引入围岩结构观测系统在地应力测试中的应用

为减小水压致裂法测量地应力时的误差,提高地应力测量成功率与测试结果精度,引入围岩结构观测系统,以某矿8510回风巷为研究背景,开展地应力测试对照试验。试验结果表明:在未引入围岩结果测试系统时,8510回风巷最大水平主应力为8.14 MPa,垂直主应力为11.06 MPa,垂直构造应力占优势,测压比的范围在0.40~0.74之间;引入围岩结构测试系统后,8103回风巷最大水平主应力为14.95 MPa,垂直主应力为11.04 MPa,水平构造应力占优势,测压比的范围在0.69~1.35之间,与区域已测得地应力场较吻合。引入围岩结构测试系统的水压致裂法测量地应力方便、快捷,且所测结果更加真实可靠。

近活动断裂带长大深埋高铁隧道地应力特征分析

渝昆高铁是我国“八纵八横”重要铁路干线,铁路沿线地质环境复杂,特别是深埋长大隧道地应力复杂,隧道施工中围岩结构安全挑战严峻。采用文献调研、三维地应力反演和理论分析的方法,分析彝良—鲁甸地区2座长大深埋高铁隧道地应力分布特征。研究表明,(1)彝良、鲁甸隧道最大水平主应力呈现“北强南弱”的规律,推测为印度板块与亚欧板块碰撞产生的构造应力由高原中部向南逐渐减弱导致;(2)彝良、鲁甸隧道地应力分布表现为:彝良隧道最大水平主应力为15.6~26.8 MPa,竖向主应力为9.5~26.8 MPa;鲁甸隧道最大水平主应力10.9~15.6 MPa,竖向主应力为1.8~11.7 MPa;(3)彝良隧道侧压力系数在0.97~2.1之间,在地层浅部地应力由构造应力主导,地层深部由自重应力主导;鲁甸隧道侧压力系数在1.1~6.9之间,地应力由构造应力主导。

高水头抽水蓄能电站地应力综合测试及抗劈裂分析

抽水蓄能电站建设处于加速期,合理布置地应力试验和精准获取地应力数据对高水头抽水蓄能电站意义重大。以某高水头抽水蓄能电站为案例,针对高水头抽水蓄能电站地形特点及地应力特征,在不同勘察阶段进行综合地应力测量,同时联合地应力场反演,获取空间三维地应力场分布规律并对围岩进行抗劈裂分析。综合实测结果表明:二维地表深孔结果随埋深梯度有变化,中浅部有应力集中现象,符合高水头抽水蓄能电站的地应力分布特征。三孔交汇法及孔壁应变法的地应力量值及方向吻合,地下厂房和高压岔管部位岩体的最大实测主应力为20.9 MPa,最小主应力为7.0 MPa;岩体以水平应力为主。最大主应力方向集中为NEE向。有利用综合实测结果加强模型精细化进行初始地应力场反演,能较好地反映此类工程的地应力场特征,利于围岩的抗劈裂分析及后续衬砌方案的选择。综合地应力测试对于高水头抽水蓄能的地应力获取具有可行性。可供高水头抽水蓄能电站工程的地应力勘察参考。

基于MLR–ANN算法的地应力场反演与裂缝预测

中国页岩气储层埋藏深,受构造运动影响,地应力分布规律复杂,传统方法很难准确反演区域地应力大小和方向。提出多元线性回归和人工神经网络的耦合算法,对川南长宁—建武区块的页岩气储层及周边地应力场进行反演,并采用综合破裂系数法,对储层裂缝进行预测,划分裂缝发育区域。研究表明,基于多元回归和神经网络的耦合算法能准确反演区域的地应力场分布规律。研究区的地应力以挤压应力为主,方向在NE115°左右。受构造运动产生的断层周边应力较为集中,易发育剪切裂缝,裂缝以发育和较发育程度为主。研究区在邻近龙马溪组底部的五峰组上段和构造大断层部位裂缝发育程度较高。研究成果对该区块完善页岩气开采的井网布置、压裂优化设计和套管损坏防治等有一定的参考价值。

