混凝土致裂应力与内外约束和徐变的关系

温度变形、自生体积变形和徐变等受内外约束是混凝土裂缝产生的主要原因.为研究水化反应过程中混凝土内部由于温差、温变幅度和线胀系数差异存在的相互制约关系,减少内外约束下温度和自生体积变形及早龄期混凝土开裂,需要对混凝土温度场和应力场进行精确的仿真.通过仿真计算并根据现场模型试验结果对混凝土温度应变、自生体积应变、徐变、内外约束应变进行反分析.研究表明,早龄期混凝土致裂应力主要与徐变和内外约束有关.

汶川M_S8.0级大震前后的水压致裂原地应力测量

在汶川M_s8.0级大震发生前一周,采用水压致裂技术在龙门山发震断裂带±400 m深度上测得的最大水平主应力值为21～22 MPa,与其附近下盘之差高达8～10 MPa.大震后的原地重复测量结果表明,发震断裂带上的最大、最小水平主应力值分别降低了29%和23%,而在下盘大震前后的地应力作用状况并无变化.测量结果分析表明,活动断裂带的地应力高值异常是圈定地震危险区的可靠依据,是强震孕育和发生的警示标志.

雪峰山深孔水压致裂地应力测量及其意义

利用最新研制的深孔水压致裂地应力测量设备在雪峰山2000m科钻先导孔内开展了原地应力测量,在孔深170~2021m范围内获得了16个测段的有效地应力测量数据,是国内首次利用水压致裂法获得的孔深超过2000m深度的原地应力测量成果。测量结果表明,地应力随孔深增加而逐渐加大,对实测数据进行线性回归,得到最大和最小水平主应力随深度变化的关系分别为:SH=0.03328H+5.25408,Sh=0.0203H+4.5662,在孔深2021m深度,其实测值分别为66.31MPa和43.33MPa。基于实测数据,结合钻孔成像测试和井温测试结果,对测点应力状态进行了综合分析。在170~800m深度范围,三向主应力关系为SH>Sh>Sv,有利于逆断层活动;孔深1000~2021m表现为SH>Sv>Sh,表明该区域深部应力结构属于走滑型。最大水平主应力方向为北西—北西西方向。基于实测地应力数据及莫尔-库伦破裂准则,对测区附近断层活动性进行了分析讨论,认为该区域断层处于稳定状态。

龙门山断裂带西南段现今地应力状态与地震危险性分析

为了解汶川地震后龙门山断裂西南段现今地应力环境与地震发展趋势,对比分析2003,2008和2010年在宝兴、康定地区4个钻孔的水压致裂应力测量资料,初步揭示汶川地震后断裂西南段现今地应力环境与地震危险性。研究结果表明:龙门山断裂西南段,尤其是康定地区,地震后仍然积累有较高的地应力,震后应力调整以积累为主;龙门山断裂西南端的最大水平主应力已经达到断层活动应力临界下限值,断裂活动进入临界状态,未来具有发生逆断层活动的可能性;结合地应力测量结果、地震地质等资料认为,龙门山断裂西南端具有潜在大震危险性,值得重点关注和研究。研究成果对于龙门山西南段断裂活动性分析、地应力长期监测以及防灾减灾有重要意义。

龙门山断裂带东北段现今地应力环境研究

2008年5月12日汶川MS8.0级地震后,为了解发震断裂附近地应力分布特征,于2009年10月-12月期间,在龙门山断裂带东北段江油、北川地区3个200m钻孔中开展水压致裂地应力测量工作;本文首先依据研究区域内3个200m钻孔的水压致裂地应力测量结果,分析了汶川8.0级地震发生1年后,龙门山断裂带东北段附近现今地应力状态分布特征;其次,基于龙门山断裂带基础地质、地球物理等研究资料,采用线弹性有限元模拟方法,运用ANSYS有限元模拟软件,模拟得到了地震后研究区内现今地应力状态;再次,综合研究区内地应力测量结果和应力场的三维有限元数值模拟结果,揭示了断裂带附近江油～北川剖面现今应力场的变化规律;文章最后探讨了龙门山断裂带东北段江油和北川地区的地震危险性.

陕西汉中盆地水压致裂地应力测量分析研究

汉中盆地位于龙门山断裂带东北段的末端,汶川MS8.0地震发生以后,地震活动存在沿龙门山断裂带向NE向发展的趋势.在汉中盆地西缘进行了两个钻孔的水压致裂地应力测量,来分析震后该区地应力状态,以期为该区的地震危险性研究提供实际资料.这两个钻孔深度均为300m左右,相距33m,取得了较好的地应力测试结果.通过对地应力测试结果的综合分析研究,得到以下认识:①在汉中盆地西缘300m深度地层内,最大水平主应力值为5.69—19.52MPa,最小水平主应力值为3.81—10.90 MPa,垂直主应力值约为1.25—7.03MPa,水平主应力占主导地位,垂直应力为最小应力,该地应力状态有利于逆断层的活动;②汉中盆地西部现今最大水平主应力方向为WNW或近EW向;③汶川地震后,目前汉中盆地及其西部地区仍处于构造应力调整阶段,总体相对稳定.

