复杂断块地应力场数值模拟方法研究
地应力计算模式
（3-37）
该 模式认 为地下岩层的地应力主要由 上覆 岩层 压 力和 水平 方向 的构造应力 产生，在同一断块内，系数β1、β2 为常数，即构造应力与垂向有效应力成正比。 该模式考虑了构造应力的影响，可以解释在我国更常见的三向应力不等且最 大水平应力大于垂向应力的现象，但该模式没有考虑岩石刚性对水平地应力的影 响，对不同岩性岩石中的地应力的差别考虑不充分。
V
α T E∆T 1 −ν
1− ν
④孔隙压力的贡献： 1 − 2 ν α P P ⑤地层剥蚀的影响：△ σ h 和△ σ H 式中：σV、σh、σH 分别为垂向应力、最小水平应力和最大水平应力；ν、 E、αT、α分别为地层岩石的泊松比、杨氏模量、热膨胀系数和有效应力系数； H、Pp、ΔT 分别为地层的深度、计算深度处的地层孔隙压力和地层温度的改变； g、h、ρ分别为重力加速度、深度变量和地层密度；Kh、KH 分别为最小水平地 应力、最大水平地应力方向的构造应力系数，在同一断块内可视为常数；Δσh、 ΔσH 分别为考虑地层剥蚀的最小和最大水平地应力附加量，在同一断块内可视 为常数。 该模式有如下几个特点： （1）考虑因素比较全面。包括了上覆岩层重量、地层孔隙压力、地层岩石 的泊松比和杨氏模量、地层温度变化、构造应力对水平地应力的影响。 （2）适用范围广，适用于三向地应力不等的地区。而且，不但适用于水力 压裂裂缝为垂直裂缝的情况，也适用于水力压裂裂缝为水平裂缝的情况。 （3）模式中各参数物理含义明确，并有一定的理论基础。 （4）比较符合地应力分布规律：
当不考虑地层温度变化时，模式变得很简单∶
H σ V = ∫0 ρ ( h) gdh ν 垂直裂缝∶ + β 1 G〕 (σ v − αPp ) （ σ h = 1 −ν ν σ H = （ + β 2 G〕 (σ v − αPp ) 1 −ν
复杂断块油藏地质建模难点及对策
井 砂体 分 布位置 与模 型 中不 一致 ，储 层参 数数 值 差别
较大 ， 则 说 明模 型效 果不 理想 ， 需结 合 新井 资料 对 模 型
进 行修 正 。
பைடு நூலகம்
『 ｌ １ ］张 广 明 ， 熊春 明 ， 刘合 ， 等． 复 杂 断 块 地 应 力 场 数 值 模 拟 方 法 研 究
［ Ｊ ］ ． 断块油气田 ， ２ ０ １ １ ， １ ８ （ ６ ） ： ７ １ ０ － ７ １ ３ ．
［ ８ ］ 高喜龙． 胜 坨 油 田 三 区东 营组 三 段 储 层 特 征 及 分 类评 价 ［ Ｊ ］ ． 断块 油
气田 ， ２ ０ １ ｌ ， １ ８ （ ２ ） ： １ ９ ５ — １ ９ ８ ．
［ ９ ］ 陈培 元 ， 姜楠 ， 杨辉廷 ， 等． 由 两 点 到 多 点 的 地 质 统 计 学 储 层 建 模
［ Ｊ ］ ． 断块 油 气 田 ， ２ ０ １ ２ ， １ ９ （ ５ ） ： ５ ９ ６ — ５ ９ ９ ． ［ １ ０］曲 良超 ， 卞 昌蓉 ． 井 震 结 合 断 层 建 模 技 术 在 复 杂 断 块 中 的应 用 ［ Ｊ ］ ． 断块油气田 ， ２ ０ １ ２ ， １ ９ （ ４ ） ： ４ ２ ６ — ４ ２ ９ ．
确性 。
于 目前 的建 模软 件及 其建 模 流程算 法 ，均 是在 构造 网
格 确定 的基 础上 进行 的相 及 属性建 模 ，构 造 的改 动必 将 引起 网格 的重 新划 分及 变 动 ，由此 造成 相及 属 性模
拟 的重 复 。所 以 ， 在 构造 建模 过程 中 ， 建模 与验 证 须 同
［ １ ２ ］周 炜 ， 唐仲华 ， 温静 ， 等． 应 用 数 值 模 拟 技 术 研 究 剩 余 油 分 布 规 律 ［ Ｊ ］ ． 断块油气 田， ２ ０ １ ０ ， １ ７ （ ３ ） ： ３ ２ ５ — ３ ２ ９ ．
碾压混凝土层面I型断裂的试验与数值模拟研究
(11) 这样由式
（6）可计算得到由混凝土粘聚力引起的临界裂缝长度处的应力强度因子
K
c IC
，将其代入式
（5）中可得到混凝土的起裂断裂韧度
K
ini IC
。
(2) 碾压混凝土层面及本体的双K断裂参数的计算
由于本文将碾压混凝土与层面作为一个整体，从宏观的角度加以分析考虑。因此，对于
碾压混凝土层面及本体的双K断裂参数的计算方法与普通混凝土的计算方法完全相同，即可 以采用上面的公式计算，对于利用裂缝两侧应变变化测得的起裂荷载，可将其代入式（1） 中计算得到通过实测得到的碾压混凝土层面的起裂断裂韧度。
E-mail：h_zhq@
摘 要：碾压混凝土软弱层面的断裂破坏是高碾压混凝土坝稳定性研究的一个重要的方面。 通过七种工况的碾压混凝土层面的I型断裂试验，得出相应的I型断裂参数，并利用MFPA2D 系统，从细观的角度对碾压混凝土层面I型断裂过程进行数值模拟。数值模拟结果与试验结 果吻和良好，从试验和数值模拟两个方面，分析比较了不同工况层面的I型断裂参数和破坏 形态的差异。研究表明，在层面处理的工况中，对于下层碾压混凝土终凝后施工缝或冷缝的 处理，所形成的层面的断裂参数最大，其断裂路径曲折，断裂面凹凸不平，这种层面处理方 式最为有效。而且无论哪一种层面的处理方式，其层面裂缝均在下层混凝土层面、粘结面及 下层混凝土层面粘结面之间处扩展破坏，因此在碾压混凝土坝施工中，要尽量避免或减少对 下层混凝土层面的过多扰动。 关键词：碾压混凝土坝，层面，断裂力学，数值模拟 中图分类号：TV642.2
裂缝尖端的应力强度因子按以下公式计算：
-3-
KI
=
Ph th
⋅ F (α )
(0.2 ≤ α ≤ 0.8)
06地应力测量及计算
分层地应力：是指按地层分层分别给出不同层位的地应力值，非常重
要的是给出相邻地层的应力差。 地应力场：地应力在空间的分布情况。
4
6.1 概述
二、地应力的分类
1971年加拿大第七届岩石力学讨论会上，对地应力从矿山应用的角度进行了分类
5
6.1 概述
三、地应力的描述方法 由于岩石经历了漫长的地质时期，并经受了多次复杂的 构造运动（structural movement ），使得岩石的原地应 力状态变得十分复杂。 为满足工程需要，一般认为原地应力状态由上覆岩层压 力 （ overburden pressure ） 和 两 个 水 平 方 向 的 主 应 力 （principal stress ）组成。
18
6.2 地应力的成因及分布特点
二 ）断层对地应力的影响
断层的形成是地层在地应力作用下发生破裂和滑动的结果，在一定的 应力场作用下，所形成的断层类型是基本固定的。 假定：断层所在地点的主应力方向之一是垂直的；在断层形成之前， 岩石是完整的，产生断层的岩石破裂过程遵循库伦准则，则可以由断层类 型推断三向地应力的相对大小。 正 断 层：垂向应力是最大主应力 1 ，断层走向即为中等主应力 2 的方向。 逆 断 层：垂向应力是最小主应力 ，断层走向为中等主应力 3 2 的方向 走向滑动断层：垂向应力是中等主应力 2 ，断层走向与最大(水平) 主应力方向交角小于45°
11
6.2 地应力的成因及分布特点
构造应力的作用效果
高构造应力环境
12
6.2 地应力的成因及分布特点
图6-3b
构造应力的作用效果
高构造应力环境
13
6.2 地应力的成因及分布特点
