采动影响下逆断层特征参数对断层活化的作用规律

笔者分析了采动影响下断层滑移的主要影响因素,以数值模拟为研究手段,利用FLAC3D建立了逆断层简化模型,分析了不同断层倾角、不同落差及采掘工作面与断层不同距离的断层带附近煤岩体弹性能、断层面正应力与剪应力、断层滑移量的变化规律,从而揭示了采动影响下逆断层特征参数对断层活化的基本作用规律。研究结果表明:上盘或下盘开采,断层带附近煤岩体弹性能集中程度随工作面与断层距离的增大而降低,随断层倾角及落差的增加而增大,但下盘开采对断层带的能量集中程度较上盘高。下盘开采时剪应力较上盘显著增加,但正应力变化较小,易于断层活化。上盘或下盘开采,随工作面与断层距离的增加,断层滑移量减小。上盘开采,随断层倾角增大,断层滑移量增加;随断层落差增大,断层滑移量减小。下盘开采,随断层倾角增大,断层滑移量减小;随断层落差的增大,断层滑移量增加。     

断层产状对围岩稳定性影响的敏感度分析

岩体裂隙及断层破碎带等地质结构面对地下洞室围岩稳定性具有重要的影响,断层破碎带与洞轴线的相对空间位置是一关键因素.以西南某水电站导流洞为工程背景,采用数值模拟手段来研究断层走向及倾角对隧洞围岩稳定的影响.计算结果表明:断层走向越小,倾角越大,洞周围岩的稳定性越好;应加强断层附近洞顶和洞底的支护措施.研究成果可以为类似工程的布置和设计提供理论依据.     

逆断层错动作用下地铁隧道结构损伤分析

以乌鲁木齐地铁隧道穿越西山活动逆断层工程为例,建立三维弹塑性有限元模型.首先模拟分析了逆断层错动作用下隧道二次衬砌塑性应变发展过程,拉压损伤因子、剪切应变的横向及纵向分布规律,计算了混凝土的裂缝宽度;其次研究了不同错动位移、隧道底部距围岩交界面不同垂直距离及不同破碎带宽度的结构损伤规律,最后进行了设置柔性接头的减灾效果研究.结果表明:二次衬砌结构破坏首先出现在拱顶;然后是拱底,最后在拱腰处累积.破裂面附近拱腰处发生拉压剪的共同破坏;远离破裂面上盘拱顶,破碎带拱底处发生受拉破坏;远离破裂面上盘拱底,破碎带拱顶处发生受压破坏.基于混凝土裂缝得到隧道拉裂破坏的严重与轻微受损区分别为10 m和30 m.错动位移越大,结构受损越严重;隧道底部距围岩交界面垂直距离越大,土层越厚,耗散能量越多,结构受损越轻;破碎带宽度越大,隧道破坏越严重,当破碎带宽度达到26 m时,破碎带宽度对隧道的影响基本保持稳定.设置柔性接头可以显著降低结构的损伤,基本满足在设防错动位移下的设计要求.     

考虑界面倾角及分形特性的组合煤岩体强度及破坏机制分析

为深入研究分界面对组合煤岩体力学行为的影响,设计25个不同界面分形维数及倾角的组合体试验模型,运用RFPA软件对其力学特征及破坏机制进行数值试验研究。计算结果分析表明:界面倾角及分形维数对组合体的破坏强度、破裂形式、弹性模量及损伤有明显的影响:随界面倾角增大,破坏强度逐渐降低,组合体的破坏形式由煤样内部剪切破坏逐渐转变为煤样分界面滑移破坏;随界面分形维数的增加,破坏强度与弹性模量均逐渐增大,并且界面倾角越大,界面分形特征对组合煤岩体弹性模量的影响程度越大;随着分形维数的增大,组合煤岩体的损伤值逐渐降低,两者呈上凸形二次曲线的函数关系,且分形维数越大,损伤值降幅也越大。     

断层滑移条件下页岩气井套管变形影响因素分析

目前,中国四川盆地页岩气区水平井多级压裂过程中的套管变形问题日益突出,导致桥塞无法顺利下入,丢段现象突出,严重影响页岩气的高效开发.研究表明,断层滑移剪切套管是造成套管变形失效的主要因素之一,而断层滑移对套管变形量的影响规律有待进一步理清.为研究上述问题,建立了断层界面滑移下的井筒变形数值模型,分析了断层滑移条件下套管变形量及相关影响因素.结果表明:地层滑移量与套管变形量间基本呈线性正关系;断层夹角即滑移界面与井筒的夹角对套管变形量影响明显,当夹角为90°时套管变形量最大;低弹性模量水泥环对套管的保护更为有利;通过优选与井眼相配合的套管尺寸有利于缓解套管变形问题.断层滑移条件下套管变形量的计算模型对于中国页岩气井套管变形问题的缓解可以奠定理论基础.     

