高地应力深切河谷形变应力场及线路问题初探

为研究高地应力作用下河谷深切卸荷、岩体强风化的地质环境对拟建川藏铁路的影响,利用ABAQUS对高地应力背景场由河流深切卸荷下的河谷形变—应力场特征进行数值模拟研究;考虑到岩体的宏观力学性能受到卸荷回弹变形的影响而急剧减小,利用场变量实现力学参数随卸荷动态变化,对比分析河谷形变—应力场特征;针对印度板块挤压欧亚大陆板块使河谷两岸地应力值存在差异的情况,模拟主、被动盘的差异卸荷。结果表明:自重应力与40 MPa构造应力同时作用下的卸荷回弹值可达仅计自重应力场的3～6倍,出现由陡、缓倾面构成的"X"状共轭结构面,工程开挖下边坡岩体容易沿陡倾面崩塌,沿缓倾面滑移。将卸荷前后岩体偏应力比值k作为评价岩体受到卸荷影响程度的标准,高地应力作用下谷坡水平深度方向的k值介于1.5～2.5,地应力的量值对岩体卸荷程度有很大影响;较之不考虑岩体力学性质劣化情况,岩体塑性区范围将扩展,裂隙向谷坡上部延伸,坡体稳定性进一步下降;高地应力作用的河谷主动岸,坡面塑性区明显存在"X"状潜在滑移面,而被动岸仅有单向缓倾滑移面,主动岸对开挖扰动的抵抗力更低。据此提出相应的灾害预防措施的建议,为拟建进藏道路的区域工程地质选线提供参考。     

一种典型岸坡集中卸荷带发育特征的工程地质研究

在对区域地质背景、构造演化特征及河谷演化历史分析的基础上,对宽阔盆地峡谷岸坡形成的深部拉裂、卸荷带发育分布特征、成因机理进行了研究。结果表明,岸坡集中卸荷带发育的拉裂缝均陡倾坡内或倾坡外,属岸坡卸荷变形的范畴,是在早期区域性垂向卸荷的基础上伴随峡谷岸坡形成过程中应力释放、在原有构造结构面基础上形成的浅表生改造的产物。     

某水库溢洪道边坡变形破坏特征及治理对策研究

通过对边坡变形特征的分析,研究了由粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、炭质页岩互层组成的斜向坡高边坡的变形破坏模式,基于模式分析提出了有针对性的治理措施.在工程地质条件分析的基础上,通过不同部位裂缝、岩体松弛及层间错动现象的分析,认为边坡的变形受层间错动带及陡倾坡外卸荷裂隙控制作用明显,边坡中上部沿层间错动带产生拉应力及剪应力集中,边坡下部软岩产生压缩变形,引起块体向坡外及岩层倾向方向的变形,并通过层面和卸荷裂隙向上传递变形,其变形破坏模式表现为阶梯状蠕滑-拉裂变形.由于边坡下游侧为强风化强卸荷带碎裂结构岩体,存在多条软弱夹层,可产生多处潜在剪出口,因此边坡的治理以削方减载为主,并通过预应力锚索框架控制层间软弱夹层的变形.     

雪峰山隧道原岩应力场和开挖二次应力场特征分析

为了解雪峰山隧道原岩应力场和隧道开挖后围岩的二次应力场分布特点,应用有限元软件建立仿真模型,模拟河谷下蚀和隧道开挖过程.为了验证数值模型的可靠性,对比分析相应位置的现场测试应力和数值模拟应力,并以现场应力测试值对应力边界的应力进行反演分析.研究结果表明:应力数值模拟值和现场测试值较接近,说明所建模型可靠;隧道轴线剖面主应力可分为应力平稳带和浅表生改造影响带;在应力平稳带的硬、软相间部位或断层带附近出现应力分异现象;浅表生改造影响带通常为应力降低区,地形明显变化处可造成应力局部增高;隧道周边的最大主应力出现应力集中;随着与隧道周边的距离增加,最大主应力很快降低;隧道周边未出现拉应力,开挖影响范围为地表至1倍洞径之间.     

