抽水蓄能电站大型地下厂房区初始应力场反演

地应力场特征及分布规律对地下厂房围岩稳定及工程设计具有重要影响。根据某抽水蓄能电站地下厂房地表深钻孔及工程地质条件,建立三维数值分析模型,通过多元线性回归分析,实现了初始地应力场的反演重构。研究表明,深孔实测最大水平主应力为6.7~17.6 MPa;反演模型的量值大小和方向与实测值吻合较好,地下厂房区水平应力为主导,最大水平主应力为16.2~17.4 MPa,应力水平属于中应力水平;厂房区域应力场最大主应力方位角主厂房轴线夹角小于30°,对于厂房围岩稳定有利。应力分布及方位角符合设计要求。研究成果可为类似工程提供参考。

中国大陆科学钻探主孔钻孔崩落与现场应力状态的确定

中国大陆科学钻探主钻孔在1200m深度以下出现了钻孔崩落现象,我们在1200m至2015m的范围内采集了82个钻孔成像测井图象资料。对钻孔崩落长轴方位进行了方向统计,结果表明近似对称的崩落平均方位为324.8°±3.3°,对应的平均最大水平主应力方位为54.8°±3.3°。利用崩落形状要素(崩落深度和崩落宽度)以及岩石力学实验确定的岩石内聚力和摩擦系数,计算了1269m、1500m、2000m等16个深度上的最大和最小水平主应力的大小。根据岩石密度测井资料计算了各个深度上静负载应力。三个主应力的大小和方向反映出主钻孔位置的应力场处于走滑应力状态,与地震震源机制解得到的走滑应力场一致。

煤矿深部开采瓦斯压力计算的解析算法

在考虑地应力和地温影响的基础上，提出了煤层瓦斯渗透率ｋ（，θ）与平均应力和地温的关系及一维稳定流动的瓦斯渗流方程，并根据煤层在地表有无露头和通道的情况，导出了煤层瓦斯压力计算分析的解析式．现场实测和理论计算的比较分析表明，该算法能较准确反映实测结果，并从理论上进一步完善了煤层瓦斯压力的计算方法，对煤矿深部开采煤层瓦斯压力和含量的预测以及渗流场的分析具有重要意义．

金川二矿区深部地应力测量及其分布规律研究

介绍了金川有色金属公司二矿区深部地应力测量的方法、过程和结果。通过现场实测获得二矿区深部３个水平１０个测点的三维地应力状态。

原位地应力约束下煤储层自封闭作用及其成藏效应

关于煤层气叠置成藏效应的研究通常注重煤系地层层序地层格架的时空配置,对于原位地应力制约下储层的“自封闭效应”关注不足,应力场垂向转换诱导的煤储层渗透性的非单调性变化及其对储层压力、含气性等成藏特征参数的调控作用常被忽视。系统分析了黔西地区煤储层地应力场的垂向分布规律及其构造控制效应,揭示了渗透率随埋深的非指数变化规律及其在沁水、鄂东等含煤盆地的普适性,探讨了储层压力、压力系数垂向差异性分布及其与地应力-渗透率的匹配关系。黔西地区煤储层水平主应力(200~1300 m)是埋深和构造综合作用的结果,含煤向斜轴部是水平主应力最为集中的区域。根据应力梯度垂向演变规律可以将其划分为应力挤压区(200~500 m,水平构造应力主导)、应力释放区(500~750 m,垂直应力主导)、应力过渡区(750~1000 m,近向斜轴部)和构造集中区(>1000 m,向斜轴部低点部位,高应力区)。埋深中段的应力释放区有利于相对高渗储层的形成(平均0.2×10^(-15)m^(2)),在此深度区间上下(200~500 m,平均0.06×10^(-15)m^(2);>750 m,平均0.02×10^(-15)m^(2))渗透率普遍较低。渗透率随埋深的这种非单调性变化规律具有普遍性,黔西盘关—土城向斜、比德—三塘向斜埋深中段均存在渗透率相对高值区,沁南(650~800 m)、鄂东(800~950 m)、滇东(600~800 m)、准南(600~800 m)等含煤盆地内这一现象也并不鲜见。原位条件下,低渗储层(<0.1×10^(-15)m^(2))的“自封闭”作用使其可以不依赖于盖层等封堵条件,即可构成层间相对独立的流体单元。例如,黔西地区200~500 m,>750 m埋深段的低渗储层自封闭成藏作用显著,储层压力与埋深相关性较差,含气量与压力系数垂向呈“波动式”的无规律变化,常压、欠压、超压储层均有分布,流体压力系统叠置发育。500~750 m的相对高渗储层需外围形成致密的封堵盖层才能阻断层间的流体联系,相对于其他埋深区间更有利于形成统一的流体压力系统,储层压力随埋深增加或层位降低而单调递增,压力系数无明显波动,基本以常压储层为主,含气量随着埋深增大而增大。在同一煤层或气藏内部,储层相对致密部分也可能会封堵高孔渗部分的流体,导致流体压力系统横向上多段叠置。