准噶尔盆地南部红雁池断层结构特征与垂向输导油气模式

研究准噶尔盆地南部地区断层的结构特征及对油气垂向输导的影响。基于野外调查、地质与地化资料,精细刻画了断层结构;结合油源对比和油源期次分析,确定了红雁池断层结构与油气垂向输导模式。红雁池断层具有滑动破碎带、主动盘诱导裂缝带、被动盘诱导裂缝带等3个结构单元。其中滑动破碎带由各种断层岩组成,裂缝发育但基本全充填;主动盘诱导裂缝带、被动盘诱导裂缝带内裂缝发育,部分充填,原岩结构保留。断层内曾发生4次较大规模的流体活动,油气主要来自断层下伏的中二叠统源岩,大规模油气运移主要发生在第三次流体活动时期。油气运移前,断层滑动破碎带大部分已封闭,主动盘诱导裂缝带是断层垂向输导油气的优势通道,靠近滑动破碎带处是优势部位,被动盘诱导裂缝带是次要通道。     

剪切波沿钢筋纵向入射时钢筋与混凝土间黏结力拟静力解析解

为研究钢筋与混凝土之间黏结应力分布以及黏结应力和滑移量之间关系的理论,基于拟静力假定,从剪切波沿钢筋纵向入射时钢筋混凝土的弹性响应入手,运用线性本构滑移模型及弹性复势方法获得钢筋与混凝土界面滑移量与黏结力的封闭形式解答,并通过算例分析钢筋直径、混凝士动剪切模量、混凝土保护层厚度、箍筋直径及间距对滑移量及黏结力的影响规律.研究结果表明:当选用的钢筋直径越小时,钢筋与混凝土间黏结力越大而滑移越小;当钢筋直径越大时,则恰好相反;当动剪切模量越大时,钢筋与混凝土间黏结力及滑移量都越大,动剪切模量越小,则钢筋与混凝土间黏结力及滑移量越小;当混凝土保护层越厚时,钢筋与混凝土间黏结力越大;当混凝土保护层越薄时,则反之,而滑移量却没有明显变化;箍筋间距对黏结力及滑移量的影响很微弱;箍筋直径越大,黏结力越大,箍筋直径越小,则钢筋与混凝土间黏结力及滑移量越小,而滑移量没有明显变化.所得结果与试验结果相吻合,该封闭形式解答可为钢筋混凝土结构设计提供理论依据.     

断层在东辛浅层油气成藏中的作用

东辛浅层主要有平行状断块、环状一放射状断九、羽状断块、帚状断块四种断块模式。断层的输导性主要受断层级别、断层活动的周期性以及断层产状的控制。二、三级断层向下多断至沙三段烃源岩,向上可断至东营、馆陶组、明化镇组,为主要的控油断层;断层活动周期性控制油气垂向周期性运移;东辛浅层断面形态有同向断层、反向断层、地堑状、地垒状和“丫’型断层。断层的封闭性主要受断层性质、落差大小、断面形态及断层两盘地层接触关系、断面能否形成较大排替压力的低渗带等多种因素控制。可以根据断裂充填物、断移地层的砂泥比值、断层面倾角陡缓、是否存在孔隙流体超压、压力系数的垂向变化、断移地层内垂向地温梯度的变化以及泥岩涂抹分析来综合判断断层的封闭性。     

