节理岩体体积节理数Jv的新计算公式

岩体体积节理数Jv的定义,按照《工程岩体分级标准》采用节理间距或频率较为恰当;本文研究了岩体内发育一组、二组、三组贯通性节理的情况下,Jv定义的适宜性,指出节理正交的情况下Jv的适宜性最好,推导出Jv的修正系数为K1=|sin(n1,n2[DD(-1][HT5SS]^[HT][][DD)])||cos(n1×n2,n3[DD(-1][HT5SS]^[HT][][DD)])|,研究表明：节理夹角越小,对Jv的影响越大;通过连通率等效途径,断续节理岩体的Jv计算公式为Jv=K1•∑[DD(][]i[DD)]Si•ni(i3)。运用该公式可实现工程岩体裂隙发育程度的科学评价。     

断层内破碎岩石渗透性的实验研究

断层破碎带岩石的渗透性是影响地下工程中由渗流失稳而引发灾害事故的重要影响因素之一。利用一种专门的破碎岩石压实渗透仪,在MTS815.02岩石力学伺服试验系统上测试了取自断层内的破碎灰岩、破碎砂岩、破碎泥岩的渗透系数,得到并分析了轴向压力、岩样粒径、水流速度与渗透系数的关系曲线。研究表明:破碎岩石渗透系数与其压实状态密切相关,随着轴压的增加,渗透系数都相应降低;在相同的轴向压力状态下,岩样粒径越小,其渗透系数也越小,因此,挤压程度和充填程度都较低的小断层导水性好,容易导致突水;破碎岩石的渗透系数随着水流速度的增大呈减小趋势,但水流速度对破碎岩石渗透系数的影响程度有限;在相同的压力、粒径情况下,破碎泥岩的渗透系数比破碎灰岩、破碎砂岩的要小1～2个量级,说明当断层上下盘为坚硬岩石时,断层带渗透性好、易导水。研究结果可为采动过程中评价断层的导水性提供参考。     

西周岭隧道地应力测量及岩爆预测分析

为指导施工,提高施工的安全性和经济性,对西周岭隧道进行了钻孔水压致裂法地应力测量。测试结果表明:西周岭隧道深埋段地应力场以水平应力为主,在测试深度内最大水平主应力值为10.57~19.39MPa,具中等偏高应力水平; 最大水平主应力方向为近N33°W,与隧道走向的夹角较小,即地应力对隧道围岩稳定性较为有利。基于地应力实测结果,本文采用Hoek判据、Turchaninov判据、Russenes判据和工程岩体分级标准等4种判别方法进行岩爆预测,并分析了发生岩爆的临界深度,认为西周岭隧道深埋段有发生轻微-中等岩爆的可能,发生岩爆的临界埋深厚度约为397m。因此,在施工过程中应采取合理的开挖方式及防岩爆安全措施,防止岩爆灾害的发生。     

南水北调西线工程及其主要工程地质问题

首先介绍了南水北调西线工程区及各河段枢纽的工程地质条件 ,工程区岩性以砂岩、板岩为主 ,地层褶皱强烈 ,活断裂发育 ,地表覆盖厚 ,地质条件相对复杂。讨论了西线工程可能遇到的主要工程地质问题 ,如地应力和岩爆、软岩蠕变、突水、碎屑流、活断层的突发性位错及高地温灾害等 ;一期工程的地质问题主要集中在深埋长隧洞和引水明渠方面 ,其中 ,输水明渠的工程地质问题主要为边坡稳定和水文地质条件评价     

波尔兹曼数字岩芯致密砂岩渗透率研究

致密砂岩渗透率在油气勘探开发、地应力测量及水库地质灾害等领域具有重要意义,但鉴于目前实验技术局限性,温压耦合渗透率测量尚无法通过实验手段实现. 在已有研究工作基础上,首次建立了基于D3Q27数字岩芯模型,并计算了高温压耦合低渗砂岩渗透率问题. 首先,以鄂尔多斯盆地某油田延长组致密砂岩为例,利用X射线CT断层成像技术岩芯获取10μm, 5μm, 2μm分辨率致密砂岩内部结构数据,应用基于量子力学第一性原理的D3Q27格子波尔兹曼数字岩芯模型建立数值模型. 进而,利用自编3DLBM程序分别计算了不同分辨率渗透率随围压(0～200MPa)、孔隙压(0～65MPa)和温度(25℃～180℃)变化规律,通过与Inc AUTOLAB2 000C岩石测试分析系统实验结果对比,验证了程序的可靠性,得到低渗砂岩断层最佳分辨率;最后,在并行CPU-GPU平台上计算了高温高压耦合(0℃～400℃, 0～1.4 GPa)下致密砂岩渗透率值及其各向异性随温压变化规律,并讨论了致密砂岩中水在达到超临界状态后对致密岩石内部结构的影响.     