三、裂隙组及不连续面 裂隙的存在影响着介质中应力的平衡状态，使得岩体的 应力分布变得更加复杂。
地应力计算
6.2 地应力的成因及分布特点
当然，仅对正在发生断裂或发生过微断裂的地区，滑移方向与主应力 方向才有这种简单的关系。 在统一的构造应力场作用下，引起平面上地应力方位变化的主要原因
是地层力学性质的非均匀性，其中断层的存在影响最大。
1 、平均来看，断层上的绝对应力值比外围地层低。 岩体断裂本质是一种能量耗散和应力重新分布的过程，水平主应力和 最大水平剪应力随离断层距离的增加而增加，断层上的绝对应力值比外围 地层低。 2 、断层周围产生应力集中，使断层附加应力分布发生较大改变。 每条断层不仅影响各自周围的应力分布，而且彼此还互相影响。断层
第6章 地应力测量及计算
6.1 概述 6.1 地应力的成因及分布特点
6.2 地应力的测量
6.3 地应力场的模拟计算
6.4 孔隙压力的变化对对地应力的影响
6.5 油田开发动态应力场的模拟方法
1
6.1 概 述
一、基本概念
原地应力(in site stresses )：指钻井（drilling ）、油气开采
6.2 地应力的成因及分布特点
地应力是在漫长的地质历史时期形成的，其影响因素较多，分布规 律比较复杂。在我国，依据已积累的资料，对油田地应力的分布规律有 以下认识。
一）地质构造对地应力的影响
1 、局部应力场与区域构造应力场的关系
中国大陆板块受到外部两个板块的推挤，即印度板块每年以5cm的速
度推挤和太平洋板块每年以数厘米的速度推挤，同时受到西伯利亚和菲 律宾板块的约束。在这样的边界条件下，板块发生变形。据陈宗基的分
汇交的方式对断层周围的应力有较大影响，断层汇而不交的地区和端点附
近尤其是汇而不交的区域应力值较高，同时应力的大小及方向变化较大。
复杂工程地质体地应力场智能反演
复杂工程地质体地应力场智能反演杨志强;高谦;翟淑花;杨啸【摘要】地应力是地质构造和自重共同作用在地质体内形成的原始应力，是影响工程稳定性和灾变失稳的重要因素．由于受漫长的地质构造作用和地质演化，地应力场随时间和空间变化，由此使准确反演地应力场造成困难．以金川矿区为工程背景，借助地应力测量结果，开展工程地质体的地应力场反演研究．首先，建立矿区工程地质体三维数值模型，并采用正交数值分析和遗传规划算法，建立地应力与岩体参数和侧压系数的函数关系；然后，根据实测的地应力值与计算的地应力值之差平方和最小为优化目标，建立工程地质体的地应力场反演优化模型．采用遗传算法求解，获得矿区岩体参数和侧压系数；最后，将其代入数值模型进行正分析由此获得初始地应力场．通过4个测点地应力测量值与反演值对比分析可知，反演地应力的最大误差为16％，最小误差仅为0．62％．研究结果表明，地应力智能反演方法可用于复杂工程地质体的地应力场反演，且获得的地应力场满足地质工程分析所需要的精度．%The in⁃situ stress is the original stress in the geological body forming from the geological structure and gravity. It is an important factor which influences the stability and instability of the geological engineering. Due to the long geological tectonic setting and geological evolution, the in⁃situ stress field is a function of time and space, thus it is very difficulty for us to make accurate inversion the in⁃situ stress field. Taking Jinchuan mine as the engineering background and with the aid of in⁃situ stress measurement in Jinchuan mine, the in⁃situ stress field was inverted. First the 3D numerical mode of geological engineering body in Jinchuan mine was established, and the relation between in⁃situ stress androck mass parameters and coefficients of horizontal pressure was obtained by orthogonal numerical analysis and genetic programming ( GP ) . Then the optimization mode was established which takes the sum of squares of differences between the measured initial stress and calculation initial stress up to the minimum value as the objective function. The rock masses parameters and coefficients of horizontal pressure would been obtained by solving the optimization model using genetic algorithm. Finally, the initial stress field can be obtained when the 3D numerical analysis is carried out again by inputting the parameters of rock masses and coefficients of horizontal pressure. Based on comparing inverting in⁃situ stress with the measured values for the 4 gauging points, the maximum and minimum error of the principal stress is 16% and 0.62% respectively. The results show that the method of intelligent inversion of in⁃situ stress field can be applied for complicated geological engineering body to simulate in⁃situ stress field and the accuracy meets the engineering demand.