复杂地质条件下初始地应力场反演分析方法

为获得较为合理和准确的初始地应力场分布,考虑了复杂地质条件中地形地貌及断层对地应力场的影响,提出了结合地层剥蚀模拟和侧压力系数法的地应力反演分析方法.该方法对侧压力系数法进行了改进,通过逐次开挖地层近似模拟地表剥蚀过程对现今地应力场的影响,并采用了隐含断层单元,将断层力学效应反映在岩体单元中,从而模拟断层附近地应力场的分布规律.最后对水电站地下厂房区域的地应力场进行了反演分析,结果表明:测点反演值与实测值符合良好,反演结果充分反映了河谷及断层区域地应力场的基本分布规律.     

中国大陆金属矿区实测地应力分析及应用

以迄今为止查阅到的中国大陆金属矿区实测地应力数据为基础,经优化处理后最终采用165组数据,基本覆盖了我国大陆主要金属矿山分布地区.采用回归分析法给出了中国大陆金属矿区测量埋深范围内的地应力场特征,并尝试从地应力的角度对中国大陆金属矿区断层的稳定性进行了讨论.结果显示,中国大陆金属矿区垂直主应力、最大与最小水平主应力总体上随埋深呈线性增加;最大与最小水平主应力之差Δσ随埋深的增加有增大的趋势,但规律性不显著;最大水平主应力与垂直主应力之比Kh,max主要集中在1.00~2.50之间,最小水平主应力与垂直主应力之比Kh,min主要集中在0.50~1.50之间,平均水平主应力与垂直主应力之比Kh,av主要集中在1.00~2.00之间,随着埋深的增加,3个侧压系数的变化幅度逐渐减小,Kh,max趋向于1.83,Kh,min趋向于0.80,Kh,av趋向于1.31;最大与最小水平主应力之比与埋深没有显著的关系,主要集中在1.5~2.0之间,近似服从正态分布;断层在埋深小于500 m范围内有滑动的可能,埋深超过500 m时,逆断层有滑动的可能,走滑断层处于相对稳定状态.     

某电站地下厂房区域初始地应力反演分析

根据某电站地下厂房区域工程地质条件以及实测地应力资料,分析影响区域初始地应力的因素,建立电站厂房区域三维有限元模型,利用FLAC3D值计算软件对工程区域初始地应力场进行三维有限元模拟,在实测地应力值与计算地应力值之间建立多元回归模型,求出各回归系数,结果表明模拟得到的初始地应力场与实测地应力值相符,能够满足工程设计、施工的需要.     

某水电站地下厂房初始地应力场反演计算分析

拟建电站处于北西、北东及南北构造交汇的Y字型部位,地质构造条件复杂,应力水平高。结合电站地下厂房区地质条件,依据勘探中实测获得的地应力成果资料,采用多元线性回归有限元法对区域初始地应力场进行回归反演,并将结果与实测值进行对比分析。结果表明:地下厂房区构造应力占初始应力场比重较大,地应力场竖直方向(Z方向)以及水平方向(X方向、Y方向)的应力均大于自重作用产生的地应力,厂房区第一主应力量值在10.83~22.8 MPa范围,第一主应力方向为N30°W~S73°W,倾角19°~70°。研究结果可为地下厂房洞轴线方位确定提供依据。     

某水电站地下厂房区初始地应力场回归分析

结合某水电站地下厂房区工程地质与水文地质条件以及实测地应力资料，分析影响区域初始地应力的因素；以ANSYS作为有限元计算工具，计算各影响因素下厂区地应力值；在实测点勘察获得的地应力值与计算得到的地应力值之间建立多元回归模型，求出回归系数，从而获取厂区初始地应力场分布规律，为地下厂房设计与开挖施工提供了合理的三维初始地应力场。     

桑珠岭特长隧道初始地应力场反演分析

桑珠岭隧道是拉萨-林芝铁路的控制性工程,工程区地质条件复杂,面临着深埋隧道高地应力灾害问题。因此,对其展开初始地应力场分析为保障隧道安全施工及优化结构设计具有重要意义。以现场勘察工作为基础,综合分析工程区地质资料,利用工程类比法和Anderson理论估算了隧址区主应力方向与量值范围;结合现场地应力实测数据,利用多元线性回归分析方法,进行了隧道工程区地应力场的三维反演计算分析。结果表明:测点地应力反演值与实测值在量值与方向上存在较好拟合关系;且同区域构造背景相一致,说明计算结果具有一定的合理性与可靠性。最后,通过分析桑珠岭隧道沿轴向的地应力分布规律,对隧道沿线的易发岩爆段及岩爆等级进行了初步预测,为后期隧道开挖及支护结构设计提供依据。     