基于地震反演技术的地应力建模方法在江汉新沟嘴组页岩油中的应用

江汉盆地新沟嘴组页岩油地质评价资源量为3.6×108 t,具有良好的勘探潜力,其中地质评价Ⅰ类有利区陈沱口凹陷有多口井在新沟嘴组新下段Ⅱ油组泥质白云岩中获得油流。由于页岩油井通常采用“水平井+分段压裂”工艺实现经济开采,因而地应力研究对该区水平井储层压裂改造具有重要的意义。三维地应力建模研究的核心问题在于提升井间地应力预测效果,传统的有限元方法由于方法本身的限制,井间预测效果较差,有必要利用地震资料反演技术来提升井间地应力预测的效果。针对该区页岩层矿物组分多、局部发育硫酸盐岩、地应力条件复杂的问题,首先对新沟嘴组页岩层开展基于实验室测量值约束的精细测井评价,其结果与岩心全岩X衍射测量结果吻合;在此基础上,选择自相容近似地震岩石物理建模流程,对目标层的弹性参数进行了正演模拟,正演结果与实测曲线基本吻合。然后,基于地层压力、实验室测量的岩石力学性能参数和测井解释结果,依据不同岩性的动静态关系,采用有效应力比值和构造应变法计算井的地应力参数。最后运用基于地震叠前反演技术的三维地应力建模方法,使用与一维地质力学建模相同的相关性和参数约束,建立了新沟嘴组页岩油的三维地应力模型。与一维地质力学研究成果相比,该三维地应力模型提取的伪曲线与工区大部分井一维地应力结果基本吻合,验证了该方法在新沟嘴页岩油地应力评价中的适用性和准确性。

裂缝密度反演的页岩储层地应力地震预测方法及应用

页岩储层地应力地震预测法通常运用弹性参数计算水平应力差异比(DHSR),但是存在不足:一是预测方程中含有各向异性参数(裂缝柔度),不容易求取,造成地应力预测难度较大;二是预测方程中的杨氏模量、泊松比等参数是由间接反演求取的,精度较低,难以满足页岩气地质工程一体化的要求。为此,提出了基于裂缝密度反演的页岩储层地应力地震预测方法。建立了基于杨氏模量、泊松比和裂缝密度的纵波方位各向异性AVO方程直接反演弹性参数,推导了由泊松比和裂缝密度表示的DHSR公式。根据井数据进行页岩储层各向异性岩石物理建模,并开展叠前方位各向异性反演,利用反演的泊松比和裂缝密度估算DHSR,运用DHSR评价页岩储层的地应力特征。应用实例表明:DHSR越小,水力压裂会产生不同方向的正交复杂裂缝网,可以更好地改造储层的物性和渗流通道,储层改造体积越大,越利于储层压裂;DHSR越大,水力压裂会产生平行于水平最大主应力的非正交平面裂缝,形成孤立裂缝,不利于体积改造。同时,DHSR预测结果与现有的测井地应力计算、压裂监测及产量测试等结果的一致性很高,并且符合地质认识,说明了所提方法的有效性和可靠性。

基于Kaiser效应的地应力差应变测试及区域地应力分布研究

以往差应变分析法(DSA)通过估算垂向主应力以求解地应力,使得该方法可靠性较差。基于岩石试样的Kaiser效应,结合差应变法,提出了一种基于Kaiser效应的地应力差应变测试方法(Kaiser-DSA法),并利用Kaiser-DSA法与应力解除法进行了对比,表明Kaiser-DSA法测试结果与应力解除法的测试结果相对误差小,且最大水平主应力方向基本一致;基于地应力测试结果,分析了窑街矿区地应力分布规律,探究了窑街矿区现今地应力场成因。结果表明:窑街矿区区域上受到了挤压构造应力场的作用,残余应力较高;受青藏逆冲推覆作用与F19断层的顺时针剪切作用,该区域地应力场以σH(最大水平主应力)>σv(垂向主应力)>σh(最小水平主应力)型的走滑型应力状态为主;此外,较高的差应力使得该区域回采时围岩体变形破坏严重,动力灾害事件频发。