安第斯山中段现今地应力测量及地震相关性分析

安第斯山位于纳兹卡洋壳板块和南美板块之间,是全球地震频发区域之一,被誉为地震与活动构造学家的天然实验室。本文利用矿山探矿钻孔,采用水压致裂原位地应力测试技术,首次获取安第斯山中段千米深孔原地应力大小及方向随深度变化规律。结果表明测试深度范围内主应力的量值随深度增加而增大,水平最大、最小主应力及垂向应力量值范围分别为12.38~34.47 MPa,7.97~24.15 MPa和6.81~26.10 MPa,主应力之间的关系为σH〉σv≥σh,σH/σh比值介于1.43~1.66之间。最大水平主应力方向与震源机制解和地表调查结果基本吻合。以实测地应力资料为基础,利用安德森断层理论及库伦摩擦破裂准则,探讨了震源深度（假定30 km）处的应力状态及断层达到临界破坏时的孔隙压力,结果表明除纳兹卡板块持续俯冲外,高孔隙压力可能是该区地震频发的主要原因。研究结果不仅为该区地震机理研究提供了实测资料,而且对世界应力图数据库具有重要补充价值。

构造应力场研究与实践

由李四光教授开创的构造应力场研究自 2 0世纪 2 0年代至今已经历 70多年。回顾其研究过程 ,展望未来发展 ,可以分为两个研究时期 :①开创研究时期( 1 92 6— 1 96 6 )。主要运用构造形迹力学性质及组合规律分析推断构造应力状态 ,重点研究构造体系及其典型构造型式的构造应力场。②实测研究时期 ( 1 96 6— )。最初通过实测地应力、地形变、断层位移以及现今构造活动的各种相关资料 ,配合模拟实验研究现今构造应力场 ;尔后对地质时期古构造应力场进行研究 ,主要采用应力、应变矿物进行应力状态定量或半定量分析 ,并配合模拟实验进行研究。实测研究时期可分为 3个研究阶段 :实测平面构造应力场研究阶段。主要以进行平面构造应力场研究为主 ;实测三维构造应力场研究阶段。以三维构造应力场研究为主并对构造应力场学科进行研究总结 ;深部构造应力场研究阶段。未来将会开展对地壳整体及地壳深部进行全面的构造应力场研究。构造应力场研究对认识地壳运动问题具有深远意义 ,在地质找矿、地质环境与灾害。

差应变分析法在地应力方向研究中的应用

介绍了地应力测试的差应变分析(DSA)法和古地磁定岩心方位的方法,进行了台105井和台601井的3块DSA试验岩心和17块古地磁岩样的测试。通过差应变分析与古地磁的结合,最终得出两口井的最大主应力方向分别为N117.5°E(台105)和N108.5°E(台601)。最大主应力方向并非铅垂方向,而是与其存在一定的角度。

厌氧微生物降解原煤体吸附甲烷试验研究

为了研究厌氧型微生物对实体煤中吸附甲烷的降解效能,富集、纯化、分离了高效降解甲烷的厌氧型甲烷氧化菌;并在三轴应力渗流试验装置基础上,制作成模拟原始煤体赋存环境下厌氧微生物降解甲烷试验、分析系统。试验过程中通过定量、连续地控制、加载轴压和围压,同时将微生物菌液高压注入实体煤试件内,使菌液在煤体内均匀地扩散与分布。分析计算试验前后煤体吸附甲烷的减少量和二氧化碳的增加量。结果表明:在围压1~5 MPa、轴压1.5~7.5 MPa内随着加载轴压和围压的增大,该类厌氧型微生物降解甲烷的效率和二氧化碳产量均得到增加,甲烷降解率从24.22%增加到36.43%,二氧化碳产量从59.34 cm^3增加到102 cm^3,然而二氧化碳的增加量小于甲烷的减少量,推测其原因可能与降解甲烷中间过程生成存留部分碳氢化合物有关。

