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。

岩石Kaiser效应方向独立性的研究现状及进展

岩石声发射Kaiser效应测量地应力方法具有经济、简便、可大量测试的优点,吸引国内外学者广泛的注意,并进行了大量的研究。然而,由于岩石Kaiser效应的复杂性,还存在一些基础理论问题尚未解决,引起对部分Kaiser效应研究成果的争论。本文简要介绍了Kai-ser效应测量地应力的基本原理,指出声发射Kaiser效应存在方向独立性问题,综述了国内外学者研究Kaiser效应方向独立性的不同成果:有学者研究表明,单轴压缩下,当θ小于10°时可以观察到Kaiser效应,当θ大于10°时则观察不到Kaiser效应;另外一些研究者却认为,Kai-ser效应的存在与否,与两次加载间的夹角无关。在此基础之上探讨了Kaiser效应存在方向性对岩石Kaiser效应测量地应力的影响,并提出需要加强进一步的研究。

岩石Kaiser效应测地应力原理中的若干问题研究

该文通过对几种不同类型岩石的实验研究,提出了关于在围压条件下影响岩石Kaiser效应的若干问题,分析了它们的声发射特征,为深部地应力测量提供了一种新的解决方法。

声发射测量地应力方法中Kaiser点确定方法的优选与分析

准确确定Kaiser点是研究声发射测量地应力的关键。通过对模拟岩心的水泥块进行单轴受压破坏过程的声发射试验,得到了试件在试验过程中的应力-应变曲线、应力、声发射强度、声发射累积数与时间的关系图。分别对试样用突变点法、最大曲率法、双切线法、重加载法(抹录不尽现象、两次加载相减法)、多方面综合判定法以及声发射强度信号的统计分析法进行了分析。从不同的方面认识了试样的Kaiser点的特性,总结并分析了确定Kaiser点的方法以及各自的适应性,并进行了优选。研究表明,试验确定了试样的物理特性,各种方法都能从不同角度和机理上解释Kaiser点现象,综合判定法能相对更加全面、准确地确定Kaiser点。

GPS地形变测量和Kaiser效应法地应力测量在云南昆明—玉溪地区及邻区大震跟踪应用研究

2000—2001年川滇地区有大震震情趋势,应用GPS地形变测量(G),Kaiser效应法地应力测量(K)技术,采用GK联合并网方法,同步监测云南昆明—玉溪地区及邻区地形变场、地应力场;依托本构定律及岩石学组合判据,进行发震应力条件、发震几率、震级大小的分析研究;得出云南地区3～5年内不具备发生MS≥7.0大震的发震应力条件;同时划出滇东北形变高值区,10年左右有可能发生MS6.0～7.0地震。

地面井分层卸压的煤系气合采原理及方式探讨

为了进一步认识制约煤系气合采的因素,提高煤系合层排采各产层的产气贡献,分别从动力、通道和气源条件出发,分析了煤系气合采的必备因素。基于改变地应力状态提高储层导流能力以及分层改变储层流体压力,满足多层合采动力条件的原理,提出了地面井分层卸压的煤系气合采方式。该方式通过在地面进行定向钻井,在目标储层中进行高压水射流作业,人工创造卸压空间(缝、槽、穴等),改变地应力状态,降低有效应力伤害,增加储层导流通道的数量和开度,提高目标储层压降传递速率。待储层压力降至符合煤系气合采动力条件时进行合层排采,从而提高煤系合采各产气层的产气贡献。相较于常规增产改造措施,此方式能够减少煤系气储层在有效应力作用下的储层伤害,且有助于提高储层压降传递效率,增强煤系气的解吸和扩散,降低多层煤系气合采过程中的层间干扰。在以上研究基础上,认为地面井分层卸压的合采方式主要适用于储层地应力大、产层间距小的煤系气储层,且有望在薄互层煤系气储层增产改造及层间干扰严重的叠合共生煤系储层开发领域进行应用推广。