高地应力深埋隧道开挖扰动规律

以颗粒离散元理论为基础,建立不同应力场作用下的大尺度深埋隧道模型,从开挖过程中的能量转换规律、应力波传播衰减规律及应力重分布规律等角度研究构造应力场对双线硬岩隧道的影响。结果表明:隧道瞬时开挖后,围岩系统的应变能、动能及耗散能均存在三阶段演化规律。侧压力系数越大,围岩受到的扰动越剧烈;侧压力系数小于1时,拱顶、拱底由于处于应力松弛区,无扰动波产生;拱腰处于应力加载区,卸荷后期会产生同向的第二峰值扰动波;侧压力系数为1时,无明显扰动波产生;侧压力系数大于1时,扰动波产生位置为拱顶、拱底处,且扰动波的方向与卸载波相反;应力卸荷过程可以分为剧烈扰动、卸荷调整以及卸荷完成3个阶段。     

脆弹粘性岩体高边坡稳定的损伤断裂力学机制研究

边坡工程岩体的力学性态与其所处的应力环境、物理环境以及开挖施工卸荷坡邦岩体变形的时空效应等许多因素密切相关．因而，似本文研讨的闪云斜长花岗岩这类脆弹粘性岩体高边坡工程坡邦卸荷带岩体的稳定问题，从损伤、断裂力学的观点言，本质上反映了三方面的力学机制，即：（１）边坡分部开挖引起坡邦岩体的卸荷损伤、断裂效应；（２）二次应力场作用下坡邦岩体产生的损伤、断裂时效变形与蠕变扩容；以及（３）在高地应力区，脆弹粘性岩体因开挖导致与其应变能骤然急剧释放有关的地动力作用．本文结合长江三峡高边坡船闸工程的岩体稳定问题，拟就上述的前两个方面的研究工作进展作一简要论述．     

深切河谷岩体结构的表生改造

岩体结构的表生改造是指河谷下切过程中 ,由于应力释放 ,岸坡岩体将向临空面方向发生卸荷回弹变形 ,谷坡应力场产生新的调整 ,伴随这一过程岩体结构所产生的一系列新的变异或变化。岩体结构的表生改造一般具有两类形式 ,即原有构造或原生结构面的进一步改造 ,或新的表生破裂体系的形成。其结果是在河谷岸坡一定深度范围内 ,形成类似于地下硐室围岩“松动圈”的岸坡卸荷带 ,从而恶化岩体的工程性状 ,降低结构面强度 ,对工程具有明显的影响和作用。该文采用有限元法模拟了某水电站坝区岩体结构的表生改造 ,探讨了地应力在表生改造中的作用 ,分析了表生改造对岩体结构的控制作用 ,为深入研究坝区岩体结构奠定了基础     

露天矿烧变岩高边坡卸荷机理与稳定性研究

烧变岩裂隙发育、富水性强,严重威胁露天矿山采剥安全生产及其边坡稳定。为确定露天矿烧变岩高边坡隔水煤岩柱宽度,以新疆昌吉某露天矿北帮烧变岩高边坡为研究对象,通过构建坡体开挖卸荷的驼峰分布力学模型,将坡体卸荷松弛区域划分为拉裂区和压剪区两部分,分析了边坡后缘拉裂区裂隙的最大扩展深度;以卸荷松弛带宽度表征塑性剪切滑动面位置,推导了弹塑性条件下边坡浅表部破碎带与卸荷松弛带宽度的理论计算公式,进而确定了塑性滑动面位置及形态。结果表明：边坡后缘裂隙临界扩展深度随边坡倾角的增大而增大;卸荷松弛带宽度随岩石强度参数的增大而减小,随岩层埋深的增大而增大;北帮边坡后缘裂隙临界扩展深度为9.42 m,火烧区水位线处卸荷松弛带宽度为6.94 m;坡体潜在滑面安全系数均大于设计评价标准值;确定了北帮烧变岩高边坡的隔水煤岩柱留设安全宽度为36 m,为该矿的安全高效生产提供了技术保障。     

流固耦合作用下节理岩质边坡失稳过程的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope对渗流与应力耦合作用下的软弱互层岩质边坡稳定性进行了数值模拟分析,数值模拟不但直观形象地给出了边坡的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了边坡滑移破坏面的萌生、扩展、贯通以及坡体整体失稳的渐进破坏过程,同时求得安全系数。并与无地下水的稳定性作了比较,结果表明,地下水渗流的作用使坡体位移增大,边坡安全系数减小,明显加大了滑坡范围。对实例的分析说明,RFPA-Slope能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及计算相应的稳定安全系数,本文方法对于边坡,特别是对于复杂边坡的稳定性分析具有实用性。     

