基于ANSYS的构造应力场模拟分析——以任楼煤矿72煤层为例

为判别井田内主要构造断裂的导水性,利用ANSYS软件,对任楼井田72煤层构造应力场和断层受力状态进行了模拟分析,表明该井田断层导水性受多期构造应力场,尤其是燕山二期构造NEE向主压应力控制,使井田南部F3至F5之间大中型断层及井田北部NE向断层普遍出现淋水现象。     

采矿引起的构造应力场变动与地表开裂的关系

青藏高原的持续隆起,从西南方向挤压中国大陆板块,决定了金川矿区的地应力水平和分布特征,所以构造应力和断层分布,以及采矿扰动,是影响金川矿区稳定性的关键因素。在考虑水平最大构造主应力作用的基础上,建立了平面应变弹塑性有限元模型,用于模拟研究金川二矿区一号矿体在采矿过程中地表附近岩体应力状态的变化过程。模型半定量地给出了地表开裂的力学原因,并对地表裂缝的进一步发展作了预测。模拟得到的地表开裂时间和地表裂缝分布的范围均与实际情况相符。基于此模型,进一步研究了回采1150水平矿柱对矿体稳定性的影响。     

地堑状断层组影响下采动主应力偏转规律研究

为研究地堑状断层组影响下采动诱发应力场偏转规律,以淮南矿区刘庄煤矿地堑状F19断层组为研究对象,模拟分析了地堑状断层组附近采动主应力方向偏转情况,研究了主应力方向与断层面剪应力及剪应力增量的分布规律。研究表明工作面回采时采场围岩内的主应力方向发生偏转,偏转方向趋向垂直断层面;断层面内主应力与断层上盘、下盘主应力偏转相比,断层面内主应力方向偏转角度相对较大,最大偏转角度达到27°25′35″;当主应力方向与断层面交角在45°左右时,断层所受的剪应力增量最小,剪应力相对较大;地堑状F19断层组附近主应力偏转方向趋向垂直断层面,断层面所受剪应力和剪应力增量逐渐减少。     

断层宽度对跨断层隧道错动反应特性影响的数值模拟

为了研究断层宽度对跨断层岩体隧道错动反应特性的影响,利用大型有限元软件ABAQUS,建立了断层错动三维有限元计算模型。在此基础上,以走滑断层为例,对比分析了断层宽度逐渐增大的过程中,跨断层岩体隧道的错动反应特性。计算结果表明:走滑断层错动作用下,衬砌拱腰主要承受拉/压应力,拱顶和拱底主要承受剪应力;拉/压应力峰值出现在变形最为剧烈位置处,剪应力峰值出现在错动盘和断层交界面附近。走滑断层错动对衬砌的影响范围随断层宽度的不同而有所不同:当断层宽度由0逐级增加至20、40 m时,影响范围逐渐增大;当断层宽度由40 m增加至60 m时,影响范围基本不变,说明断层错动对衬砌的影响范围存在一限值。     

冬瓜山铜矿深井开采岩爆危险区分析与预测

根据冬瓜山矿床典型岩石的抗拉试验、全应力应变试验和峰值强度变形状态下的松弛试验结果以及矿床构造、岩性分布,研究了该矿床岩层的岩爆倾向性分布特征,分析了已发生的井巷岩爆特征;采用数值模拟方法,以硐室周边最大切向应力与岩石的抗压强度之比为判别指标,对采场围岩岩爆危险区进行了预测.研究结果表明矿体和矿体上盘岩石具有中等岩爆倾向,矿体下盘岩石具有弱岩爆倾向,它们都属于诱导性的岩爆;岩爆发生于具有岩爆倾向、应力大且能够产生能量突然释放的区域,主要集中于工程的交叉处附近、不同岩层的接触带附近的较坚硬岩体以及采场顶板、矿柱和采场四角的局部区域.     