复杂地质大型地下洞室群地应力场反演方法与应用

深切河谷和大型结构面影响大型地下洞室群地应力场分布,准确预测地下洞室群区域地应力场对工程建设至关重要。本文提出融合逐步多元线性回归和神经网络的联合反演,通过逐步多元回归获得合理的构造运动因素及其基准值,再通过神经网络反演获得较优的反演结果。首先,提出复杂地质条件下地下洞室群地应力场反演方法,主要包括地应力实测数据分析、3维地质模型建立、逐步多元线性回归与BP人工神经网络联合反演,以及基于洞室围岩应力型破坏特征的结果验证。该方法从历史构造运动出发,约束多元回归因素及其回归系数,解决剪应力偏差过大的问题,并通过历史地质构造分析、实测地应力分析和洞室群应力型破坏特征等多源约束和验证,提高地应力反演结果的准确性。以叶巴滩水电站地下洞室群为例,对该方法进行工程应用。研究结果表明:叶巴滩水电站地下洞室群最大主应力为25~30MPa,方向为NWW-EW方位,缓倾向河谷,洞室开挖后上游侧拱肩和下游侧墙脚易发生应力型破坏;断层等大型结构面严重影响了地应力分布,临近断层部位最大主应力量值减小,方向近于垂直断层,在距断层5~10m范围内最大主应力量值迅速增大至原岩应力,方位逐渐转为近平行断层,与宏观主应力方向接近;密集发育的断层,是导致叶巴滩水电站地下洞室群区域主应力变异性强的主要原因。本研究阐明了深切河谷和多结构面共同作用下地下洞室群地应力场分布规律,特别是断层附近地应力场的变异特征,为地下洞室群应力集中区和应力型灾害部位预测提供基础依据。

隧道应力扰动区地应力测试及反演研究

通过对隧址区地应力的调查和现场测量,初步确定该区域存在较大的构造应力,但因岩芯破碎,只获得隧道应力扰动区的应力实测值。为此在三维数值模拟过程中模拟了河谷的下切过程,以反映地形对应力场的影响,并采用试算的方法调整侧压系数,从而确定合理的初始应力,使试算结果与现场测量的数据基本吻合,最终确定出合理的侧压系数和初始地应力的数值,弥补了现场测量的不足。研究结果表明,隧道轴线各点的地应力与隧道的埋深、地形地貌有关,且在K42段处于极高的应力状态,为隧道的开挖、支护及稳定性分析提供了科学依据。

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。

基于多元线性回归的深部复杂地应力场反演分析

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。

空芯包体应力解除法在福兴煤矿地应力测试中的应用与分析

为探明福兴煤矿深部地应力状态,确定地应力的大小和方向,为巷道支护可靠性定量评估提供依据。选用空芯包体应力解除法在所测区域的巷道进行了地应力测试。采用了加装九轴传感器及胶胀囊的新型空芯包体及配套安装方法,简化了安装流程,提高了安装精度,并通过注胶测试对安装效果进行了验证。经过现场实测,空芯包体安装效果良好,测量结果表明,福兴煤矿-910m区域属于高地应力区,最大主应力方向接近水平且近似垂直现有生产水平的区段平巷,不利于巷道维护,在进行支护设计时要给予高度重视。测试结果可为福兴煤矿开采过程中的巷道支护和煤炭安全高效开采提供依据。

地应力反演的迭代逼近法

地应力是地下工程建设中的基本载荷,常采用多元线性回归方法进行反演,但该方法无法充分反映复杂应力状态下的岩体应力应变的非线性特征。为解决该问题,文章提出一种线性反演与迭代逼近相结合的方法通过引入迭代逼近的策略,能够有效反映岩体在基本地应力场组合荷载作用下的塑性行为,该方法可以更准确地反演出岩体初始地应力场的真实状态,提高反演的精度和可靠度,通过工程案例验证了该方法的有效性和实用性,可为地下工程设计和安全评估提供参考。

枣泉煤矿五分区地应力测试及其分布规律研究

为了获取枣泉煤矿五分区地应力分布规律,采用水压致裂法对原岩地应力进行了现场测试。结果表明:5个测点中最大水平主应力最大为12.66 MPa,最小为4.96 MPa;最小水平主应力最大为6.08 MPa,最小为2.33 MPa;地应力场类型均为水平主应力场,除测点4外,其余测点各方向应力大小排序均为σ_(H)>σ_(v)>σ_(h);测点1~3的最大水平主应力方向分别为N16.5°W、N30.9°W和N22.3°W,具有较强的一致性,测点4和测点5受褶曲构造影响,最大水平主应力方向为N42.6°E和N24.8°W,向垂直褶曲轴线方向偏转。