有限元在河北平原区构造应力场与地裂缝分布研究中的应用

构造应力是地壳活动和形变的原动力,构造地裂缝实际上是在构造背景所提供的区域构造应力作用下,地壳深部变形引起地表破裂的一种形迹.研究激发构造性地裂缝产生的构造应力场是查明潜在地裂缝危险区的一种间接手段.主要利用前期河北平原区的易县隆尧两处实测资料,通过求解平面应力问题的有限单元法反演河北平原区构造应力场,确定最大主应力集中区,最大剪应力集中区以探索构造地裂缝的潜在危险区.     

垦东凸起“陀螺式”演化与油气成藏

垦东凸起位于郯庐断裂带西缘,具有构造样式多样、油气分布各异的特点.分析其区域应力场,认为郯庐断裂带在新生代右旋走滑及其产生的拉分作用影响下,垦东凸起"陀螺式"的演化过程形成了垦东北部斜坡带、西部主体带和东部斜坡带3个次级构造单元和不同的构造样式及不同的油气输导方式和油气藏类型.北部斜坡带油气呈"立体式"输导,形成构造-岩性油气藏;西部主体带油气呈"网毯式"输导,形成古背景上的岩性油气藏;东部斜坡带油气呈"阶梯式"输导,形成断层-岩性油气藏.     

名山组泥岩顺层边坡原位直剪试验及开挖模拟

为研究川西名山组泥岩顺层边坡在坡脚开挖后的卸荷特征,通过原位直剪试验获取了名山组泥岩的岩体破坏及强度特征,并进一步采用有限元模拟分析了坡脚开挖后顺层边坡的卸荷松动特征。结果表明:名山组泥岩的剪切破坏可分为弹性受荷阶段、裂缝发展阶段和剪切面贯通后阶段;岩体结构面强度显著低于岩石,且强度曲线特征受上覆荷载影响较大;岩石的应变软化特征较结构面更为显著,剪切面贯通后强度急剧衰减,且降幅远高于结构面;坡脚开挖卸荷后,顺层边坡的卸荷松动区主要分布于基覆界面、风化界面和临空面附近的岩层层面处,卸荷深度与切层厚度线性正相关;设计采用的边坡防护方案能有效控制位移及应力,桩前土体开挖时需注意信息化施工。     

现代构造应力场与矿井冲击地压

抚顺老虎台矿是我国发生冲击地压较早、次数较多的矿区之一。文中以地质动力区划方法查明的各级活动断裂为区域构造格架，将老虎台井田简化成由１０条断裂带组成的平面弹性模型，编制了应力计算软件。得出了浑河断裂是一条活动断裂，蠕滑活动是其主要活动方式。它的断裂带及与之平行的Ｆ＿１断层形成的构造应力区对矿区应力状态起主导作用，采动影响是导致该断裂带内构造应力释放、产生冲击地压的诱因的结论。     

露天转地下开采岩体稳定性三维数值模拟

露天转地下开采围岩应力和工程尺度同时影响着地下工程和露天边坡的稳定性.通过三维数值模拟,揭示了露天边坡内地下开采采场周围和边坡的力学环境,探讨了围岩移动变形、应力分布和破坏机理,分析了边坡稳定性状况.研究表明,在扰动边坡下进行地下开采,坡脚处的局部弧形破坏区将进一步恶化,但不会影响边坡的整体稳定性.由于边坡的卸荷作用,导致采场上覆岩层成拱机制减弱,采空区覆岩存在整体垮冒的可能性.     

