青藏高原东南缘实测地应力特征及意义分析

在广泛收集整理了900组实测地应力数据的基础上,结合中国大陆现代构造应力场应力分区,通过统计回归分析的方法,分析了青藏高原东南缘5个4级应力区的主应力、侧压力系数、应力积累水平等应力量值特征随深度的变化规律,同时结合震源机制解分析了应力区的应力方向特征。研究结果表明:(1)巴颜喀拉山应力区、龙门山-松潘应力区、墨脱-昌都应力区的应力梯度值较大,深部应力状态以水平应力为主,川滇和滇西南应力区的梯度值较小,深部应力状态以垂直应力为主,应力分布呈现“北强南弱”的特征;(2)应力积累水平参数μ_(m)的大小表明,巴颜喀拉山应力区、龙门山-松潘应力区与川滇应力区的应力积累水平较高,更接近摩擦极限平衡状态,发生地震的可能更大;(3)最大水平主应力优势方向表现为围绕喜马拉雅东构造结呈顺时针旋转,与中上地壳的震源机制得到最大水平方向的优势方向具有一致性。利用上述结果,结合地壳动力学模型,初步定性分析了“北强南弱”的应力特征可能是由于北侧应力区受块体侧向挤出模型控制,南侧应力区受下地壳流模型控制。最后以岩爆为例,基于各应力区的应力状态对重大地下工程稳定性进行了评价,分析表明青藏高原东南缘在0~2 km范围内岩爆风险等级以轻微岩爆、中等岩爆和强烈岩爆为主,局部区域存在极强岩爆,且各应力区相同岩爆等级对应的埋深具有明显差异性。

浅部和深部工程区地应力场及断裂稳定性比较

为研究浅部和深部工程区构造应力场的差异,依据优化处理后的浅部376组和深部619组实测地应力数据,采用回归分析法和断裂摩擦滑动准则对浅部和深部的地应力场特征及断裂稳定性进行比较分析.结果表明,与浅部相比,深部地应力场有从构造应力场向垂直应力场转变的趋势.深部的主应力与深度的线性相关程度比浅部的高.随着深度的增加,浅部的侧压系数K_(H1)、K_(h1)分别向1.54、0.85趋近,深部的侧压系数K_(H2)、K_(h2)分别向1.15、0.85趋近.浅部、深部的水平差应力η_1、η_2整体上随深度增加有增大的趋势.滑动摩擦系数μ取1.0时,浅部和深部断裂基本处于相对稳定状态;μ取0.6时,浅部逆断层有较大的滑动可能性,深部断裂滑动失稳的可能性较小;μ弱化到0.4、0.2时,浅部和深部断裂发生滑动失稳的可能性显著增加.浅部和深部断裂滑动失稳标准分别取μ为0.6~1.0、0.4~0.6较合适,逆断层和走滑断层的滑动失稳标准可以分别取μ为0.6、0.4左右.

地应力实测在巷道支护优化中的应用

鲁西南某煤矿地应力实测结果表明最大水平应力方向与工作面巷道夹角一般在40o^70o左右,最大水平应力对巷道稳定性影响较大。为保证矿井安全生产,在不改变采区设计情况下,基于地应力实测结果采用大型岩土类三维分析软件3D-FSM·DDM间接边界元数值系统探求原岩应力与锚杆支护强度的关系,为巷道支护优化提供科学依据。

滇东北深埋特长公路隧道工程区地应力场研究

深埋特长隧道工程区地应力场的预测一直是工程技术人员面临的难题,而工程地质综合分析法则可为工程区地应力场的分析提供较为全面准确的结论。因此,本文以滇东北典型深埋特长隧道——乐红隧道为例,采用综合分析法来研究工程区的地应力场特征。首先基于中国大陆应力分区,利用Anderson断层力学理论、震源机制解及实测地应力统计数据来获取研究区主应力方向。其次,基于工程地质勘察成果,利用Hoek-Brown强度准则对工程区的岩体强度进行了初步估算。在此基础上,利用修正Sheorey模型对工程区地应力量值水平进行了预测。分析结果表明,工程区以先进构造应力为主导。其中:水平最大主应力优势方位为N20°~60°W,应力场方向较为稳定。地应力量值水平预测结果表明,工程区在埋深500 m左右时,最大、最小水平主应力量值范围分别为11.2~20.5 MPa、6.6~12.2 MPa;埋深在1000 m左右时的最大、最小水平主应力量值范围分别为25.9~28.2 MPa、15.4~17.1 MPa。工程区在埋深超过500 m时的高地应力情况下,可能存在岩爆风险,而围岩大变形的问题几乎不存在。综合分析法的预测结果与现场实测数据较为吻合,表明该方法在线状公路隧道地应力状态的预测分析中,具有良好的应用效果。