海拉尔盆地苏德尔特油田布达特潜山油藏成藏规律

海拉尔盆地贝尔断陷中的变质岩潜山油藏规模大,产量高。断裂系统复杂,断层展布方向大致为北东东向,断面宽度大、断距横向变化快。变质岩储层在纵向上可分为:风化破碎带,裂缝、溶孔、溶洞发育带和致密带。油藏成藏规律受烃源岩供烃能力及与储层接触关系、储层自身的储油能力、断层及不整合面垂向、侧向运移油气能力控制。形成了以油气沿断裂和不整合面组合侧向运移的布达特群顶面风化壳聚集成藏模式和油气沿断裂垂向运移的布达特群内部裂缝破碎带聚集成藏的内幕油气藏模式。     

CFRP筋粘结式楔型锚具锚固性能分析

为研究CFRP筋粘结式楔型锚具锚固性能及其影响因素,对12套CFRP筋粘结式楔型锚具进行静载试验,以锚具内倾角和锚固长度为变化参数,获取锚具试件荷载—滑移全过程曲线,推出锚具内部CFRP筋与环氧树脂砂浆界面粘结—滑移本构模型。研究表明:增大锚具内倾角和锚固长度可提高锚具极限荷载,平均粘结强度随锚具内倾角的增大呈增大趋势,临界锚固长度随试件锚具内倾角的增大呈减小趋势,采用回归公式计算的平均粘结强度值与试验实测值比较接近;锚固长度是影响界面粘结剪切刚度的主要因素;锚固长度和锚具内倾角可一定程度提高界面抗滑移能力,损伤发展后期,锚固长度越大,损伤速率越慢;推导出的锚具内CFRP筋与环氧树脂砂浆的粘结—滑移本构关系模型适用性较好。     

特大断面隧道断层段地震响应与断层构造关系

针对特大断面隧道断层破碎带地震响应强烈而导致衬砌结构更易遭受破坏的问题,本文采用FLAC 3D仿真计算软件,通过数值模拟,研究特大断面隧道地震与断层宽度、断层倾角的关系,分析衬砌地震响应规律,确定抗震薄弱位置及抗震设防范围。分析结果表明：断层处的衬砌横断面上的拱腰和拱脚处属于抗震薄弱位置,需要在这些位置处重点进行设防;断层上盘位置对地震响应更明显,应加强这些位置上隧道衬砌的抗减震措施;地震时,小倾角,大宽度的断层构造对特大断面隧道的影响大。在本文研究的断层构造范围内,特大断面隧道的抗震设防区域选取应为：断层及断层交界面前后各取25~30m的区域。这些结果可为地震区的特大断面隧道设计建设提供参考。     

古水水电站争岗堆积体滑坡复活条件分析

针对古水水电站争岗堆积体目前处于稳定状态,在降雨、地震等不利条件下可能发生滑坡以至于威胁下游洞室群出口安全的问题,在地质勘查的基础上,选取典型剖面进行地质特性分析,并建立合理的颗粒离散元模型,进行不同工况量变条件下的滑坡复活数值模拟。结果表明:滑面倾角急剧增大和断层发育处容易产生裂隙,且影响着滑坡启滑位置;滑面平均作用3 m水头时堆积体出现蠕滑,5 m水头时三期滑坡复活;当地震强度达到0.3g时,一级平台堆积体开始滑动,形成三期滑坡。     

Earthquake slip weakening and asperities explained by thermal pressurization

An earthquake occurs when a fault weakens during the early portion of its slip at a faster rate than the release of tectonic stress driving the fault motion. This slip weakening occurs over a critical distance, D(c). Understanding the controls on D(c) in nature is severely limited, however, because the physical mechanism of weakening is unconstrained. Conventional friction experiments, typically conducted at slow slip rates and small displacements, have obtained D(c) values that are orders of magnitude lower than values estimated from modelling seismological data for natural earthquakes. Here we present data on fluid transport properties of slip zone rocks and on the slip zone width in the centre of the Median Tectonic Line fault zone, Japan. We show that the discrepancy between laboratory and seismological results can be resolved if thermal pressurization of the pore fluid is the slip-weakening mechanism. Our analysis indicates that a planar fault segment with an impermeable and narrow slip zone will become very unstable during slip and is likely to be the site of a seismic asperity.     