黄金矿山深部地应力测试与分布规律研究

高地应力是深部开采不可避免的难题。为确保新城金矿在高地应力环境下的安全高效开采,采用瑞典LUT地应力测定仪,运用应力解除法对新城金矿-830 m、-930 m、-1030 m中段共计6个钻孔岩芯进行地应力测量,并用LUT-str专用岩体应力计算程序对测试结果进行综合分析,采用赤平极射投影软件绘制出测点主应力方位赤平面投影图,使用线性回归方法,对所测6个测点的应力值进行回归分析。研究结果表明:新城金矿地应力场主要是水平构造应力,矿区围岩含有较多的节理裂隙,巷道开挖后,矿岩较为破碎、易风化,片帮等灾害现象易发生,应在开挖后及时支护。此研究为新城金矿深竖井工程的安全施工、合理支护设计及深部开采支护等提供了基础资料与依据,同时也为类似矿山竖井掘进与矿山开采起到示范作用。

塔河区块泥岩井段地应力反演与井壁稳定主控因素数值分析

塔河区块多口井在钻进过程中,其三叠系与石炭系地层泥岩井壁掉块严重,导致井下频繁蹩钻和阻卡,上提钻井液密度后依然无法解决,改用油基钻井液效果不明显.本文基于地质地形勘测试验资料和井身结构图,建立井壁稳定分析数值模型,根据测井资料计算各地层参数,并基于三轴力学实验结果修正各地层参数.进一步通过FLAC3D软件,反演得到了塔河区块1井的地应力场.对所建数值模型进行参数分析,结果表明:倾角对井径扩大率影响较小,倾角80°相较50°井径扩大率增大1.4%;方位角对井径扩大率影响极小;钻井液密度对井径扩大率影响不大,钻井液密度从1.20 g/cm^(3)增至1.35 g/cm^(3),井径扩大率减小36%;井壁泥岩弱化程度对井径扩大率影响最为显著,为主控因素,当岩体残余强度为30%时,其相较44%的岩体残余强度时,井径扩大率增大近3倍.

基于树结构贝叶斯优化的隧道三维地应力智能反演方法

为了合理地获取长大深埋隧道的地应力场分布特征,文章以数值模拟与机器学习作为主要工具,从数值模拟边界条件科学构造与集成学习GBDT算法模型的构建与优化两方面入手,建立基于TPE-GBDT的隧道三维地应力反演方法,并以昌宁隧道作为应用案例开展三维地应力智能反演。反演结果与地应力实测结果相比误差在10%以内,说明了该方法的可靠性。

河谷区初始地应力场建模方法与反演研究

初始地应力场是影响岩体力学性质和围岩发生变形破坏的主要因素,尤其在河谷区,由于地形地貌和地质条件相对复杂,导致初始地应力场的分布更加复杂多变。研究河谷区初始地应力场分布特征,对工程建设具有非常重要的指导意义。通过收集河谷区现场实测地应力资料,分析了河谷区地应力的分布特征。通过卫星数字高程模型对河谷区进行了三维建模,结合多元线性回归反演分析方法,采用FLAC3D数值模拟软件,对研究区初始地应力场进行了反演分析,获得的初始地应力场分布特征与实测地应力结果基本吻合。

某抽水蓄能电站地下厂房区地应力反演分析

某抽水蓄能电站输水发电系统布置在上、下水库间的山体内,采用中部式地下厂房布置方案,总体布置方向近SN向。布置区山体雄厚,线路范围内地表最高点高程约894m,无大型冲沟切割。布置区地层岩性较简单,为燕山三期灰白色、肉红色中粗粒黑云母花岗岩,弱风化及以下花岗岩岩体完整性较好,属坚硬岩类。根据工程洞室围岩地质条件及工程区域内地应力测试成果,建立三维有限元计算分析模型,进行了地应力场的多元线性回归反馈分析,进而反演重构了初始地应力场。。反演得到的初始应力场与地应力测试成果基本一致。

基于航空ZTEM-MAG3D反演的铁路隧道极高地应力识别技术研究

复杂艰险山区铁路沿线地形变化剧烈,地质构造极为复杂,各种工程地质问题突出。尤其高或极高地应力是长大深埋隧道地质选线需要重点考虑的问题之一。由于地应力数据主要依靠钻孔原始地应力测试来获得,而复杂艰险山区铁路沿线深孔施工难度大,工期长,费用高,致使地应力数据的获得严重滞后,阻碍了铁路隧道地质选线的早期系统优化。本文提出了利用航空ZTEM-MAG3D反演结果,快速识别铁路隧道是否存在极高地应力的方法,可以解决上述部分问题。