声发射凯塞尔效应岩体地应力测试的研究

根据岩石力学试验结果的统计规律要求和岩体地应力椭球的概念，提出了多方向取样及地应力椭球回归分析的声发射凯塞尔效应地应力测试方法；此方法能避免试验误差的较大影响。

日本M_W9.0级大地震前后华北和东北地区现今构造应力作用调整过程与研究意义探讨

为了探讨日本MW9.0级大地震前后华北和东北地区现今构造应力作用调整过程与研究意义,对华北和东北地区进行原位现今地应力绝对测量与实时监测、GPS测量,结果表明:日本大地震在山东半岛、华北北部地区和东北地区所诱发同震位移引起的张性效应调整周期分别约为6个月(即调整结束时间大约在2011年9月)、15个月(即调整结束时间大约在2012年6月)和26个月(即调整结束时间大约在2013年5月),张性效应调整周期与同震位移大小成正比。在这种调整过程中,往往表现出区域现今构造应力作用方式和构造应力场转换,并可能伴随重大地质事件(如地震等)的发生。2012年5月28日和29日、6月18日、8月26日及2013年1月11日在唐山及其周围地区分别发生的4.8级、3.2级、4.0级、3.3级和3.0级地震与华北北部地区构造应力作用方式和构造应力场转换有关,而2013年10月31日以来在吉林省松原市发生的地震群应与东北地区构造应力作用方式和构造应力场转换有关,而非一个大地震前的小震群。

矿井深部三维地应力场测量与特征分析

针对姚桥煤矿-800 m水平深部巷道破坏严重,采用岩石Kaiser效应测量方法,对该矿进行了地应力场测量。通过在定向岩心6个特殊方向取样,经声发射试验得到了各方向的单个应力,经计算得出了原岩主应力的大小及方向等参数。结果表明:-800 m水平最大主应力为19.00 MPa,属中高应力区,存在一定的构造应力。经-650 m水平与-850 m水平测量结果比较,得到了姚桥煤矿以-800 m为界,上部岩层主要受构造应力控制,-800 m以下以自重应力为主。

不同岩性岩石声发射地应力测试及其应用

为了考虑岩石岩性的影响,对两淮矿区某正在掘进巷道进行钻孔取样,根据柱状图取巷道两相邻水平标高(-850.0 m和-861.8 m,以下称为Ⅰ和Ⅱ水平)作为实验取芯点,其岩性分别为中粗砂岩和砂质泥岩。利用声发射测试仪测得不同水平标高地应力,经理论计算获得相应的主应力,采用ANSYS和FLAC3D在非轴对称应力场(分Ⅰ和Ⅱ水平2种应力加载方法)下进行模拟,并与现场实测结果对比。研究结果表明:Ⅰ和Ⅱ水平的地应力无明显的叠加性。实测巷道不同水平的围岩稳定性(主要指围岩位移分布)与对应水平的应力加载条件下的模拟结果相似;考虑岩石岩性对巷道地应力赋存情况的影响的必要性,同时为该埋藏条件下巷道支护设计提供更加可靠的地应力数据。

循环加载对沉积岩岩石Kaiser效应影响的试验研究

为获取不同沉积岩岩石更加合理的Kaiser效应点对应的应力值Kσ,采用声发射技术进行单轴循环加载试验,探讨加载循环峰值应力pσ、加载速率和含水率对Kaiser效应的影响,提出合理的多循环加载模式。试验结果表明:(1)随着加载速率或含水率的增加,细砂岩振铃计数和能量降低,Felicity比(FR)变化不明显;(2)pσ对砂岩Kaiser效应的影响显著于加载速率、含水率,当pσ较大于先前最大应力hmaxσ时,会使岩石损伤记忆进一步劣化,导致FR变化显著于当pσ小于或稍大于hmaxσ时;(3)采用循环加载KE试验时,粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩、砂质泥岩、泥岩、石灰岩等合理的首循环pσ分别小于岩石单轴抗压强度cσ的25.65%,21.66%,12.31%,11.31%,23.40%,3.61%,4.32%,之后循环pσ不超过cσ的59.39%~75.72%;(4)通过对σK/σc逐步回归分析发现,弹性模量、埋深、cσ能进入其回归方程,拟合度为0.556,随着埋深的增加,Kσ呈线性增加,相关系数R2为0.592。研究结果为Kaiser效应测试地应力提供理论依据和借鉴。