汶川M_S8.0地震对龙门山断裂带附近地应力环境影响初探——以北川、江油地区为例

为探讨汶川MS8.0地震对龙门山断裂带现今地应力环境的影响,2009年10—12月,在龙门山断裂带的北川、江油地区开展了3个200m深度钻孔水压致裂地应力测量,获得了汶川MS8.0地震发生1年多以后断裂带附近地壳浅表层地应力环境.根据研究区内的原地应力测量结果及汶川MS8.0地震引起的断层错动等资料,运用线弹性有限元数值模拟方法,计算得到了由断层错动位移所产生的附加应力,并推算了ZK02和ZK03位置震前应力分布特征.通过对比分析,揭示了断裂带附近地应力场的变化规律,探讨了汶川MS8.0地震对龙门山断裂带附近地应力环境的影响.

南水北调西线第一期工程调水区水压致裂地应力测量及其工程意义

本文介绍了水压致裂地应力测量原理和方法及其在南水北调西线工程中的应用。在调水工程沿线测得主应力大小、方向,并分析了其相互关系和分布规律。结果表明现今地壳应力场水平主应力占主导地位,属逆断层状态,且σHmax/σV较大,属于构造影响强烈地区,主压应力方向总体呈NE向,与区域构造线呈锐角相交,是造成区域大多数断裂压扭左行运动的主要动力。进一步分析了深埋隧道发生岩爆灾害的可能性,为南水北调西线工程各引水线路的优化设计和隧道灾害防治提供了可靠资料。

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。

地应力作用下鸭绿江断裂带活动对丹东五龙背地热温泉的影响初析

鸭绿江断裂带为郯庐断裂系的重要分支,现今构造活动强烈,沿断裂带出露温泉60余处,地热资源丰富。为查明断裂带南段五龙背地区的现今地应力状态和断层的活动性,研究断裂活动对温泉地热水体的控制作用和远期影响,采用水压致裂法对该区开展了12个测段的原位地应力测量。测量结果显示,在测段深度36.80~215.50 m范围内,最大、最小水平主应力及垂直主应力值(SH、Sh、Sv)分别为6.00~13.52 MPa、3.18~7.26 MPa和0.97~5.7 MPa,总体而言,3个主应力值呈现随深度的增加而逐渐增大的趋势,最大水平主应力方向以北东向为主;断裂带中段(198.60~207.80 m),主应力关系为SH>Sv>Sh,有利于走滑型活动,具有一定潜力的富水导水条件,断裂带上段(36.80~196.63 m)及下段(215.50 m),SH>Sh>Sv,有利于逆断层活动,热流通道纵向连续性欠佳,导水条件较差;根据现今应力场特征与断裂活动的关系推演,五龙背地区温泉水位下降可能是因为断裂在压应力作用下活动,导水系统空间受挤压逐渐缩小,其他方向径流排泄增多,导致温泉水源供给减少;基于库仑摩擦失稳理论,断裂带36.80~113.20 m深度范围内的地应力值达到了其活动需要的应力临界值下限,将来有可能发生错断活动,温泉地热水体的补给通道可能受到断裂活动的影响而发生改变。研究成果在断裂对温泉地热水体控制作用研究方面具有一定的理论意义,并积极探索了断裂带附近地应力测量在地热研究领域中的应用思路。

乌鞘岭长大深埋隧道围岩变形与地应力关系的研究

乌鞘岭长大深埋隧道横穿祁连山东麓,长达20050m,最大埋深1050m。在于枚岩夹板岩及构造角砾岩等软弱岩层洞段的隧道开挖过程中,围岩强烈变形,水平最大变形达1034mm,拱顶最大下沉量达1053mm,由此导致支护失效甚至型钢钢架被严重扭曲,且持续变形不收敛。原地应力测量研究表明,该洞段具有明显的现今构造应力作用,最大主应力的作用强度为20～22MPa,现今地应力状态的总体特征为σ_H≥σ_V＞σ_h。分析认为,隧道围岩的变形是在较强的构造应力与垂直重力的共同作用下,由于未及时支护,软弱围岩不能承受该作用力,以致产生持续性流变大变形。工程实践表明,围岩应力状态是支护设计的依据,而适时支护是非常重要的。允许围岩适度变形,使围岩应力得以适度释放。选择在流变大变形尚未形成,围岩尚未丧失其抗载能力的时刻,及时进行衬砌支护,这对确保围岩稳定和支护安全具有重要意义。