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2016(048)004【总页数】7页(P154-160)【关键词】工程地质体;地应力场;智能反演;FLAC3D;遗传算法【作者】杨志强;高谦;翟淑花;杨啸【作者单位】金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京科技大学，100083 北京; 金川集团股份有限公司，737104 甘肃金昌;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京科技大学，100083 北京;北京地质研究所，100120 北京;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京科技大学，100083 北京【正文语种】中文【中图分类】TU431地应力是存在于地层中的天然应力，是导致工程变形破坏和地质灾害的内动力，是地下工程稳定性分析和灾害防控必须考虑的重要因素之一[1-5].由于地质体在漫长的地质构造运动中经历多次地质作用和改造演化，在地层内封存不同时期的残余应力，因此地质构造类型、作用程度和方向不同，导致地应力场的大小和方向存在时间和空间的变异性.由此给工程岩体的地应力场反演带来极大困难，一直是岩土工程稳定性分析长期研究而未能解决的技术难题，是地质工程研究的课题之一.20世纪80年代首次提出黏弹性位移反分析法，根据围岩变形监测信息和理论分析方法进行岩体参数和地应力反演.但黏弹塑性位移反分析存在的多解问题一直未能得到很好解决[6].随着人工智能的发展，基于神经网络与数值分析方法相结合的地应力反演研究取得进展，但该种地应力反演仅仅将有限的地应力测量样本进行外延和非线性回归，仍难以解决复杂工程地质体的真实地应力场反演问题[7-13].地应力现场测量是获得地应力的重要手段之一，通常根据工程范围、重要性以及复杂程度，开展有限的地应力测量工作，并在此基础上进行统计回归分析，由此获得研究范围内的地质体主应力大小和方向[14-19].但由于受时间和经费限制，大部分工程地应力测量不仅数量有限，且受测量手段以及复杂因素影响，通常获得地应力测试结果存在很大程度的离散性，由此给地应力研究和工程应用带来很多困难，直接影响地质工程稳定性的定量分析及工程优化设计.研究发现，目前地质体地应力研究大多集中于有限地质体的统计回归和宏观规律.换句话说，通过有限个地应力测量或结合地质构造形迹分析，给出表征有限范围内的地质体中的地应力特征(侧压系数和主应力方向).众所周知，复杂地质体经历多次地质构造运动，在地质体内封存不同时期的构造应力，导致地应力场存在很大的变异性.以致实测的有限地应力信息难以真实表征实际地应力.近年来考虑到工程地应力特征的复杂性，结合地质构造形迹以及围岩变形破坏特征进行地应力场识别，是目前复杂地质体地应力研究的发展动向[20-23]，但该种方法还局限于定性分析.本文将利用有限个典型和可靠的地应力测量结果，采用数值分析与遗传规划相结合，建立地质体的岩体参数和侧压系数的优化数值模型，直接反演复杂地质体的地应力场，而不是通过求得有限地质体的侧压系数和主应力方向来表征地应力特征.该方法能够考虑复杂地质体的地应力场所固有的空间变异性，根据工程岩体的岩性进行地应力场分区反演.由此获得工程岩体的地应力场能够与工程岩体数值分析实现无缝连接，从而提高数值分析方法在地质工程中应用的实用性与可靠性.1.1 地应力现场测量采用地应力测量技术，获得工程地质体内的n 个地应力测点的地应力测量值为式中：σi为地应力测量值；T为地应力测点的空间位置坐标；T为地应力3个主应力和主应力方向.1.2 地应力影响函数建立地质体中的地应力是在地质构造作用过程中，封存于岩体中的残余应力，与区域构造应力和岩体特性密切相关.因此根据实测的n个地应力的测点位置(X={xi，yi，zi}T)，采用正交数值分析，建立地应力测点位置处的地应力与岩体参数和侧压系数的影响函数.具体实施步骤如下.1)建立三维数值分析模型.根据地质体的岩性和区域地应力构造特征，首先对地质体进行分区，然后利用三维数值分析系统(例如FLAC3D)，建立包含n个地应力测点的工程地质体三维数值模型.2)正交数值分析设计.考虑地应力赋存条件与构造状态，选择影响地应力特征的因素和水平.考虑到地应力通常赋存于未受工程影响的原岩中，其岩体力学性质基本上处于弹性状态，因此根据工程地质分区，选择不同分区的岩体密度γi、弹性模量Ei和泊松比μi,i=1，m(其中m为工程地质体分区数)以及水平方向的侧压系数λ1、λ2作为地应力分布特征的影响因素；借助工程经验或岩体分类，分别给出各个分区岩体的力学参数和地应力参数的变化范围，由此确定地应力影响因素的设计水平.在此基础上，采用正交设计表进行三维正交数值分析的方案设计.3)三维正交数值分析.根据正交数值分析方案，逐一进行地质工程体的三维数值分析.根据每一计算方案和地应力测点的位置坐标X={xi，yi，zi}T，提取n个测点的地应力计算值T，i=1，n(其中n为工程地质体地应力测点数).1.3 建立地应力影响函数以正交数值分析方案中的岩体参数和侧压系数作为自变量，以提取的地应力计算值作为因变量进行统计回归或智能分析，建立地应力与岩体参数和侧压系数之间的函数关系为式中：ki为第i个地应力测点的第k个主应力，gi(·)为第i个地应力测点的第k个主应力函数.1.4 建立地应力场反演优化模型1)建立地应力场反演目标函数.以n个测点的地应力测量值σi与对应的计算值ki之差的平方和达到最小值为优化目标，建立工程地质体地应力场反演优化模型为2)确定地应力场反演优化模型的约束条件.根据工程地质体的不同分区岩体参数和侧压系数的范围，确定工程地质体地应力场反演优化模型的约束条件为:式中：γi、Ei分别为工程地质体第i 个分区的岩体密度和弹性模量；λ1、λ2 分别为三维数值模型的两个水平方向的侧压系数；γi1，γi2分别为第i 个分区的岩体密度上、下限；Ei1，Ei2分别为第i 个分区的岩体弹性模量上、下限.1.5 工程地质体地应力场反演优化模型求解考虑到地应力场反演优化目标函数属于高度非线性函数，因此采用遗传算法对由式(1)和式(2)确定的优化模型进行求解，由此获得与原岩地应力场所对应的不同分区地质体的岩体参数和侧压系数.1.6 工程地质体的地应力场反演将求解的工程地质体岩体参数和侧压系数，代入三维数值分析模型进行正分析，由此获得的应力场即为工程地质体初始地应力场.为阐述基于有限个地应力测量值进行工程地质体地应力场反演方法，以金川矿区为工程背景进行实例分析.金川镍矿是世界上著名的多金属共生大型硫化铜镍矿床，位于我国甘肃省河西走廊龙首山下长约6.5 km和宽约500 m的范围内，已探明矿石储量5.2×108 t，镍金属储量5.5×106 t，列世界同类矿床第3位.金川铜镍矿床地质构造特征主要表现以下两个方面.1)金川矿区是一座典型的高地应力矿区，表现在矿体埋藏深，自重应力大，近似水平方向的构造应力最高达到50 MPa，即水平应力是垂直应力的1.69～2.27倍. 2)金川矿床赋存于海西期含矿超基性岩体中，上盘围岩为二辉橄榄岩，下盘围岩主要为大理岩和二辉橄榄岩.矿区内断裂构造极其发育，F16、F15、F26等断层对矿岩条件产生剧烈影响，使矿岩异常破碎，表现出岩石强度高而岩体稳定性差的特征，由此给采矿方法选择和采场地压控制带来不利影响.