闽西南某隧道高地应力特征及隧道岩爆预测研究

为了更方便地进行闽西南某隧道的岩爆预测与预防工作,首先,阐述了Heok-Brown岩体强度估算理论和基于修正的Sheo-rey模型的工程区地应力场预测方法。在此基础上结合隧道工程地质调查资料和地应力实测结果,分析了隧道围岩强度,预测了隧道工程区沿线的地应力大小,评价了工程区的地应力状态,结果表明该隧道大部分处于高地应力区。同时,利用强度应力比法对高应力作用下围岩中可能发生的岩爆进行了预测,并且与已发生的岩爆情况进行对比,表明该预测与实际情况一致性较好,证明了本文所采用方法的可靠性。

郭屯煤矿深部地应力测试及应用探讨

选用应力解除法,依据地应力测点排列的基本原则,并把郭屯煤矿深部井下生产和建设情况结合起来,在现有埋深900 m巷道范围内选择了4个测点进行了地应力实测。根据具体的地应力实测结果,地应力场的最大主应力为水平应力,对矿井的影响最大。因此,在矿井安全生产中,特别在巷道支护设计、冲击地压防治和底板水防治工作中应考虑水平应力的这一主要影响因素。

空心包体在郓城煤矿中地应力测试的应用

简述了空心包体地应力测试方法测试原理和计算方法,在山东郓城煤矿一采区轨道下山和辅助石门等4个位置进行了地应力实测。测试位置埋深-815～-845 m。测试结果表明,最大主应力为水平地应力,方向为NE81.65°～97.68°,水平应力与竖直应力比为1.32～1.37,最大水平应力达到30.28～38.21 MPa,表明郓城煤矿一采区处于高应力地区。采区巷道布置应沿着NE方向水平布置,能够有效地回避水平构造应力的影响。在巷道支护设计中应主要考虑水平应力。通过地应力实测,为郓城煤矿提供了一采区地应力分布规律,为一采区巷道布置和巷道支护设计提供了基础地质资料。

弥玉高速公路登楼山隧道地应力场分析研究

研究区地处云南高原山区、扬子准地台滇东台褶带,隧道位于小江断裂东支与西支之间,断裂构造尤为发育。为了分析隧道开挖过程中可能出现的岩爆、大变形等问题,需了解登楼山隧道工程区的地应力状况。故采用水压致裂法在钻孔XSZK3进行了地应力测量与分析,再通过采用地质过程动态模拟的有限元数值分析方法,揭示了登楼山隧道工程区岩体初始地应力场的空间发育分布规律。结果表明:登楼山工程区最大水平主应力方向主要在NNW-N之间;最大水平主应力基本小于20 MPa,仅局部隧道段地应力大于20 MPa,但都小于25 MPa,基本属于低-中等地应力水平。

韩城矿地应力测定及其地应力特征研究

随着开拓延伸,地应力对围岩变形与破坏的影响更加突出。了解矿山深部的地应力状态可以为巷道开挖和支护设计提供科学依据。为此在韩城矿进行了系统的地应力测量,以了解韩城矿的地应力状态特征。现场测量采用改进的空芯包体应力解除法,共获得了3个测点的三维应力数据。由实测和理论计算结果可以看出,各矿实测的最大水平应力与理论计算水平应力比值分别为:桑树坪矿28.01,象山矿4.68,下峪口矿1.3,说明各矿均处于明显的区域构造应力场影响之下,构造应力显现明显,桑树坪矿尤为显著,象山矿居中,下峪口矿构造应力显现次之,比较而言不是很明显。研究结果对矿区设计及施工具有重要意义。