正断层下盘采动支承压力分布及对上盘的影响分析

采用UDEC数值模拟软件,对正断层下盘工作面推进过程中,断层上、下盘煤层支承压力、顶板垂直应力以及塑性区分布情况进行了研究。由于存在断层地质构造,破坏了岩层的连续性,导致初始应力场发生挠动,在断层局部区域产生附加的构造应力。研究结果表明:在正断层下盘附近形成了低应力区和高应力集中区带,支承压力明显影响范围距断层面约10~30m;断层上盘煤层上支承压力峰值在靠近断层面附近约35m处;当工作面推进至距断层面25m时,保留的煤柱仍然有足够的承受强度,在工作面支架回撤时能够保障回撤安全。     

综放工作面过地堑构造采场围岩状态研究

为掌握综放工作面过地堑构造前后采场围岩状态变化,以34201综放工作面Fs27断层和Fs28为工程背景,采用FLAC3D数值模拟计算方法,计算分析了工作面推过地堑构造前后采场围岩的垂直应力、水平应力、最大主应力、剪应力,可以得出:断层的存在对工作面围岩应力状态影响较大,超前影响距离约为20m左右;断层附近的裂隙带发育高度较大,由拉应力和剪应力共同作用下的裂隙带高度最大可达80m左右,对上覆岩层导水影响较大。针对矿压显现规律与裂隙带发育规律提出过地堑构造的技术措施。     

实心锤头径向锻造压应力分析

为了研究径向锻造工件内部压应力产生的工艺条件,采用DEFORM 3D有限元软件对GFM精锻机SXP-65实心锤头的径向锻造过程进行数值模拟.通过改变压下量和拉打速度得到主要模拟结果为:实心锤头径向锻造锻件心部应力为压应力;当相对压下率和拉打速度小于特定值时,锻件心部受两向压应力;而当相对压下率和拉打速度大于一定的条件时,锻件心部再受轴向压应力,即心部受三向压应力;并得到了不同拉打速度下的相对压下率的参考值,对于制定合理的锻造制度具有参考价值.     

复杂断层对深部岩体原位应力分异与集中的影响

地应力随深度呈线性增长，在深部高应力将成为常态。随着深度的增大地质结构复杂性增加。断层、小裂缝、节理裂隙广泛发育。为了探索断层对地应力的影响及其发生机制，本文在7个超千米钻孔中进行了水压致裂地应力测试，定量确定了断层上下盘、断层间、断层端部、断层交汇处及断层远场的应力。研究了断层位置和属性对应力大小和方向的影响。通过三维数值模拟，阐明了断层附近应力的非均质性，解释了断层对地应力积聚和分异的影响。受区域构造及断层作用影响，地应力大小、方向以及状态在不同位置发生显著的分异。在断层附近，地应力的集中程度和方向变化随断层位置而发生差异；在离断层较远处，地应力大小和方向与区域构造应力一致。利用历史地震动矢量对震源机制解进行了验证。结果表明，断层属性和位置将对应力分异产生显著影响。应力分异由强到弱依次为断层间、断层交汇处、下盘、断层端部及上盘，而方向变化强弱依次为下盘、断层间、断层端部、断层交汇处和上盘，揭示了断层诱发应力累积和方向转变的内在机制。     

用局部逐层去除法测量厚壁圆筒的内部残余应力

采用局部逐层去除法对厚壁圆筒热处理后的残余应力进行测量,拟合得到了圆筒轴向和环向残余应力的分布规律。结果表明,局部逐层去除法能有效地得到厚壁圆筒热处理后内部残余应力的大小及分布;厚壁圆筒热处理后的轴向残余应力在焊缝区域为压应力,内、外表面距离焊缝较远的区域为拉应力,且拉应力的最高值出现在厚壁圆筒接头的外表面热影响区附近,内部为压应力;厚壁圆筒热处理后环向残余应力在焊缝区域为拉应力,峰值出现在圆筒内部靠近内表面一侧,焊缝周围的母材区域为压应力。经过焊后热处理,厚壁圆筒的残余应力总体水平相对较低,环向残余应力和轴向残余应力均降至100MPa以下。     