高地应力软岩大变形隧道洞型及双层初期支护支护时机研究

为优化高地应力软岩隧道支护结构受力以及控制围岩变形,开展隧道洞型与双层初期支护支护时机研究。首先,通过现场监测数据分析高地应力软岩隧道单、双层初期支护的支护效果及围岩变形规律;然后,采用FLAC3D软件对比分析马蹄形(高跨比0.80)、类圆形(高跨比0.90)、圆形(高跨比1.00)3种洞型下以及第1层初期支护变形达300、350、400 mm时施作第2层初期支护时隧道的受力与变形情况。研究结果表明:(1)对于高地应力Ⅲ级大变形围岩2车道隧道,采用双层初期支护较单层初期支护虽有效控制了围岩变形,但在施工过程中仍出现了拱肩破坏、仰拱开裂等现象;(2)适当增大隧道高跨比可有效降低围岩变形与支护结构受力,高跨比为1.00时效果最好;(3)适当增大第1层初期支护的预留变形量,推迟第2层初期支护的支护时间,支护应力大幅降低,因此,建议第1层初期支护变形达400 mm时施作第2层初期支护。

利用井眼坍塌信息求取最大水平主应力的方法

准确获取深部地层地应力的方向和大小,对于井眼轨道设计、井壁稳定、压裂增产等具有重要意义。重点研究了利用井眼坍塌信息求取最大水平主应力的方法,提出结合测井资料分析采用数值模拟方法反演最大水平主应力大小的方法。研究表明:利用井眼坍塌信息求取最大水平主应力大小的数值模拟方法可行,能够真实反映深部地层的应力环境、地层岩石的力学特性,比较准确地确定最大水平主应力的大小,且方法简单易行。

考虑地应力作用的嵌岩桩基础岩体完整性系数评价

岩体完整性系数是桩基设计中评价岩体完整程度的重要指标之一。根据在建的济南恒大国际金融中心(总高518 m)嵌岩桩设计对岩体完整性评价的需求,在现场岩体纵波速度测试的基础上,开展了原位地应力(围压)条件下,桩端持力层深度岩块纵波速度测试,结果表明:强风化辉长岩(埋深69~80 m)的完整性系数为54.1%~58.8%,微风化辉长岩(埋深94~99 m)的完整性系数为77.2%~94.4%。随着风化程度的降低,地应力作用对岩体完整性系数的影响增强,考虑地应力作用下强风化地层的岩体完整性系数(均值)降低了2.1%,微风化地层的岩体完整性系数(均值)降低了5.2%。建议在超深嵌岩桩基础设计中,需考虑原位地应力对岩体完整性系数的影响。研究结果对嵌岩桩岩体完整性系数评价及超高层建筑地基勘察具有一定指导意义。

引江补汉工程深埋长隧洞主要工程地质问题

对于我国中西部地区来说,越来越多的水利工程建设涉及深埋长输水隧洞。通过引江补汉工程可研阶段工程地质勘察,分析和研究了深埋长隧洞存在的涌水突泥、高外水压力、高地应力条件下软岩大变形、坚硬岩岩爆及其对地表水和地下水环境影响、围岩稳定、有害气体、高地温等主要工程地质问题,为隧洞工程设计、施工提供了可靠的技术支撑,为类似深埋长隧洞工程提供参考借鉴。

锦屏二级水电站引水隧洞大型原位试验研究Ⅱ——试验成果分析

在已有研究的基础上介绍原位试验的监测成果。本次原位试验显示引水隧洞掘进过程中，掌子面前方1.2倍洞径的围岩即会产生位移和应力变化，同时也会产生一些微破裂，掌子面后方0～10 m的范围是应力变化最剧烈的区段。声发射监测显示掌子面前方-5 m至掌子面后方10 m的范围是围岩损伤破裂密集产生的区段，掌子面后方超过10 m区段围岩的损伤破裂基本趋于稳定。光纤光栅监测成果显示靠近洞壁破围岩损伤比较严重的区域会出现滞后破裂现象，即掌子面效应完全消失后，一些浅表层的微裂纹会仍会形成宏观裂纹。引水隧洞开挖后右侧拱肩的围岩损伤最为严重，深度约3 m。多点位移计测试成果显示隧洞开挖过程中围岩的变形问题并不突出，深埋隧洞的监测工作应以松动圈测试、锚杆应力监测、围岩应力监测、光纤光栅监测和声发射监测为主，辅以适量的多点位移计监测。