声发射地应力测量中凯塞点的确定

准确判断凯塞点是岩石声发射地应力测量中的重点和难点 ,目前还没有一种有效的确定方法。对砂岩声发射试验中声发射信号的重标区间 (R/S)进行了分析 ,发现lg(R/S)与时间间隔对数值具有很好的线性相关性 ,相关系数均大于 0 .97,这表明声发射信号曲线具有分形特征。研究还发现 ,不同载荷阶段声发射信号曲线的赫斯特指数 (H)可反映声发射信号强弱变化的趋势。当H >0 .5时 ,声发射信号趋于加强 ;H <0 .5时 ,声发射信号趋于减弱。根据这一规律 ,通过计算声发射信号曲线的赫斯特指数 (或分形维数 ) ,便可确定声发射试验中的凯塞点。实践证明这是一种确定凯塞点的有效方法。

利用凯塞效应测试深部铜矿原岩应力

在对白银公司深部铜矿现场工程地质调查研究的基础上，运用工程地质力学方法确定了地应力方位。在该矿1560中段从四个方向钻取岩芯，利用岩石声发射凯塞效应，在实验室对岩芯进行单轮压缩声发射试验，以测试地应力的大小。测试结果是准确可靠的。

声发射法在石膏矿原岩应力测试的应用

通过对邢隆石膏矿现场工程地质调查研究,运用工程地质力学方法确定了地应力方位。结合现场实际,在不同位置灵活设置测点,利用岩石声发射凯塞效应,采用超声波检测方法,测试地应力,测试技术比较简单、检测数据比较可靠。

Numerical study of AE and DRA methods in sandstone and granite in orthogonal loading directions

The directional dependency of the acoustic emission （AE） and deformation rate analysis （DRA） methods was analyzed, based on the contact bond model in the two-dimensional particle flow code （PFC2D） in two types of rocks, the coarse-grained sandstone and Aue granite. Each type of rocks had two shapes, the Brazilian disk and a square shape. The mechanical behaviors of the numerical model had already been verified to be in agreement with those of the physical specimens in previous research. Three loading protocols with different loading cycles in two orthogonal directions were specially designed in the numerical tests. The results show that no memory effect is observed in the second loading in the orthogonal direction. However, both the cumulative crack number of the second loading and the differential strain value at the inflection point are influenced by the first loading in the orthogonal direction.

声发射法地应力测量在大柳行金矿的应用

声发射法测定地应力因测试工作量小、成本低而广泛应用于矿山地应力测量中。大柳行金矿奄口矿区随着开采深度不断加深,地压显现明显,测量原岩地应力,研究地应力场的分布规律可指导深井开采。通过对60个试件进行声发射加载试验,测得了5个不同深度测点岩体的主应力大小和最大水平主应力方向,最大水平主应力随埋深的增加而增大,不同深度最大水平主应力的方位一致性较好;垂直主应力值约为自重应力值的2倍。测试结果可为矿山工程开采设计和施工提供必要的参考依据。

三维地应力场测试及围岩稳定性分析

为解决涡北煤矿-450水平运输大巷破坏严重的问题,采用岩石Kaiser效应法对-450水平进行地应力测量。结果表明:-450水平最大主应力为15.36 MPa,属中高应力区,水平应力过大不利于巷道维护。在地应力测试基础上,应用UDEC数值模拟对变形量进行了预测。研究表明,锚杆支护完全能够满足围岩稳定的要求,可为巷道开挖提供合理的支护方案,为矿区巷道围岩控制提供借鉴和指导。