法对洞内孔ZK1和地表孔ZK2分别进行地应力测量,获得岩体初始地应力;基于实测数据利用三维数值模拟方法进行地应力场反演计算,获得所需工程区的地应力场分布规律。研究表明:水压致裂法可以有效地获得初始地应力,三维水压致裂法获得的地下应力情况更为准确且可以与垂直孔测试数据互相印证;数值模拟获取的地应力计算值和实测值具有一致性,厂房隧洞布置较为合理且工程区发生岩爆概率较低;现场原位测试结果与回归地应力场分布规律可为工程设计提供有效的科学支撑。

尼泊尔上塔马克西水电站三维地应力测试分析

采用三维水压致裂技术对尼泊尔上塔马克西水电站站址地应力进行细致的测试。与国外同期同一区域的测试数据对比,该测试结果更为准确,测试方法更有效。测点处最大主应力1=17.00 MPa,方向近NS向,倾角较小,近似水平作用;中间主应力2=13.39 MPa,近EW向,倾角小,呈水平作用;最小主应力3=8.07 MPa,其作用趋势向下,体现出地壳应力和自重应力共同作用的结果。按照强度应力比评定标准可知,该工程区域为中等偏高应力状态;根据测试结果计算应力张量特征参数,结果显示该区域地应力场呈现压剪特征,且较大的剪切作用是该区域地质构造活动频繁的主要原因之一。测试工作有助于准确把握工程区域应力状态,同时也为研究喜马拉雅山脉南麓的地壳运动及断层活动性提供极为重要的科学依据。

秦岭深埋引水隧洞地应力综合测量及区域应力场分布规律研究

首次将三维水压致裂法和常规水压法应用于秦岭近1 000 m埋深引水隧洞地应力场研究,并对2种方法所得结果进行对比分析,结果表明:2种方法所测最大水平主应力范围主要为20～31 MPa,量值基本一致;最大水平主应力方向集中为NW～NWW向,印证了三维水压致裂法地应力测试结果的可靠性。最大水平主应力方向在隧洞深埋洞身段近EW向,与该区域内古残余构造应力分布相符,进一步反映了秦岭区域应力场的复杂性。同时,结合实测结果及隧洞围岩力学参数,对深埋隧洞开挖后应力重分布范围、测试部位的应力水平等问题进行分析和评价。最后,概括了秦岭区域地应力场分布规律,并绘出地应力实测结果分布图,这对于深入了解秦岭区域构造演化规律及科学指导越岭工程的设计和施工都具有重要的理论价值和实践价值。

秦岭北麓某勘探洞地应力测试实例分析研究

本文叙述了工程区某勘探洞地应力测试的原理、方法和结果,并结合地质地形条件进行了相关评价。通过三维水压致裂法对地应力计算,其结果表明:试验点第一主应力σ1量值约12.9 MPa,第三主应力量值约4.8 MPa,铅直向应力分量约12.0 MPa。最大水平应力方位分布在N92°~97°E之间(即近东西向),与试验区秦岭山脉总体走向基本平行,符合地应力场分布的一般规律。同时与该区所分布的近东西向断裂方位基本一致。根据地应力测试分析结果来看,勘探洞的成洞条件比较好,但在较大深埋段、岩体完整性较好的隧洞段,可能存在弱岩爆及洞壁局部坍塌掉块危险。

深埋高地应力引水隧洞节理围岩稳定性研究

在深埋隧洞开挖过程中,高地应力和结构面发育是控制洞室围岩稳定的关键问题。针对深埋高地应力引水隧洞节理围岩稳定问题,以新疆某深埋高地应力引水隧洞为工程依托,利用水压致裂法和三维水压致裂法对地应力进行现场监测与分析,采用离散元软件3DEC模拟围岩应力场、塑性区以及位移场的变化情况,研究了深埋高地应力下引水隧洞节理围岩的稳定性问题。结果表明:实测得最大主应力在12.4~12.9 MPa范围内,模拟得洞室附近出现0~2.1 m的塑性区,最大位移值为25.1 mm,最大压应力为13.2 MPa,最大拉应力为1.32 MPa,洞室的侧墙和拱底部位的塑性区、位移值较大且出现局部小范围拉应力。结合本文具体工况和实测地应力资料,通过强度理论的方法进行岩爆分析研究,由Russenes岩爆判别式得无岩爆发生,节理岩体处于稳定状态,但随节理裂隙发育,侧墙和拱底易出现破坏,建议采用2.5 m锚杆进行加固。模拟结果与实测结果较为一致,研究成果为工程施工提供参考。