黔西南锦丰金矿地应力测试及分布特征研究

黔西南锦丰金矿矿体最大埋深在900 m以上，随着开采深度的增加，应力环境变得极为复杂，巷道围岩失稳问题日益突显。针对黔西南锦丰金矿开发过程中面临的矿体赋存状态复杂、围岩稳定性差等问题，采用套孔应力解除法对锦丰金矿90 m、150 m中段进行现场地应力测试，获得了测点地应力赋存状态。结合研究区域的具体地质背景和相关实测数据资料，利用有限差分软件进一步分析地应力场影响因素。研究结果表明：90 m、150 m中段地应力场处于中高等应力水平，各测点主应力中有2个倾角较小，接近水平应力，1个倾角较大，接近垂直应力，实测σ_z基本等于上覆岩层重量γH;最大主应力方位角处于187～245°,整体呈NE-SW向，通过分析地应力场与区域地质构造的内在联系，总体可以推断，实测地应力场分布方向与构造应力方向基本一致；地形差异、断层构造及埋深等因素对地应力场分布特征产生一定影响。     

锦屏一级水电站地下厂区非线性地应力场反演

以锦屏一级水电站地下厂区现场工程为依托,提出一种新的地应力场反演方法.该方法考虑了大型结构面对地应力场的影响特征,将含有大型结构面的工程地质模型分区进行处理.首先,在线弹性的状态下,确定边界位移的搜索范围.继而,建立初始应力场拟合优化问题的目标函数,并采用一阶优化算法,有效的避免了繁琐的运算.最后,拟合结果表明精度较好,满足了工程的需要,从而证实了提出的地应力场反演方法的可适用性与正确性.     

小样本数据下三维地应力反演分析

对于地下矿山等工程,初始地应力场的有效获取意义重大,但由于地质情况复杂,实测数据不足等原因,小样本数据下的三维地应力反演分析不易进行。本文在进行现场应力测量的基础上,提出了一种以边界荷载法为基础,结合反向传播神经网络（back propagation neural network,BP）的Flac3D地应力反演改进方法。以建个元高速公路五老峰隧道为示例,首先通过建立反演区域的三维地质模型,通过边界荷载法试算各边界条件的大致范围,再利用BP神经网络的非线性特征建立反演参数与地应力之间的函数关系,最后进行正算反推求解反演最佳边界条件。实测值与反演值进行对比,误差在可接受的范围内,证明了该方法在复杂地质体地应力反演中的可靠性与实用性。     

某深切峡谷地应力场空间分布特征研究

运用三维线弹性有限元软件(3D-σ)模拟了某深切河谷地应力场的形成演化过程，从而得到了研究区的现今地应力场，并对研究区地应力场的空间分布特征进行了分析和讨论，最后提出了地下厂房分析设计的地应力建议值，并对其岩爆可能性进行了评价。     

深部逆断层圆弧形断面诱发煤岩动力灾害的力学分析

为了探索逆断层附近易于发生煤岩动力灾害的力学机制,构建了由构造应力为主导的圆弧形断层面简化力学模型,得到了构造应力以及由其引起附加垂直应力的分布规律,进而建立了断层上盘逆冲滑动临界角度的数学模型。研究表明:水平构造应力与附加垂直应力随着断层倾角的增大而增大,当断层倾角接近90°时,附加垂直应力突然增大且其值数倍高于水平构造应力;基于逆断层滑动的力学分析,理论计算了煤层沿断层逆冲滑动的临界角度,这将对煤岩动力灾害的危险性预测有一定的参考意义。     

地下厂房试验洞的粘弹性反分析

结合某地下厂房试验洞量测资料的分析,研究成层各向异性岩体中洞室工程粘弹性问题的反分析方法。反分析计算时采用分层均质模型,将计算区域内各层岩层分别视为均质各向同性体,初始地应力假设成线性分布。有限元分析中,对倾斜成层的岩层、软弱夹层及断层节理等分别划分了单元,以模拟成层岩体的分布特征及其对洞室工程在受力与变形方面所产生的一些各向异性宏观效应。为使计算过程简化,对离洞室较远的地层按地质资料对材料特性参数赋值,通过弹性反分析计算出地层初始地应力;采用三元件模型,建立围岩粘弹性反分析模型,反演求得试验洞相邻围岩的粘弹性参数值。为工程设计与支护提供了可靠的依据。     

粘弹性位移反分析的边界元法

在有关地下巷道围岩的力学参数及初始地应力的反演问题中,线性逆过程法是求解这一问题的途径之一。本文根据逆过程法的基本原理,导出了以边界元法为基础的粘弹性位移反分析公式,并将其与以有限元法为基础的基本公式作了比较。文末的算例说明了二者之问的差别及各自的适用范围及实用性。     