为优化采矿设计和实现对采场地压优化控制，金川镍矿开展了不同阶段的地应力测量，获得大量的地应力测量结果[24].根据金川龙首矿和二矿区地应力测量结果，建立包含两个矿区工程地质岩体的三维数值分析模型，进行金川矿区地应力场反演,如图1所示.2.1 金川矿区地应力测量根据金川矿区地应力测点位置、埋深、岩性以及地应力测量结果[24]，选择表1中9个地应力测试数据，用于金川矿区地应力反演.其中前5个数据用于建立优化模型，后4个数据用于检验地应力场反演结果.2.2 建立金川矿区地应力影响函数2.2.1 建立金川矿区工程地质体数值分析模型为了建立金川矿区地应力影响函数，首先建立金川矿区工程地质体三维数值模型.三维数值模型坐标系统为：水平面指向东为x坐标，指向北为y坐标，垂直向上为z坐标(见图1).2.2.2 工程地质体分区与岩体参数选择考虑到矿岩体物理力学性质存在显著差异，根据力学特性划分成矿体和岩体两个分区，分别采用γ1，E1，μ1和γ2，E2，μ2表示矿岩体密度、弹性模量和泊松比.根据金川矿区已开展工程地质研究，确定矿岩体密度分别为2.8～3.6 t/m3和2.4～2.8 t/m3.矿岩体弹性模量分别为20～34 GPa 和6～20 GPa；矿岩体泊松比分别为0.20～0.24和0.20～0.26.根据金川矿区地应力实测结果，确定金川矿区x、y水平方向的侧压系数分别为0.5～1.2和1.1～1.5.2.2.3 地应力影响因素和试验水平及正交数值分析选择矿体和岩体参数γ1，E1，μ1 ，γ2，E2，μ2 和矿区侧压系数λ1、λ2共8个因素和两个水平进行金川矿区地应力场反演.表2给出了8因素2水平地应力场反演三维正交数值分析的因素与水平，表3给出了金川矿区地应力场反演三维正交数值分析的计算方案.2.2.4 金川矿区地应力测点地应力数值分析结果根据图1所示的金川矿区三维数值分析模型和表3的正交数值计算方案进行12次数值分析.在每次计算结果中提取三维数值分析模型的地应力测点处的地应力计算值，由此获得如表4所示的矿区地应力各测点处的3个主应力大小和主应力方向.2.2.5 建立地应力测点处的地应力影响函数根据表3正交数值计算方案和表4地应力测点对应的地应力计算结果，采用遗传规划建立第j个地应力测点(j=1,5)地应力与原岩参数(密度γ、弹性模量E、泊松比μ)及侧压系数λ1和λ2之间的函数关系为ji=fij(γ1,E1,μ1,γ2,E2,μ2λ1,λ2),其中，分别为三维数值模型中第j个地应力测点的第i主应力的计算值；fij(i=1,3;j=1,3)分别为三维模型中第j个地应力测点的主应力与岩体参数和侧压系数的函数.由于地应力函数具有高度非线性，因此采用遗传规划中的最佳遗传树表征，由此获得5个地应力测点处的3个主应力的函数表达式.本文仅给出图2所示的测点1处的第1主应力的最佳遗传树结构图，该点的地应力函数表达式为，mydivide(x7，minus(x4，mydivide(mydivide(x7，x5)，plus(x6，ex3)))))，plus(x2，times(x2，mydivide(minus(x8，times(plus(x6，x6)，minus(x5，x3)))，mydivide(mydivide(x5，x7)，x7))))))，minus(mydivide(times(mydivide(minus(plus(x7，x8)，plus(x7，plus(times(x2，x7)，x2)))，x8)，x3)，mydivide(x1，x7))，plus(mydivide (mydivide(x7，ex8)，plus(x6，x2))，mydivide(minus(x2，x8)，x4)))).式中：xi(i=1,8)分别为矿体参数γ1,E1,μ1、岩体系数γ2,E2,μ2和侧压系数λ1,λ2.2.3 金川矿区地应力场智能反演优化模型基于金川矿区地质体中5个地应力测点处的地应力函数与实测地应力值之差的平方和最小为优化目标，由此建立矿区地应力场反演优化模型.2.3.1 金川矿区地应力场反演目标函数根据金川矿区地应力的遗传规划函数关系，建立地应力场智能反演目标函数为((x8-x2x7-x2)/x8x3/x1x7-x7/ex8/(x6+x2)-(x2-x8)/x4-25.8)2+((x6+(x6+x1)x7)x7+x7/x3)/x4))/exp(ex1)+x7/x2+x1)+x7/x3+(x7/x3+ex5+x7)/ex5/exp(ex1)+e(x 8-x6x3)+ex7+x7/x6-7.5)2+(x3-x7+x8((x4+x8/x3(x4/x3-x3+x4)/x2)/(x7+x3)+x8((x3+x8(x8/x3(x4/x3+x8)/x2+(exp((x4+x1)/x8/x4)+1/x5)+x4))+x2-24.9)2+(x2+(x1/x8/x6+6x8+4x7+12x4+10x5-4x2+3x1+2x3+ex8)/x2-13.6)2+((x2+(x3+(x5-x2)x5+(x4+x8)x4)/x7/x5)/x2-13.0)2+((ex8+((ex8+(x8/e(x5+x6+x4/x5)+x6)e(x3/ex3/ex7)/(x1+exp(ex7))- x1+x7/(x1-x4-x3)/x4)x8+x6)ex8/(x2+x7/(x8-x3)/x4)-x1+x7/(x1-x4-x3)/(x1+x7/x5/x4))x8+x2+ex1)/x7+x2-17.6)2+(ex1+x3/x8/x1/x6+x7-x6-(ex1+x4-x6-x5/(x8x1+x4)+x7)/(2x4+x2-x5)+x6+x2-16.8)2+(x6+x2-x4/(x7-2x6)/(x2-x7-x5-x1-x1/(x1-x7)-x2x3)-(x2-x4+(x2-x8)/(x1-x2)+x2x3-x5-x7-x8-x3/(x2-2x7-x5-x1-x1/x5x8(x2+x3)-x7/(x4-x7/x4-x2x3-x2)))x3-12.2)2+((x2/(x7-x1+1)+x8/x7+ex1/x6x8+x1+(x5/x2x8+x5/x6x8+x7+x2/x8)/(x7-x1+x2/x4))/(x7-x1+x2/x8)+x8+x3/(x5-x2)x2x7+x2-31.6)2+(x4/x3+x8/(x7+x5/ex8)+(((2x8/x3+x3/(x6+x7)+x7+(2x1+x8)/x8+2x 4)/x2+x8)/x3+x2x3+(ex1(x1+x5/ex8+x8)+x4)/x2+2x1+x4)/x2/x3+x2/x1-18.7)2+(x2-(((x2-(x7+x4)x1-x8)x8-x1+(x2+(x2-2x8-x6)x8-(x1+(x1+x8)x6)(x1+(x6+x8)x6))x6)x8+(x2+(x2-ex7x2x6+x5)x8-(x1+(x5x6+x8)(x1+(x6+x8)x6))e(x8x7))x6)x6+(ex3+x4)x8-11.6)2.2.3.2 金川矿区地应力场反演约束条件根据金川矿区矿体和岩体参数以及地应力的变化范围，由此确定优化模型的约束条件为：6<E1<20，20<E2<34 ；0.20<μ1<0.26，0.20<μ2<0.24；2.4 金川矿区地应力场反演优化模型求解利用遗传算法的全局搜索能力，求解由目标函数式(3)和约束条件式(4)确定的地应力反演优化模型.