信阳牢山寨花岗岩岩体节理发育特征及构造应力分析

信阳牢山寨花岗岩岩体位于大别造山带北麓,北淮阳构造带内,属燕山晚期第一次岩浆侵入的产物,主要岩性为中粒二长花岗岩。研究区规划为五岳抽水蓄能电站上水库,明确花岗岩的节理特征及构造应力场对水库的防渗处理和设计施工具有重要的指导意义。本次研究统计分析了库区范围内的351条节理,查明节理的优势方位为NNW-SSE向,倾角均为大倾角,节理面在浅部风化较为强烈,风化程度随深度增加而降低;节理张开度主要是微张—闭合,充填物主要为石英脉、岩屑和泥质,透水性较差。利用共轭剪节理的配套和分期,反演得出研究区构造应力演化史：燕山晚期主应力方向为NEE—SWW,至喜山期主应力方向转变为近E—W向;此两期构造应力与大别山地区构造运动应力方向一致。在喜山期之后,研究区主应力方向转变为NNE—SSW,此为该地区小范围的构造应力场特征。水压致裂法试验测试得出研究区构造应力略大于自重应力,属于低应力场区域。压水试验结果显示,随着深度的增加,岩体透水率降低,但在节理密集段其透水率伴随节理的发育而增大。这表明,研究区近地表中—强风化花岗岩岩体,风化程度高、卸荷严重、节理裂隙发育,岩体较破碎,透水率较大;随着深度的增加,岩体的风化程度降低,卸荷减弱;同时,自重应力和围压的增加迫使岩体节理张开度减小,NNW和近NWW向、填充度小的节理成为深部岩体的主要透水通道。因此,水库设计中应针对该类型节理进行防渗处理。     

基于AMD和爆破荷载耦合作用下的深凹露天矿边坡失稳研究

AMD是化工(金属)矿边坡体破坏的一种特殊方式,与爆炸应力波共同对边坡体产生作用.新桥深凹露天矿边坡岩体的原位剪切试验、点载荷试验、室内模拟AMD作用试验表明:AMD蚀化后的石英砂岩,岩体层面间的抗剪强度和粘聚力减小的幅值约为13.2%～21.3%;层面间内摩擦角减小幅值在5.0%～7.5%之间;AMD一般影响垂直边坡体内部在60～100 m范围内的岩体力学性质.数值分析表明:(1)AMD对边坡体的作用主要集中在弱化区域内,边坡体的底脚和AMD作用中心区域的剪切应力减少了52.0%和64.7%;(2)随着边坡体高度和距离的增加,远场爆炸应力波对边坡扰动幅值的增加趋势明显,边坡顶部和断层部位的响应突出,损伤效应明显;边坡底脚扰动幅值最小,临空面附近台阶的扰动幅值明显大于边坡体内部;(3)AMD与爆破荷载耦合作用后,边坡体内部的应力分布主要呈现出爆炸应力场的特征,AMD影响区域形成了一个剪切应力弱区.台阶顶部最大剪切应力比单一爆炸应力场增加了1.63倍,形成了一个不稳定的弱区.图12,表3,参14.     

琼东南盆地深水区宝岛凹陷3D输导体系评价

为查明宝岛凹陷优势运移通道和运移方向,以钻井和地震资料为基础,采用地震解释、古构造恢复、油气运聚模拟、3D地质建模等技术手段,在宝岛凹陷识别出了4级4组断裂、4套骨架砂体和4条主构造脊,建立了宝岛凹陷烃源岩-输导体系-储层-圈闭空间格架,划分了T型、阶梯型、受限网毯型3种输导体系,南部断阶带和东北断阶带为阶梯型输导体系,松南低凸起和北部斜坡带为受限网毯型输导体系。运移模拟表明南部断阶带、东北断阶带、松南低凸起前排构造带都是优势的运移方向,垂向+侧向运移为主。区带优选表明南部断阶带为最有利区带,具有"近源、断-砂-脊阶梯型输导、海底扇和扇三角洲储集、断块岩性圈闭"配置特征。     

斜坡岩体卸荷分带量化研究

岩体卸荷及卸荷带划分一直是水利水电工程地质研究的重要内容，它是影响坝基建基面选择的主要因素之一。作者在分析国内外岩体卸荷分带研究成果基础上，提出了采用裂隙开度、裂隙条数、纵波速度、透水性系数等作为岩体卸荷分带的量化指标，并采用裂隙开度、裂隙条数、纵波速度对工程区部分平洞岩体进行卸荷带划分，其结果与现场定性划分的卸荷带界线基本一致。岩体卸荷分带量化指标的建立为岩体卸荷带划分的工程实践提供了参考依据。