兴安矿区深部地应力测试及支护方案研究

针对兴安矿区矿井深部高地应力巷道的围岩控制问题,采用“点-面结合”分析法,即地质力学理论分析和现场原位测量相结合的方法,对矿区地应力场方向及地应力大小进行分析,分析结果表明,兴安矿深部地应力最大主应力方向为近东西方向,最大主应力达到30.10~30.18 MPa,最大主应力与垂直应力之比为1.27~2.18倍,因此该矿区以水平构造应力为主导。针对兴安矿深部高地应力的情况,采用高强度锚喷支护体系对巷道围岩进行支护。通过数值模拟对现有锚喷支护方案进行分析,巷道断面收缩率在可控范围内,巷道内整体变形控制效果较好。同时数值模拟结果与实际观测结果大致相同,这不仅证明了锚喷支护在兴安矿深部巷道支护应用的可行性,也从侧面证明了地应力测试的准确性。

青藏高原及周缘地壳浅层构造应力场量值特征分析

以"中国大陆地壳应力环境基础数据库"中的实测地应力数据为基础,合理筛选出地理空间范围为21°N-40°N,73°N—110°N的近2000条数据,深度范围0~2 km.通过将研究区内实测地应力扣除重力影响,并考虑数据样本数量沿深度分布不均匀的问题,分析构造应力场的作用.重力影响的扣除采用海姆假说与金尼克假说两种模式估算其下限与上限,给出了青藏高原及周缘及青藏地块、南北地震带北、中、南段上构造应力和构造差应力随深度分布的特征和量值范围,结果显示:(1)青藏高原及周缘地区最大水平应力σ_H、最小水平应力σ_h随深度D呈线性增加:σ_H=22.115D+5.761、σ_h=14.893D+3.269;最大水平构造应力σ_T、最小水平构造应力σ_t的量值估算范围分别为4.609<σ_T<15.522D+4.609、3.121<σ_t<6.366D+3.121(D>0);构造差应力σ_T-σ_t=7.222D+2.492,地表值(D=0 km)为2.5 MPa左右,随深度增加以7.2 MPa.km^(-1)的梯度增大;(2)在测量深度范围内,青藏地块、南北地震带北、中、南段研究区σ_T、σ_t、σ_T-σ_t,随埋深均呈线性增大;D=1 km时,各地块σ_T的统计回归值中最大为30.1 MPa,最小为17.6 MPa,量值由大到小排序依次为:青藏地块、南北带北段、南北带中段、南北带南段;D=1 km时,各地块σ_T-σ_t,的统计回归值中最大为15.8 MPa,最小为8.9 MPa,量值由大到小排序依次为:青藏地块、南北带北段、南北带中段和南北带南段.总体表现为青藏地块强、南北带较弱的基本特征.(3)与南北带相比较,青藏地块地壳在从南向北的挤压作用下呈现出明显的"浅弱深强"特点.

青藏地区地应力分布规律研究

在中国地应力分布规律统计分析基础上,通过收集200条青藏地区地壳浅层地应力实测结果,首次统计得到我国青藏地区平均水平地应力与垂直地应力的比值随深度变化的分布曲线,并建立了回归方程。进而分析青藏地区地应力分布规律与特点,发现青藏地区地应力具有总体上符合全国地应力规律,其区域地应力受挤压构造作用显著的特点,尤其是岩浆岩中构造应力显著。研究结果对青藏地区地应力的规律性研究具有重要参考价值,对青藏地区地下工程项目勘察设计、结构分析和工程建设具有重要的实用价值。

综放孤岛工作面回采巷道窄煤柱合理留设

以三元小常煤业30222孤岛工作面回采巷道为背景,结合地应力实测数据分析了孤岛工作面围岩应力分布特征。研究表明:由于孤岛工作面面分担采空侧覆岩荷重,其围岩中应力相对常规工作面增大。在考虑工作面应力集中的基础上,建立了窄煤柱上方基本顶力学模型,推导了窄煤柱留设宽度计算公式,确定了窄煤柱宽度。现场实践表明,30222工作面留设6m窄煤柱、采用合理的支护,巷道变形能够较好的控制。

深部动压巷道高阻让压支护技术研究

为解决深部动压巷道支护的技术难题,针对曹村煤矿十采区下部人车下山巷的具体工程地质条件与生产技术条件,在现场地应力实测的基础上,采用巷道支护专家系统软件对动压巷道支护形式与参数进行优化设计,确立了以高强让压锚杆与带肋锚索为核心的新型"高阻—让压"支护体系,并进行了井下工业性试验和矿压监测。研究结果表明:基于地应力实测的高强让压锚杆和带肋锚索联合支护提高了支护结构的整体承载力,有效控制了围岩的变形,达到了支护设计的预期效果,保证了动压巷道的稳定和正常使用。