准噶尔盆地不同期次石炭系断裂特征及分布

石炭系断裂十分发育,断裂样式有逆冲、背冲、对冲断裂类型,断裂平面分布具有明显的分区定向性,断裂主要沿NE—SW向、NWW—NEE向、NEE—SWW向、NW—SE向、近EW向5个方向展布。断裂发育时期特征明显, 各期构造运动对石炭系断裂发育及分布的影响程度有较大差别。现今石炭系断裂应是多期构造运动叠加的产物,在地震剖面上通过分析断裂及其相邻地层所具有的反射特征的差别,根据断裂上下地层的变形特征、厚度变化和断裂切割地层年代的差异来判别断裂发育的时期和持续的时段,将石炭系断裂按发育时期进行分离,再现各个主要构造运动期石炭系断裂的平面分布特征。盆地石炭系断裂按主要发育时期可分为海西期断裂、印支期断裂和燕山期—喜马拉雅期断裂。海西期断裂是石炭系发育的主要断裂,海西期发育的断裂多数在后期又继续活动,仅在海西期发育而后期不再活动的石炭系断裂主要分布在盆地腹部地区;印支期发育而后期不再活动的石炭系断裂主要分布在盆地东北缘地区;仅在燕山期—喜马拉雅期发育的石炭系断裂主要分布在盆地东部地区。     

塔北隆起中西部新近纪末构造应力场数值模拟

根据油田地震资料解释和构造分析,建立了新近纪末塔北隆起中西部平面与剖面地质模型,通过线弹性有限元方法的计算,得出该地区应力场模拟结果。构造应力场模拟结果表明,区域性南北向挤压应力控制了整个塔北隆起中西部新近纪末的构造应力场;研究区内牙哈断裂、轮台断裂、红旗断裂、英买7断裂在新近纪末为压扭性断裂,并具有左行走滑分量,喀拉玉尔滚断裂为右行走滑断裂,羊塔克断裂为纯压性逆冲构造;在区域挤压应力作用下,受主干断裂影响形成的局部构造应力场控制了局部次级构造类型的产生;从剖面应力场模拟结果来看,最大主应力方向在中央断隆区由水平变为倾斜,垂向应力分量变大,是导致压拱构造形成的主要因素。     

塔北隆起中西部新近纪末构造应力场数值模拟

根据油田地震资料解释和构造分析,建立了新近纪末塔北隆起中西部平面与剖面地质模型,通过线弹性有限元方法的计算,得出该地区应力场模拟结果。构造应力场模拟结果表明,区域性南北向挤压应力控制了整个塔北隆起中西部新近纪末的构造应力场;研究区内牙哈断裂、轮台断裂、红旗断裂、英买7断裂在新近纪末为压扭性断裂,并具有左行走滑分量,喀拉玉尔滚断裂为右行走滑断裂,羊塔克断裂为纯压性逆冲构造;在区域挤压应力作用下,受主干断裂影响形成的局部构造应力场控制了局部次级构造类型的产生;从剖面应力场模拟结果来看,最大主应力方向在中央断隆区由水平变为倾斜,垂向应力分量变大,是导致压拱构造形成的主要因素。     

广东恩开断裂带新构造活动特征

恩开断裂带是华南沿海地区重要的断裂带之一,长约160km,由3条大致平行展布的北东向断裂组成,其中苍城—海陵断裂(F₁)、均安断裂(F₂)倾向北西,鹤城—金鸡断裂(F₃)倾向南东。这3条断裂在第三纪主要作张性正断层运动。约在上新世末或第四纪初,断裂带受到北西西—南东东方向的强烈挤压,北东向断裂转为压性活动。然而,约在中更新世开始,挤压力逐渐减弱,加之,华南沿海地区水平挤压力有从南往北减弱的趋势,断裂带南段,挤压力仍足以使断裂上盘逆冲上升,形成逆断层地貌;继续往北,水平挤压力与重力大小相近,两者平衡使断层两盘处于动态稳定之中,差异升降弱;再往北,水平挤压力更弱,重力均衡使断裂再次发生正断层运动。约在晚更新世开始,区内的一系列北西向断裂形成或复活,由于与主压应力方向夹角小,断裂面摩擦力小而比北东向断裂更易发生错动,使北东向断裂多处被切。北西向断裂的活动一方面限制了北东向断裂的平移,另一方面释放了部分应变能,最终使北东向断裂的活动性降低。     

高邮凹陷南断阶西部断裂特征及其成因机制

在断层基本特征及构造演化史分析的基础上,明确了高邮凹陷南断阶西部断裂各断层的发育顺序,并对断层级别进行了划分,结合构造应力场数值模拟法对各级别断层的成因机制进行了探讨.研究表明真①断层早在泰州期便开始发育,真②断层主要形成于戴南期,这2条断层的发育演化受区域伸展及郯庐断裂带影响明显;真①与真②断层之间的三级断层主要形成于阜宁期,其形成发育主要受真①断层派生的古局部构造应力场控制,在黄珏南和许庄地区最小主应力高值区断层发育密集,最小主应力不仅控制了断层的发育位置,还控制了断层的活动强度;剪应力控制了断层的平面展布,左旋剪应力区主要发育近东西走向断层,右旋剪应力区主要发育北东走向断层.     