南阳凹陷边界断层三维几何学及运动学特征

新野断层位于南襄盆地南阳凹陷南部的控凹边界断裂,研究其三维几何学和运动学特征对分析南阳凹陷的形成演化至关重要。以2/3D地震、钻井及测井资料为基础,以正断层相关褶皱理论和构造复原理论为指导,深入剖析新野断层的三维几何学和运动学特征及其对凹陷形成的控制作用。根据断层平面走向,结合倾角和断距变化,将新野断层分为西、中、东3段;空间上认为,新野断层是由多个等倾角面构成的复杂曲面,通过两个垂向轴面和4个横向轴面,将新野断层断面分为11个等倾角区。根据平衡地质剖面复原结果对比,认为新野断层西段、东段形成于晚白垩世,中段形成于始新世大仓房期并逐渐与西段、东段硬连接形成一条断层;断层及其上盘地层旋转程度自西向东逐渐增强;断层反转强度自西向东亦逐渐变大。新野断层西段为"座椅式"正断层,中段由"转折式"正断层转"犁式"正断层,东段为"犁式"正断层。沿断层走向的差异沉降和断面形态差异是南阳凹陷构造特征及形成演化的重要控制因素。     

软弱节理面对于岩石三轴抗压强度的影响研究

利用数值模拟软件,构建了岩石三轴抗压强度试验数值模型。基于应变软化模型,分析研究了结构面不同倾角、条数及侧限围压对于岩石试件三轴抗压强度的影响。结果表明:(1)岩石试件中所含节理面倾角不同时,岩石破坏模式不同。节理面对于岩石强度及变形的控制作用与节理面产状相关;(2)随着岩石中节理条数的逐渐增加,岩石抗压强度相应降低,但对于节理控制型岩石,其主要破坏模式仍以节理面上下部分相对滑移破坏为主;(3)随着围压强度的逐渐增加,含节理面岩石抗压强度逐渐增加,但增加幅值与节理面控制作用大小相关。     

顺倾软岩边坡稳定性分析与防治

 为了对露天矿顺倾软岩边坡稳定性进行科学的评价,以大唐胜利东二号露天矿为工程背景,基于岩体结构控制论、极限平衡理论,研究边坡煤岩体内赋存的顺倾弱层和大断层对软岩边坡的稳定性影响。通过对监测数据的整理分析,并应用自行研发的极限平衡软件定量分析了采场南帮边坡的滑坡模式、滑坡机制。结果表明,现状边坡由西向东稳定性下降,并且存在顺倾弱层,揭露的弱层若受到断层切割作用时,易发生平面楔形滑动;若未受到断层的切割作用时,易发生以弱层为底界面的切层-顺层滑动。采场南帮边坡潜在滑坡模式是以6煤层底板附近的顺倾弱层为底部界面的平面楔形滑动;F68断层是滑移体的侧边界,断层下盘相对稳定。     

断层封闭性定量表征及对油气富集的控制作用

为了厘清LD21油田东盘3个断块平面上、垂向上油气差异富集的原因,从断层封闭的机理入手,建立了工区的埋深泥质体积分数排替压力关系图版,求取了断层岩和储层的泥质体积分数;剖析了压实成岩压力和压实成岩时间对断层岩排替压力的影响,通过计算断-储排替压力差,定量评价了断层的封闭能力;预测了不同油组断层所能封闭的最大油气柱高度,与工区实钻井各油组油气柱高度吻合度高,平均误差9.5%,证实了此断层封闭能力定量评价方法的可行性,最终明确了平面上、垂向上油气差异富集的原因。此外,采用正交试验设计的方法对优选的影响断层岩排替压力因素进行了定量评价,给出了断层埋深、泥质体积分数、断层倾角和作用时间比四因素的显著性排序。     

螺旋油楔轴瓦界面滑移现象分析

针对螺旋油楔滑动轴承非金属材料轴瓦的界面滑移现象,基于极限剪应力模型得到轴瓦表面考虑周向和轴向滑移的数学模型,并运用有限差分法,研究了界面滑移对二维螺旋油楔滑动轴承周向压力、滑移速度、承载力、端泄量和摩擦阻力的影响.结果表明:考虑界面滑移时,螺旋油楔滑动轴承的周向压力、承载力和摩擦阻力有所降低,端泄量有所提高;偏心率的提高使初始极限剪应力临界值有所增加,即轴瓦表面更加不易发生界面滑移;螺旋角的提高对初始极限剪应力临界值的影响不大;滑移首先发生在封油面区域.     

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。