多煤层开采覆岩破断过程的模型试验与数值模拟

首先分析了研究区煤矿山西组煤层剖面和水文地质特征,针对多煤层联合开采的特点和覆岩的工程地质特征,采用工程地质力学模型实验、数值模拟计算相结合的综合研究方法,分析了多煤层开采的采动影响及岩层动态断裂机理,得出了有关岩层移动参数和多层煤同采时应力分布状态,计算得到了多煤层开采垮落带与导水裂隙带的发育高度分别为32m和81.5m,导水裂隙带高度影响范围已经达到风化带,未形成切冒,局部穿透粘土层。     

基于数学基准修正的机载SINS/CNS组合定位算法

针对传统天文定位算法中水平基准对其机载应用的制约,提出基于数学基准修正的机载天文位置确定方法;提出首先利用惯导姿态信息,构造天文测量数学水平基准,通过惯导姿态阵实现载体系下的天文测量输出到当地水平基准坐标系下的变换,从而使高度差法的机载定位得以实现;为保证数学基准的准确有效,提出数学基准修正方案:利用高精度星敏定姿修正惯导姿态,以修正基准中耦合的惯导姿态误差。仿真实验表明,采用该方法进行的天文导航能有效解决其机载应用下水平基准制约问题,验证了其有效性,具有良好的工程实际应用前景。     

南京石膏矿特大突水灾害机理研究

发生于2006年9月11日的南京石膏矿特大突水灾害不仅改变了矿区及外围的地下水流场, 并引发了矿区地面沉降变形, 对地表附属物产生了一定的破坏作用, 造成了包括矿山关闭在内的巨大财产损失。南京石膏矿涉及典型的深部矿山地质工程问题, 影响地下开采稳定、矿山灾害和环境问题的主要因素是矿体及围岩的岩性结构及岩体结构构造, 特别是断裂构造及其影响带裂隙发育情况、富水性、导水率。围岩的岩溶强烈富水带的存在是矿坑突水的直接水源; 矿体的软岩特性、矿山开采扰动使采场周围的应力场重新分布、开采对断裂构造及裂隙带等结构体的活化作用都加剧了突水灾害的发生。     

隧道表面爆破地震波的产生机制及传播特征

为了研究隧道表面爆破地震波的产生机制及传播规律,提出了隧道表面爆破振动平面应变理论模型,得到了隧道表面爆破振动场积分形式解;以龙南隧道爆破工程为背景,建立了有限元数值模型,通过现场测试验证了数值模拟与理论解答的准确性;提出了基于高分辨率Radon变换的隧道爆破地震波波场分离方法,结合理论解析与数值模拟得到了P波、S波、R波的传播特征,最后综合理论结果与波场分离结果提出了隧道爆破地震波作用分区。结果表明：隧道爆破产生P波、S波,R波在自由面迅速发育,3类波呈现指数衰减特征,S波衰减快于P波快于R波。随着爆心距的增大,垂直方向主要成分由S波转变为R波,水平方向主要成分由S波转变为P波,P波转变为R波。Ⅳ级围岩工况下,隧道爆破地震波作用分区为：隧道轴向距掌子面0～6.44 m为爆破近区,主导波型为水平S波;6.44～21.23 m为爆破中区,主导波型为水平P波;21.23 m外为爆破远区,主导波型为垂直R波。爆破分区分界点与单段最大药量呈线性关系,可通过爆破药量得到隧道爆破分区位置,用于隧道安全稳定性分析。     

干燥和饱水砂岩孔隙度对应力波能耗的影响

为探讨应力波穿越干燥、饱水砂岩时孔隙度对能耗的影响规律,开展了孔隙砂岩的SHPB试验,并采用核磁共振分析了SHPB试验前后孔隙的变化特征。结果表明:(1)砂岩冲击试验前后T2谱波峰数没变,但对应小孔径孔隙的波峰峰值有所增加。这说明,砂岩结构内部仍停留在微裂纹形成阶段,应力波能量仅能够促使新的微裂纹形成,而不足以撕裂扩展孔隙使其孔径更大。(2)相同孔隙度时,饱水砂岩比干燥砂岩能耗小;随着孔隙度增加,前者能耗相应减小,后者能耗反而增加。这一现象可分别解释如下:(a)由断裂力学理论可知,水的表面张力和Stefan效应使裂纹扩展受到很大阻力,因而,相对干燥砂岩,相同孔隙度的饱水砂岩更难产生新表面耗散应力波能量。(b)冲击加载时饱水砂岩处于不排水状态,饱水砂岩变形可近似等于砂岩和水的压缩变形之和。由于水比砂岩压缩变形小,随着孔隙度增大,即含水量增加,饱水砂岩变形量减小,出现塑性变形和新裂纹的概率减小,能耗值也随之减小。(c)随着孔隙度增大,干燥砂岩的动态强度相应降低,加载时更易出现新裂纹以表面能形式耗散应力波能量,因而孔隙度越大则能耗越大。     