首先设置遗传算法的参数见表5；然后进行遗传算法操作：即随机产生初始群体→个体适应度评价→选择操作→交叉操作→变异操作→终止法则(最大遗传代数)；最后获得与矿区地质体初始应力场相匹配的矿、岩体参数和矿区侧压系数见表6.2.5 金川矿区工程地质体地应力场反演将地应力场反演获得金川矿区矿、岩体参数，和矿区的侧压系数λ*1、λ*2代入已经建立的金川矿区三维数值分析模型进行正分析，由此获得的应力场即为金川矿区工程地质体的原岩应力场.为检验地应力场反演结果的可靠性，表7给出金川矿区4个测点的地应力实测值与反演值和误差分析结果.图3显示了金川矿区6～9号测点的实测地应力值与反演地应力值的对比曲线.由此可见，采用本文的地应力反演方法获得的3个主应力值与实测主应力值的误差最大为17.98%，最小为0.62%.可见该地应力场反演方法具有一定的可靠性.1)地质体中的原岩应力是时间和空间的函数，是岩体物理力学参数的高度非线性函数，因此，采用遗传规划的遗传树结构，能够表征地应力的非线性关系；考虑到地应力反演的优化目标函数属于高度非线性函数，利用遗传算法的快速寻优技术，能够获得目标函数的最优解.2)采用本文地应力反演方法，进行4个测点的主应力反演，并将反演结果与实测值对比，其最大误差为17.98%，最小误差为0.62%.考虑到地应力复杂特征及地应力测量存在的误差，地应力反演误差满足地质工程分析的精度，该方法可为复杂地应力场反演和工程稳定性分析提供一条途径.高谦(1956—)，男，教授，博士生导师.【相关文献】[1] 司光晔，张严. 基于地应力测试的公路岩爆预测技术研究[J]. 公路, 2013, (6): 256-261.[2] 周垂一, 李军, 严鹏. 锦屏二级水电站深埋隧洞施工难点解析[J]. 隧道建设, 2013, 33(6): 481-488.[3] 马行东.某电站枢纽区地下洞室岩爆的特征与预防措施[J]. 水电站设计, 2013, 29(1): 63-65.[4] 刘月锋,卫栓紧. 深部开拓巷道岩爆防治技术[J]. 建井技术,2013, 34(2):13～15[5] 杨旭旭,靖洪文,陈坤福,等. 深部原岩应力对巷道围岩破裂范围的影响规律研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2013, 30(4):495-500.[6] 廖椿庭, 施兆贤.金川矿区原岩应力实测及在矿山设计中的应用[J]. 岩石力学与工程学报, 1983,2(1): 103-112.[7] 蔡美峰,乔兰,于波, 等.金川二矿区深部地应力测量及其分布规律研究[J].岩石力学与工程学报, 1999，18(4): 414-418.[8] 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(3):7-9.[22]江权,冯夏庭,徐鼎平,等.基于围岩片帮形迹宏观地应力估计方法探讨[J].岩土力学, 2011,32(5):1452-1459.[23]张宜虎,卢轶然,周火明,等.围岩破坏特征与地应力方向关系研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2010, 29(S2): 3526-3535.[24]杨志强, 高谦, 王玉山,等. 特大型镍矿工程地质与岩石力学[M].北京:科学出版社, 2013.。
大庆油田中浅复杂层钻井难点与技术对策
仇越：大庆油田中浅复杂层钻井难点与技术对策第11卷6期（2021-06）松辽盆地北部青山口组和泉头组等中浅部复杂地层，蕴藏着丰富的致密油等非常规油气资源，其中齐家-古龙地区是中高成熟度致密油等资源发育的最有利地区，经过近几年的勘探开发，已经建成超过120×104t的产能建设，对大庆油田油气可持续开采具有重要意义。
但在勘探过程中，特别是钻至复杂地层时存在着井壁失稳事故多发、钻井周期长、总体固井质量不高等技术难题，在研究分析复杂地层井壁失稳机理的基础上，形成了一系列适用于大庆中浅部复杂层安全钻完井配套技术，在现场施工过程中取得了较好的应用效果，具有广阔应用前景。
1钻井施工难点分析1）井下复杂事故率高。
由于造斜段、水平段井眼周围地应力的变化，极易诱发井壁失稳，对前几年致密油区块的施工情况来看，超过80%的井发生了不同程度的井壁剥落和掉块现象，有的井发生井壁坍塌，频繁憋泵、卡钻，导致该井提前完钻。
较高的井下复杂事故率，使大多数井难以钻达设计井深，无法完全实现地质目标，给非常规油气资源的勘探开发造成较大的经济损失。
2）钻井液性能要求高。
较高的井下复杂事故率要求钻井液具有良好的抑制、封堵能力；长水段水平井技术是非常规油气资源增储的核心技术，这对钻井液的携岩能力提出更高要求，否则极易在井底形成岩屑床，如果设计井轨扭方位，在着陆及水平段施工中经常调整井轨寻找储层，携屑更加困难；较长的造斜段和水平段要求钻井液具有良好的润滑性，否则极易引起起下钻遇阻、套管难下入等问题。
3）总体固井质量较低。
水平井固井施工面临井眼规则度差、套管下入居中困难、固井密度窗口窄、冲洗效率低、大型压裂对水泥石性能要求高等难题，固井质量保障难度增大。
往年水平井水平段平均优质井段比例小于45%。
因此，提高长水平段固井质量，确保井筒的完整性，才能满足大规模储层改造的要求。
4）钻井周期长、成本高。
统计近几年松辽盆地北部的施工情况，钻井周期同比其它油田多一倍，成本也居高不下，导致非常规油气资源无法实现经济有效开发。
地应力的测定方法及分层规律的数值模拟计算
σ Z = ∫ ρ ( z ) gdz
H 0
(2-1)
第一节 现场水力压裂试验法测定地应力
现场水力压裂试验法测定地应力是根据试验测得的地层破裂压力、 瞬时停泵压力及裂缝 重张压力反算地应力。 为了能较准确地求得地应力， 现场水力压裂试验应遵守以下步骤进行： (1) 下套管固井后，钻开几米裸眼井段。 (2) 用水泥车以恒定的低速度泵入泥浆，记录下井口压力随泵入时间的变化曲线，直至 地层产生破裂。 (3) 地层破裂后，继续向井内泵入流体至裂缝延伸到离开井壁应力集中区，即 6 倍井眼 半径以远时(估计从破裂点起约历时 3～5min 左右，约合 300～400L 流体)，进行瞬时停泵， 记录下瞬时停泵压力。 (4) 停泵压力平稳后，重新开泵，记录下裂缝重张压力。典型的水力压裂试验曲线见图 2-2 所示。从图中可以确定以下压力值： 1)地层破裂压力 p ：为井眼所能承受的最大内压力，是地层破裂造成泥浆漏失时的井 内液体压力。 2)瞬时停泵压力 p ：瞬时停泵，裂缝不再向前扩展，但仍保持开启，此时 p 应与垂直 裂缝的最小地应力值相平衡，即有 p = σ 。 3)裂缝重张压力 p ：瞬时停泵后启动注入泵，从而使闭合的裂缝重新张开。由于张开 闭合裂缝所需的压力 p 与破裂压力 p 相比，不需要克服岩石的拉伸强度 S ，因此可以近 似地认为破裂层的拉伸强度等于这两个压力的差值，即： S = p − p
f
s
s
s
h2
r
r
f
t
t
f
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- 17 -
第二章 地应力的测定方法及分层规律的数值模拟计算