新疆油田七东1区克下组地应力特征及人工裂缝延伸方向*

新疆油田七东1区克下组在压裂施工过程中,通过微地震监测存在水平裂缝的可能。利用凯瑟尔实验测定该区块水平地应力大小及构造应力系数,建立了该区块组合弹簧模型的地应力计算模型,利用测井资料分析了七东1区地应力分布规律。分析结果表明:七东1区地应力状态存在明显的分界线,分界线大致为东北-西南走向;区块西北部最小水平主应力大于垂直主应力,处于逆断层应力状态;区块东南部最小水平主应力小于垂直主应力,处于正断层应力状态,中间存在走滑断层应力状态过渡带;因此压裂裂缝形态具有明显的区域性分布,即东南部为垂直裂缝,西北部压裂形成水平裂缝。分析结果与水力裂缝形态的分布规律一致。该地区存在水平裂缝的新认识,将对压裂工艺的改进及提高小层动用程度具有重大意义。     

巴什基奇克组地层岩石力学及地应力特征

为深入认识克深地区巴什基奇克组地层岩石力学及地应力特征,以室内力学试验结果及压裂分析结果为依据,采用点-线-面、体逐步递进的技术思路开展研究区岩石力学参数三维空间展布及三维地应力反演分析.研究结果表明:地层弹性模量及抗压强度在分析区域西南角以及南部边缘相对较高,其余大部分区域相对较低.地层泊松比主要分布在区域西南角以及南部边缘泊松比相对较低,其余部分相对较高,弹性模量与抗压强度的分布规律相近,与泊松比分布规律相反.巴什基奇克组地层地应力状态以潜在走滑型为主,垂向主应力分布范围则为130.0～196.0 MPa,水平最大主应力分布范围为160.0～210.0 MPa,水平最小主应力平面分布范围则为110.0～175.0 MPa,断裂带附近主应力的大小变化较大,形成快速的应力变化带.断层下盘应力集中程度大,应力水平高,断层上盘呈现低应力水平,形成显著的低应力区.埋深对最大主应力影响显著,构造高点地应力水平相对较低.巴什基奇克组地层顶面地应力方位以近NS向为主,水平最大主应力方位范围为345°～25°.     

复杂岩体地应力场的随机反演及遗传优化

利用岩体工程量测的变形或应力，考虑量测结果的随机性，提出了复杂岩体初始地应力场的随机反分析模型．在该模型中，采用具有多项式分布的边界荷载来模拟构造应力场，地应力和边界荷载不必符合特定的分布和假定，可以模拟任意分布的复杂初始地应力场；与有限元相结合，采用改进的能全局优化和智能搜索的加速遗传算法反演出边界荷载多项式系数．最后通过工程实例进行了验证分析，表明该方法的有效和可行性．     

岩体初始地应力场对地下洞室围岩变形及应力的影响

基于施工力学的分析方法,建立了地下洞室开挖仿真计算的有限元列式、施工过程中岩体初始地应力场的释放上的卸荷是影响洞室稳定的主要因素,结合工程实例计算,分析了初始地应力场对地下洞室围碉变莆、应力的影响,结果表明,岩体的初始应力场侧向应力分量愈大,洞室侧墙内缩位移愈大而环向压力测有所减小,并使得顶拱沉降位移减小,环向压应力增大。     

地下工程围岩应力分析的极限误差估计

本文提出了用有限元法对地下工程围岩进行应力分析的极限误差的概念,并以圆截面水平巷道为例,导出了极限误差的估计公式,为工程设计提供了可资参考的依据。     

Characteristics and implications of stress state in a gold mine in Ludong area,China

In this study, we obtained information from twenty-one measurement points on the stress magnitudes and orientations of a gold mine in the Ludong area. We used the overcoring technique with an improved hollow inclusion strain gauge and then analyzed the distribution characteristics of the in situ stress field. The results indicate that the stress field is characterized by σ_H > σ_h > σ_v and σ_H > σ_v > σ_h (where σ_H, σ_h, and σ_v are the maximum horizontal, minimum horizontal, and vertical principal stresses, respectively). The regional stress field is dominated by horizontal principal stress. The σ_H, σ_h, and σ_v values show a gradual increasing trend with depth. The σ_H is predominantly oriented in the NWW-SEE or near-EW direction. We also confirmed the correspondence between the measured stress field and the regional geological structure. In addition, based on the measured stress data, we discuss the implications of the in situ stress with respect to fault activity in the mine area.