评价矿井突水危险性的关键层方法

将煤层底板至含水层间承载能力最大的一层岩层看作起阻水作用的关键岩层（简称关键层），并把它简化为薄板，利用板的理论解确定该岩层的破断跨距，用以评价底板突水的危险性．实例分析表明，这种预测突水危险性的方法是简明有效的．     

煤层底板突水突变模型

本文建立了煤层底板突水的一个尖点突变 (cusp)模型 ,并分析了煤层底板失稳破坏发生突水的机制。基于定态曲面方程 ,可求得煤层底板水压应力比 Ip。当 Ip >1时 ,发生突水 ;当 Ip <1时 ,不会发生突水。基于分支曲线方程 ,可求得煤层底板突水临界采动导水裂隙带深度 h1l,当 h1 >h1l 时 ,发生突水 ;当 h1 相似文献   

三峡库区巴东新城区库岸三叠系巴东组层间软弱带

摘 要  巴东新城区发育有黄土坡滑坡、赵树岭滑坡、太矶头滑坡、童家坪滑坡等多处大型古滑坡,研究库岸斜坡岩体结构特征对滑坡的治理有着至关重要的作用。本文基于巴东新城区白土坡和西壤坡两段库岸深300余米监测剖面的地质勘探资料,根据岩芯颜色、岩性和结构将巴东组第三段划分为24段;通过薄片鉴定、X射线衍射和岩芯精细测量分析库岸斜坡岩体处于滨海环境的海陆过渡相,岩性组合、岩层厚度、矿物组成及强度具有复杂的垂向分带特征;探讨了层间软弱带和大型滑坡的关系。研究表明：巴东新城区库岸斜坡巴东组第三段内发育有13层贯通的软弱带,表现为为富含泥质、结构破碎的泥质软弱夹层、构造碎裂岩、溶蚀改造带和软岩软弱带。在沉积成岩时经历了滨海相反复的海浸海退,软弱带多分布在沉积环境动荡的开阔台地（陆棚泻湖）和局限台地（潮间带）。巴东组第二、三段岩性及沉积环境属缓慢过渡,在构造作用下未发生明显的滑脱。沉积结构和后期构造共同作用形成了贯通软弱带,为大型滑坡发生提供了有利条件。三峡水库全面蓄水后,软弱带在地下水长期作用下必将加剧库岸斜坡的深部形变。     

清江大龙潭水利枢纽防渗帷幕设计及效果监测分析

大龙潭水电站坝址位于碳酸盐岩地区,岩溶发育受岩性和构造控制：在奥陶系南津关组第一段(O1n1)页岩夹灰岩、第二段第一层(O1n2-1)泥质条带灰岩及寒武系第四段第二层硅质条带灰岩(∈4-23m)中岩溶不发育,其他地层的灰岩中岩溶发育; 岩溶发育方向主要沿岩层层面和顺河向的断层发育,形成岩溶通道。因此水库渗漏主要沿岩溶发育的断层产生,防渗帷幕设计以奥陶系底部188m页岩为防渗依托,并重点加大断层部位的工程量。后期地下水长期观测分析表明,帷幕防渗效果良好,不存在大的库水渗漏,仅在局部断层构造发育部位渗漏量略大。大龙潭水电站防渗帷幕工程成功的范例为碳酸盐岩地区其他工程的防渗优化设计提供了很好的借鉴意义。     

水岩耦合变形破坏过程及机理研究进展

坝址水力劈裂、煤矿和隧道突水以及水力压裂工程都是岩体损伤演化积累诱发破坏 (灾变) 的过程,然而能否正确认识和评价这些过程取决于人们对水岩耦合变形破坏过程和机理的研究程度. 阐述了岩石渗流 --变形 --破坏特性及机理研究的进程, 侧重于物理实验成果. 综述了水岩耦合变形破坏过程分析模型和数值计算, 特别是有限单元法处理裂纹的思路, 并介绍了作者课题组近年来所取得的一些代表性成果. 给出了当前理论 (数值) 研究中所面临的几个具体问题和挑战, 并对今后研究工作进行了力所能及的展望.      