日期：1994.1.31 井深：4340m；钻井液密度：1.70g／cm³； 孔压系数：1.20g／cm ； p =19.5MPa； p =11.0 MPa； p =14.0MPa；St=5.0MPa
西安石油大学2017—2018学年第二学期研究生创新与实践能
刘丹 王寿喜 石油工程学院 1500
马晓丽 孟凡霄
李磊
肖晖 赵军龙 赵永刚
地球科学与工 1500
程学院 地球科学与工
1500 程学院 地球科学与工
1500 程学院
45 YCS18113045
致密油储层评价方法研究
张建军
深水沉积露头信息与钻测井地质认识的对比研究 46 YCS18113046
——以铜川—黄陵地区延长组为例
项目名称 钢筋钢带焊接线自适应自动焊接 PLC 控制系统
便捷式氩弧焊背面保护焊剂的研制 超声波制备高强可溶解铝合金研究 稀土 Ce 改性高强度可溶解铝合金的研发
非接触式油水两相流测量装置 一种新型的油水两相流多参数测量系统
一种新型分动式六臂井径测井仪 蜗轮蜗杆传动抽油机设计与分析
一种新型不完整齿换向机构
张敏 王江萍 机械工程学院 2000
林宏
材料科学与工
许天旱
2000
程学院
杨宏兴 曹庆年 计算机学院 2000
17 YCS18123017
丛式井防碰监测技术研究
张娇 党瑞荣 电子工程学院 1000
18 YCS18123018
多通道任意波形生成软件的研制
关欣 王魁生 计算机学院 1000
创业计划 序号 项目编号
62 YCS18113062 中石化财务共享服务研究——以濮阳服务部为例 卓雨薇
历史唯物主义视域下新时代青年全面发展的现实困境研
63 YCS18113063
闫思暐
究
64 YCS18113064 跨文化交流影响下我国青少年教育变化的探索与研究 毕玉婷
侯珂 刘辉 肖琼
经济管理学院 1500
马克思主义学 1500
低渗复杂断块整体压裂裂缝参数优化设计_隋微波
图1
N WM 模块中的水力裂缝模型 ( Eclip se -2001A )
P EBI 网格由 自身 所在 网 格点 和 周围 相邻 网 格 点连接而成 , 其 网格 点的 分布与 传统 网 格相 比具 有 非常大 的 灵活 性。 目 前数 值 模 拟 中 常用 的 直 角 网 格、 径向网格、 曲线网格和六角形 网格等都可以看 做 是 PEBI 网格的 特殊 或近 似形式。 对于 模拟 井筒 附 近区域常用的 径向网格来说 , 其可以看做是 PEBI 网 格的近似形式 , 虽然由 P EBI 网 格生成方法生成的近 似径向网格实 质是 直线 组成 的多 边形 结构 , 但是 在 实际应 用 中计 算 结 果 基本 不 受 影 响。这 些 特 性 为 P EBI 网 格的局部 加密 和衔 接 其他 网 格提 供了 极 大 的方便 , 当井筒周围区域 需要采用径向网格 , 或局 部 采用 PEBI 网格而 油藏整 体采用 Cart esian 直 角网 格 时 , 可以直接采用 PEBI 网格的 生成方法生成近似径 向网格和 Cartesian 网格 , 并 可根 据需要 进行 密度 调 整 , 不存在传统 网格 加密 中存在 的粗 细 网格 的衔 接 问题。 2. 1 P EBI 网格模拟水力裂缝效果研究 在油水两相渗 流条件下 , 对矩形 封闭边界、 一注 一采的油藏模 型 , 在水力 裂缝与 x 轴 成 0 、 9 和 45 角的 3 种情况 下 , 分别 应用 传统 Cart esian 网 格加 密 方法、 P EBI 网格 加密方法和表皮系 数方法 对水力 裂 缝进行 模拟。 Cart esian 网格 和 PEBI 网格 建立 的 网 格模型见图 2, 模型参数见表 1。 为了便于研究和 比 较 , 也计算了 Cartesian 网格 在不 同加密 程度 下的 模 拟结果。
白龙山隧道地应力场数值模拟研究及岩爆预测
白龙山隧道地应力场数值模拟研究及岩爆预测刘国伟【期刊名称】《《中国矿业》》【年(卷),期】2019(028)0z2【总页数】4页(P465-468)【关键词】隧道工程; 初始地应力场; 有限元数值模拟; 岩爆【作者】刘国伟【作者单位】山西省交通环境保护中心站有限公司山西太原030006【正文语种】中文【中图分类】U450 引言岩爆是深部岩土工程中一种动力失稳地质灾害，常发生于高地应力区的岩体中，严重威胁施工人员和机械设备的安全[1]。
为更好地满足工程建设需求，许多学者进行了大量的研究来预测岩爆，并取得了丰硕的成果[2-6]。
陶振宇[1]提出了高地应力区的岩爆判据；张艳博等[2]、李绍红等[3]、邱道宏等[4]、王元汉等[6]和陈海军等[7]分别基于失稳理论、能量理论等提出了一系列数学方法来预测岩爆，比如数值模拟法、模糊数学综合评判方法及多参量归一化方法等；邓小鹏等[8]、宋章等[9]、吕庆等[10]和刘军强[11]对深埋隧道岩爆特征与防治措施进行了研究。
本文以白龙山大埋深特长公路隧道为例，在宏观区域地应力场基础上，采用三维有限元数值模拟方法，研究隧道范围初始地应力场分布规律，并在此基础上根据相关岩爆判别准则，对隧道开挖岩爆进行预测。
研究在一定程度上丰富和扩展了吕梁山脉初始应力场研究内容，能够为隧道工程的开挖支护方案提供决策支持。
1 工程概况1.1 地形地貌及地层拟建白龙山特长隧道位于吕梁市岚县与兴县交界的吕梁山脉，隧址区地势总体表现为东低西高、中部高两侧低的地貌特征，地貌单元属剥蚀构造变质岩中低山区。
区内最高主峰海拔高程为2 195 m，洞体最大埋深684.1 m，隧道长度10 374 m。
隧道穿越的地层为：第四系全新统松散堆积层、下元古界野鸡山群白龙山组斜长角闪岩、下元古界野鸡山群青杨树湾组变质砾岩、上太古界吕梁山群赤坚岭组斜长片麻岩、中太古界界河口群奥家滩组石英片岩及侵入岩(辉长辉绿岩)。
洞体围岩埋深最大部分主要为硬质角闪岩。
断层区域地应力场预测方法研究
图3 构造带最大地应力趋势面图 图4 构造带最大地应力方位图
应 力 方 位 图 。从 图 4 可以看出 , 整个构造带的主地应力方位为北西 30° ～北东 20° , 但在断层附近的主地应力方位发生不同 程度的变化 , 在断层处的主地应力方位与断层基本垂直 , 而且断层两盘的应力方位有些不同 , 断层上盘 的应力方位与断层基本是斜交 , 而下盘的应力方位与断层基本成垂直状态 。断层的端部主地应力方位与 断层走向基本平行 , 即断层附近的应力方位的变化是十分复杂的 。 根据测井资料解释 , 研究区域地应力方位为北西 30° 到北东 30° 范围 , 断层转折褶皱附近局部发生 应力偏转 , 但方位偏转角度不大 。由此可以看出通过非连续趋势面法解释的断层区域构造地应力方位是 可信的 。
[ 关键词 ] 地应力 ; 断层 ; 非连续趋势面 [ 中图分类号 ] TE121 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 100029752 (2008) 0320163203