西沙群岛石岛浅部基底地壳应力测量及其地球动力学意义分析

西沙群岛独特的构造位置决定了其构造运动背景和地壳应力场动力源的复杂性.位于西沙群岛石岛、深达1268.07m的西科1A井在1257.52m钻遇花岗岩基底.在1125.8~1262.0m开展5次水压致裂地应力测量,获得最大水平主应力为17.09~20.85MPa,最小水平主应力为15.97~18.29MPa,估算垂直主应力为22.86~26.68 MPa,地壳应力结构为SV〉SH〉Sh,以垂直主应力为主导,该应力结构特征有利于正断层活动,表明西沙群岛地壳基底处于拉张的应力环境.受西沙海槽断层影响,水平应力值较低.印模测试显示基底地壳应力方向以近东西-北西向为主,与已有的GPS测量、横波分裂和面波反演结果较为吻合,显示西沙群岛岩石圈尺度上变形一致性较好.西沙群岛地壳应力场的力源受板块运动和地幔物质上涌作用联合制约.综合南海西北部实测地应力数据分析,显示该区域主应力方向较为一致,应处于统一、稳定的构造运动背景之中.西科1A井水压致裂试验是我国首次涉海深孔地壳应力测量,具有重要的地球动力学意义,提供了研究南海地球物理场的宝贵基础资料.

唐山地区深部应力测量

在唐山东约20公里的东矿区黄坨苗圃356米深钻孔中,在300米以上深度成功地进行了11次水压致裂应力测量,取得了主应力大小及其方向随深度变化的资科。测量结果表明,现在唐山地区的应力水平很低,在接近300米的深度上最大水平主应力仅7.8兆帕,最大水平剪应力值也仅1兆帕。最大主应力方向在180米以上变化较大,180米以下的三次测量结果一致性很好,最大主应力方向为北81°西到北86°西,与华北地区应力测量的总体方向是一致的。文中还将水压致裂应力测量的结果与应力解除与用声发射凯塞效应法测得的结果作了对比。

乌鞘岭隧道地应力特征与软弱围岩的变形防治

兰武二线乌鞘岭隧道横穿祁连山东麓,长20050m,最大埋深1050m。在岭脊志留系千枚岩夹板岩及断层构造岩等软弱围岩段的隧道开挖过程中,围岩强烈变形,不仅支护失效甚至钢架亦被严重扭曲,且持续变形长时间不收敛。地应力测量研究表明,隧道岭脊段具有明显的现今构造应力作用,地应力的总体特征为:SH≥SV>Sh。分析认为,隧道围岩变形的主因是:在较强构造应力与垂直重力的共同作用下,由于未及时施做二次衬砌,软弱围岩及初期支护不能承受该作用力,以致产生了持续性的流变变形。工程实践表明,围岩应力状态是支护设计的依据,而适时支护、衬砌非常重要。允许围岩适度变形,使围岩应力得以适度释放;选择在流变大变形尚未形成,围岩尚未丧失其抗载能力的时刻,及时进行支护衬砌,对确保围岩稳定和支护衬砌结构安全具有重要意义。

青藏高原东南缘丽江—剑川地区地应力测量与地震危险性

为获得川滇块体腹地现今的地应力场,分析边界断裂发生地震活动的危险性,进而探讨块体运动的动力学特征,2010—2011年,在青藏高原东南缘丽江—小金河断裂带西南段的丽江—剑川地区,开展2个300m钻孔水压致裂地应力测量。地应力测量结果揭示了研究区地壳浅表层现今主应力的分布规律。结合研究区部分中强震震源机制解及20世纪80年代地应力结果,分析了跨度近30a后该区构造应力场的变化特征,进而探讨了其动力学指示意义。依据断层滑动摩擦准则,讨论了丽江—剑川地区现今地震活动危险性。

广东核电站地应力测量及其应用

基于广东省3个核电站厂址区的水压致裂地应力测量结果,获得了各核电站厂址区现今地应力场分布特征,结果表明,各核电站厂址区以水平应力为主导;大亚湾、阳江核电站水平应力值随深度增加而呈线性增大,台山核电站水平应力随深度线性增加不明显;大亚湾、阳江核电站厂址区最大水平主应力方向为NW-NWW,台山核电站为NNW。根据地应力测量结果、相关理论及判据分析认为,大亚湾核电站拟建隧洞长轴方向较不利于隧洞围岩的稳定,台山和阳江核电站拟建隧洞长轴方向利于围岩的稳定和维护;各核电站拟建隧洞横截面形状以水平长轴、垂向短轴且长、短轴比近似于各隧洞截面上侧压力系数的椭圆形为宜;各隧洞在埋深范围内开挖时均没有发生岩爆的可能性。最后,依据Byerlee滑动摩擦准则,探讨了核电站外围现今活动断层的稳定性。

深切峡谷地区地壳浅表层地应力状态变化分析

本文以三峡水库引水工程秦岭特长隧洞水压致裂地应力测量为例,在野外地质调查、室内超前预测分析、现场和室内测试等的基础上,对深切峡谷地区地壳浅表层地应力状态进行了系统分析,结果表明深切峡谷地区地壳浅表层分为应力降低区、应力增高区和原始应力区,原始应力区(即构造应力面)的深度大致等于地应力测点周围山体和沟谷之间的相对高差.