预排水动力固结法处理吹填粉土地基的试验研究

为加固新近吹填的处于流塑状态的粉土地基,首先采用轻型井点降水和动力碾压的方法使地基具有一定的初始承载力。然后,施加较大的强夯动力荷载,从而使地基承载力得到显著提高。这一新的综合加固技术称之为“预排水动力固结法”。通过现场测试,研究了施工过程中诸如井点降水的影响范围、强夯时孔隙水压力的变化范围、深层沉降的变化等问题。同时,对强夯夯击遍数、每点夯击次数、遍与遍之间的间隙时间等有关问题进行讨论。研究表明,预排水动力固结法可显著提高吹填粉土地基的承载力。     

贵州关岭大寨高速远程滑坡—碎屑流研究

2010年6月28日,贵州关岭因突降暴雨发生高速远程滑坡,滑程约1.5km,体积约174.9万m³,两个村组被毁,99人遇难。滑坡区位于西南地区常见的煤系地层区,上部为灰岩、白云岩,中部为相对较缓的砂岩地层,下部为页岩、泥岩地层,局部含煤,具有上硬下软的山体地质结构和上部富水下部隔水的水文地质结构,极易形成滑坡地质灾害。从地形上看,斜坡上陡下缓,形似“靴状地形”,上部陡峭地形导致山体易于失稳,而中下部开阔伸展良好的沟谷提供了远程的运动条件,较大的势能向动能的转化,容易形成高速远程滑坡—碎屑流。6月27日和28日的降雨是触发此起特大灾害的主要原因,其24h降雨量达310mm,超过了当地近60a来的气象记录,分析表明,降雨产生的沟谷径流量是平时强降雨(100～150mm·d^-1)的沟谷径流的2倍之上,一是在滑源区砂岩裂隙岩体中形成静水压力和渗透压力,触使滑坡的失稳下滑; 二是在沟谷中产生地表径流,为碎屑流远程流动形成饱水下垫面,导致了碎屑流流动距离和速度的显著增加。近年来随着极端强降雨等灾害性天气的重现期缩短,高速远程滑坡造成的群死群伤特大地质灾害在我国呈逐渐增加趋势,应加强对这种灾害类型的调查与防范,特别是要进行滑坡安全避让范围和逃逸速度的研究。     

Crack growth in hydraulic rock fracturing

Various mining processes involve the injection of liquid under pressure into existing or newlyproduced points; examples are hydraulic fracturing in oil, fracturing in coal seams, and oil displacement at elevated pressures [1, 2]. Studies have been made [3, 4] of vertical and horizontal crack growth in response to a noninfiltrating liquid. In those cases, the actual pressure distribution in a joint was replaced by the statically equivalent uniform pressure on part of the joint surface. Here we propose a treatment that handles such topics reasonably effectively and does not involve the assumption of uniform pressure distribution. A system of equations has been derived for a vertical symmetrical crack to define the Cauchy problem for the crack volume. The quasistatic equilibrium condition for the crack and the solution are very much simplified if a system of mobile elliptical coordinates related to the crack is used. An analogous approach has been used in examining the growth of a circular horizontal crack.     

Experimental Method to Simulate Coal Fines Migration and Coal Fines Aggregation Prevention in the Hydraulic Fracture

A simple and effective experimental method is proposed to simulate coal fines migration through the proppant pack; such migration inevitably occurs during the process of fracturing fluid flowback or dewatering and gas production in coalbed methane (CBM) reservoirs. The damage to conductivity caused by coal fines migration in the pack and the factors affecting such migration are analyzed. A dispersion agent of coal fines applicable to hydraulic fracturing in CBM is optimized, consequently solving the problem of coal fines aggregation and retention in the proppant pack. Discharging coal fines with water or water-based fracturing fluid from the proppant pack can be difficult because of the adsorption and hydrophobicity of coal fines. Thus, coal fines are likely to aggregate and be retained in the proppant pack, thereby resulting in pore throat plugging, which causes serious damage to fracture conductivity. Two percent coal fines can reduce propped fracture conductivity by 24.4 %. The mobility and retention of coal fines in the proppant pack are affected by proppant size, proppant type, flowback rate, and coal fines property. When flowback rate exceeds the critical value, coal fines can be discharged from the pack, consequently reducing damage to propped fracture conductivity. More importantly, the steady discharging of coal fines requires steady dewatering and gas production to avoid flow shock, which causes pressure disturbance to drive coal fines in a remote formation. The optimized dispersant FSJ-02 employed in this paper can effectively change the wettability and surface potential of coal fines to improve their suspension and dispersion in water-based fracturing fluid. The recovery rate of coal fines increased by 31.5 %, whereas conductivity increased by 13.3 %.