含断层区域地应力分布研究是一个具有多解性的复杂问题 , 由于边界条件和地质构造的力学性质等均 属未知 , 因此 , 在资料缺乏的情况下 , 很难采用数值方法进行计算 , 一个可行的途径是借助于适当的力学 模型来模拟分析 , 笔者尝试着使用非连续趋势面分析法[ 1 ] , 对含断层区域地应力分布研究进行探讨 。 通过建立非连续趋势面模型求得上盘和下盘构造面上的一点的最大主曲率值和最小主曲率值 , 由此 得到板面上一点的主应力 , 然后计算上覆地层压力并应用弹性理论求得水平最大 、最小主应力 , 通过对 所有点应力变化的分析来研究整个区域的地应力分布情况 。
式中 , x < xf 为代表断层的北盘或西盘 ; x ≥ xf 为代表断层的南盘或东盘 ; p ( 2 m p m) ( x , y ) = β 0 +β 1 x +β 2 y +β 3 x +β 4 xy + … +β py
基于COMSOL的隧道地应力场反演
・铁路与公路・基于COMSOL 的隧道地应力场反演杨亚伦"，徐正宣2,宋 章2,欧阳吉2(1 •西南学地学与环境工程学院，四川成都611756 ；2.中 院工责任公司，四川成都610000)【摘 要】 结合隧道区域构造环境及青藏高原地应力数据基础，文章利用犀牛、COMSOL 等软件构建隧址区三维数值模型，采用应力边界试 模型计算的加载条件，进行隧址区地 的三维数值反演分析，通过隧道切隧道轴线初始应力场展示了岩性复杂的长大深埋隧道初始地应力场分布规律。
【关键词】 地应力场；COMSOL ；反演分析；隧道工程【中图分类号】=451+.1【文献标志码】A地应力场是衡量地下建筑及工程施工区围岩应力、位移分布以及开挖后 的一个重要影响因素，是 公路线 中的重要指标。
首先， 观 地应力的 为地应力，但 点数量 为 ， 只能反映岀局部应力特征。
同时， 环境及操作方法等影响，使用的水压致裂法会体现岀明显离散性特征。
受 散性特性影响， 法 岀整个 应力场分布的整体规律。
为解决这 题，目 是 工地质 以及 地应力资料，利用三维建 值计来进行 的应力 分析：1_5］o本文以 沿线一 作为研究对象， COM-SOL 软件，采用三维模型边界调整法 分析始应力场，随后分析不 素对其分布特征的影响。
1工程概况研究区处于工程地质 杂且地质活动强烈的青藏原地带， 构造应力大，对 工影响明显。
0进 长期受 边 的切割作用，属构造侵蚀中高山峡谷地貌，地 陡峻， 切，目 规划中的 埋深约为 0 ~ 1 600 3。
研究区地层岩性复杂， 多岀露地质单元，表括(Q /dl+pl )碎石土。
下伏基岩主要 ：三叠 砂岩夹页岩(T &d )，砂岩(T &d )，灰岩夹泥岩(T 3b )，岩 泥岩(T &j )以 及玄武岩等。
， 岩性多为硬岩及 !岩，在 埋深及 构造应力 下，极 生高地应力，进而影响工程建设 与进度。
复合断层对地应力的影响研究
复合断层对地应力的影响研究倪伟;刘桂玲;林波【摘要】江苏油田属复杂小断块油田,断裂系统复杂.分析多个油田区块模拟的地应力大小和方向图资料,发现断层附近地应力大小和方向发生较大改变.利用有限元法模拟研究了平行断层和交叉断层对地应力的影响.研究结果表明,交叉断层对2倍断距范围内区域的地应力影响较大,而且断层对主应力大小和方向的改变非同步.【期刊名称】《复杂油气藏》【年(卷),期】2018(011)004【总页数】5页(P38-41,50)【关键词】地应力;有限元模拟;复合断层;地应力场建模【作者】倪伟;刘桂玲;林波【作者单位】中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院,江苏扬州225009;中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院,江苏扬州225009;中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院,江苏扬州225009【正文语种】中文【中图分类】TE319通过对苏北盆地十多个油田模拟地应力大小和方向图资料进行分析，发现断裂带附近最大主应力具有较高的变化梯度，特别是在断裂构造走向发生转向或多条断裂交汇的部位。
因此有必要开展断层对地应力的影响研究。
江苏油田属复杂小断块油田，常见多条断层以各种方式的复合。
本文仅研究平行、交叉两种复合断层对地应力的影响。
1 研究方法采用有限元分析方法，在有限元分析时，为了忽略边界条件对研究区域的影响，往往把研究区域用较大的区域包围，在外围区域内进行有限元约束[1-3]。
本文选用二维平面模型，为约束平面的刚性位移，约束选用一点全约束，另一点约束一个方向。
区域宽度为断层长度的5倍，足以消除断层约束对断层周围地应力的影响。
模型选用在外边界上加均布力，为简化外边界的应力边界条件，选择外边界的方向沿着区域主应力的方向[4-6]。
2 复合断层对地应力的影响2.1 平行断层平行断层是由若干条产状大致相同的正断层排列而成。
模型中设置两条平行断层间距为水平断距的20倍，左侧断层的弹性模量比右侧断层的弹性模量小，即左侧断层比右侧断层破碎严重，区域最小主应力方向与断层走向夹角为15°。
地应力主要测试和估算方法回顾与展望_王成虎
ASＲ 法 会 受 到 测
第5 期
王成虎： 地应力主要测试和估算方法回顾与展望
973
图 1 非弹性应变恢复法原理示意图 （ Amadei and Stephasson，1997）
Fig． 1 Principal behind the anelastic strain recovery （ Amadei and Stephasson，1997）
warpinski和teufel1986在表l原地应力测试和估算方法汇总t铀lelsummaryofinsitilst懈s姻6matememods方法类别序号中文名称英文名称缩写l非弹性应变恢复法差应变曲线分析法差波速分析法andasticstrainrecoveiyasr2di归ferentialstraincuheanalysisdsca基于岩芯的方法3dibrentialwavevelocityanalysisdwvadrillinginducedfiactuieincoredifc4饼状岩芯岩芯诱发裂纹法corediscingcdacousticemissionmethodae5声发射法6圆周波速各向异性分析法岩芯二次应力解除法微裂隙岩相分析法轴向点荷载分析法微型水压致裂法套筒压裂法原生裂隙水压致裂法套芯解除钻孔崩落孔壁诱发张裂缝钻孔变形钻孔渗漏实验地倾斜调查断层滑动反演新构造运动节理测绘火山口排列调查震源机制解地球物理测井微震测井定向circumferena1velocityanisotr叩ycva0vei撕ngofarchivedcore0cacpetr鸭mphicex锄ination0fmicrocracks789axialpointloadtesc10micr0hydraulicfhcturinghfslvefracturingsfhydraulictest0verco血幄method0c基于钻孔的方法1112ofpreexistingfractureshf1314boreholebreakoutsbbo15drillinginducedfi粥turesdif16boreholedeibnnationkako扛testlidt1718earthtiltsunrev19faultslipdata地质学方法20sudacem印pigofneotectonicjointsvolc飘icventaligimenteanhquakeal2122mechanisms地球物理方法地震学方法23geophysicajlo晤ng伽玛射线正交偶极子声波测井扁千斤顶法24jackigmethodsu凼cereliefmetllods基于地下空间25表面解除法反分析法的方法26reverseanalysismethod注