沁水盆地南部构造负反转、应力机制及油气意义

沁水盆地南部地区古生界高角度张性断裂极为发育,但至今仍未能很好地解释其形成及演化机制。本文依据区域构造演化背景分析、二维地震资料解释、岩石物理力学实验测试、产能数据及应力数值模拟结果,研究其形成机制。结果表明,研究区经历了3期构造旋回、4个构造演化阶段,华北板块整体处于大的挤压背景下,走滑拉分是典型的局部构造特征。负反转作用形成的高角度正断层造成了基底块断差异升降,产生了盆地内垒-堑相间分布的结果,由于地垒块体上升作用造成了石炭-二叠系形成了等厚横弯褶皱。在主生烃期,地层岩石易于发生近垂直的张性破裂,为区域垂直断裂的形成创造了条件。在区域强挤压构造环境下,可形成高角度逆断层;在伸展构造环境下,为构造负反转创造了条件。同时,该破裂型式也表明盆地具有一定的走滑拉分性质。古生界经历了2次构造负反转,分别为燕山中晚期(K1-K2)及喜马拉雅期(E-N)。燕山中晚期负反转的原因为盆地的弱伸展环境、由生烃作用所引发的张性破裂及地层剥蚀所导致的应力降低,该时期构造负反转程度较小。喜马拉雅期负反转的原因为盆地的强伸展环境、强烈的隆升剥蚀所造成的地层应力降低、温度大幅度降低产生的额外应力张量及地层岩石产生的张性应变量,该时期构造负反转程度较大。该区构造负反转对致密气储层的控"圈"、控"运"、控"储"及控"藏"效应明显。     

高邮凹陷南断阶东部阜宁期构造应力场及其对断层的控制作用

在断层级别划分的基础上分析断层的走向变化、组合规律及活动特征,建立地质模型,并确定SE152°~NW 332°为区域应力的加载方向,结合岩石力学试验确定岩石力学参数及加载应力值,采用有限单元法对工区阜宁沉积期构造应力场进行数值模拟,详细分析构造应力对断层的控制作用。结果表明:南断阶东部阜宁沉积期最小主应力均表现为张应力,沿真①断层在许庄地区和竹墩地区的向北凸出位置出现两个最小主应力高值区,断层发育密集;剪应力呈条带状右旋、左旋区域相间展布,右旋最大剪应力和最小主应力控制产生北北东向正断层,左旋最大剪应力和最小主应力控制产生近东西向正断层。     

小康井田煤系地质构造

应用构造地质学原理和方法,阐述了小康井田3组褶皱、5组断层的发育特征和分布规律;从区域构造背景、构造应力场演化揭示了该井田地质构造的形成期次,即先后形成了压性结构面(以褶皱轴面、逆断层面为代表)走向呈北西西、北东东、北北西向的构造系统;分析了后期构造形迹迁就和改造先存构造形迹的力学性质转化,其中,由于断层多期活动的综合效应和构造抬升、应力松弛使绝大部分断层现今表现为正断层;指出走向为北北东向同沉积正断层对原始煤层的发育具有控制作用,其他方向的断层尤其是北北西向或近南北向的断层,主要表现为成煤后对煤层的破坏作用.     

许疃矿井田地质构造特征及其演化规律

基于矿井地质勘探与生产揭露资料,分析许疃矿井地质构造发育特征及其构造演化过程。结果表明：矿井主体褶皱为一走向近南北、向东倾斜的单斜构造,并发育两组轴向为NWW向和近EW向褶曲;断层构造较发育,且逆断层所占比例较大,断层走向主要以NE和NNE向为主,断层平均倾角为50°,高角度断层居多。矿井构造受多期构造运动的叠加,断层相互切割,构造更趋复杂化,对矿井生产有一定影响。