地应力
地应力研究的应用摘要：通过对地应力以及地应力与各种地质现象之间关系的研究，论述在工程的区域稳定性评价、选址与规划、设计与施工,以及灾害设防与治理等方面进行地应力研究的实践意义和应用前景。
关键词：地应力;区域稳定性;灾害防治;规划与设计引言地壳在各种运动过程中和自重作用下，岩体在天然条件下产生的内部应力称为地应力,呈三维状态有规律分布构成地应力场。
人类对地应力的认识已有百余年历史[1~13]。
本世纪初,国外即已着手地应力的研究(海姆,1905~1912),并在30年代将其应用于土木工程的实践中(鲍尔德水坝设计,1932)。
我国研究地应力起步比较晚,李四光在《地质力学概论》(1962)中提出应将地应力作为一个重要的研究方向[1],在尔后土木工程的实践和应用中初见成效(关角铁路隧道灾害治理,1974)。
近二十多年来,地应力研究在理论上日臻完善,在技术和途径上趋于多样化,从而为某些土木工程的规划与选址、稳定与抗震（地下岩层突然发生断裂，在极短时间内释放出大量的能量，产生了地面位移和错动并辐射出地震波，构造地震就是这样产生的）设计、以及灾害预测与治理等提供了越来越多的依据。
现在,随着各种大型土木工程的兴建,工程稳定设计及破坏预测往往需要地应力测量数据。
此外,部分已建工程的加固及纠偏等灾害治理有时也应进行地应力研究。
本世纪60~70年代以来,地球岩石圈进入新的强烈活动时期,致使人类时刻面临地震之灾,尤其是我国复杂而特殊的大地构造体系决定其为多震的地区,所以区域稳定性预测及工程抗震设计迫切需要地应力研究资料。
事实上,世界许多大型工程在规划及设计阶段均进行了地应力测量与研究,从而取得节省投资、缩短工时、提高工效、确保质量的良好结果。
一、地应力研究在地下工程中的应用当今,人们为进一步拓宽生存空间而纷纷发展地下工程,各种地下洞室及隧道等相继兴建。
它们的规模、形状、分布及组合等变化很大,还需配有通风、消防、排水、电力及通讯等管道设施,有的埋深较大,往往出现大量地下多层建筑或构筑物,其荷载之大,可能在围岩或土层中引起十分复杂的地应力状态;尤其是那些大跨度、顶底高差悬殊的地下建筑对周边岩石或土层的稳定性要求更高。
中国地应力场分布规律统计分析
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岩石力学与工程学报
2007 年
different properties in RAHVG curves. When the depth is more than 500 m，the RAHVG curve for the sedimentary rock is approaching to 1.0. For the magmatic rock in China，the values in the RAHVG curve are bigger than those of the other two types when the depth is less than 500 m，but smaller when the depth is more than 500 m. The measurement geostresses for the metamorphic rock are more dispersed than those for the other two types of rocks. The fitted regression curves are of importance for the numerical analysis of underground engineering. Key words：rock mechanics；geostress field；regression analysis；dispersed point chart；fitting curve
Chinese Academy of Sciences，Lanzhou，Gansu 730000，China)
Abstract：The initial geostress measurement results up to now in China are reviewed. Three typical results from the southern mountainous area in Fujian Province，Baka oilfield in Xinjiang autonomous region and No.2 mining area of Jinchuan nickel mine in Gansu Province are listed. The ratios of the average horizontal geostresses and the vertical geostresses(RAHVG) varying with depth are plotted in a dispersed point chart following the HoekBrown′s method. The regression curve and the maximum envelope curve as well as the minimum envelope curve for RAHVG are fitted in the dispersed point chart. Compared with the Hoek-Brown′ curve，when the depth is more than 1 200 m，the RAHVG are greater than that of Hoek and Brown. The maximum envelope curve for China is almost consistent with that of Hoek and Brown，but the minimum envelope curve for China shows smaller than Hoek-Brown′s minimum envelope curve. Furthermore，the dispersed point charts are plotted and the same type of the RAHVG curves is fitted for the rock types of the magmatic rock，sedimentary rock and metamorphic rock based on the initial geostress measurement results. The regression results of the three different rocks show the