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《中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)》 2009年
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中国大陆浅层地壳地应力场分布规律及工程扰动特征研究

景锋  
【摘要】: 地应力是赋存于岩体中的自然应力,其不仅是地质环境与地壳稳定性评价,也是地质工程设计和施工的重要资料之一。随着我国交通、水利水电、核废料存储、石油和矿山等行业的发展,人类在地壳上活动空间的广度和深度不断发展,地应力对工程和科研的影响和作用日益显著。现我国已积累了大量的地应力实测数据和工程实例,为研究我国大陆浅层地壳地应力场分布规律及工程扰动特征,本文基于我国大陆及邻区的地质架构、震源机制解和大地形变场等特征,分析了我国大陆及邻区现代构造应力场特征,通过收集大量的地应力实测资料,系统研究了我国大陆地区浅层地壳实测地应力的分布规律,另以三峡永久船闸和大岗山地下厂房为工程背景,通过开挖全过程数值仿真,研究了深挖岩坡和大型地下洞室开挖地应力场的工程扰动特征,主要研究工作和成果体现在以下几个方面: (1)总结分析了各种地应力测定方法的优缺点和适用性,从岩体的非均匀性、测定方法本身以及地质力学的角度,研究了不同方法间测定结果的差异,形成对地应力测定方法及其结果的科学评价体系。 (2)针对原生裂隙重张试验确定裂隙法向应力精度高,并可进行大尺度三维地应力测量,但当原生裂隙间距大时,应考虑应力梯度的问题。研究了考虑应力梯度的原生裂隙水压致裂法三维地应力测量,基于地应力沿埋深的分布规律,简化出单孔的线性应力梯度形式及区域应力场的全应力张量表述,推导了基于遗传算法和最小二乘法的计算过程,并首次在国内工程中得到了运用。 (3)通过总结中国大陆及邻区地壳的形成演化、岩石圈结构、断裂体系分布和板块活动等特征,分析了我国大陆及邻区的现代地质架构特征。并根据我国大陆及邻区的震源机制解和大地形变的已有研究成果,系统分析了我国大陆及邻区的现代构造应力场特征和动力学特性。 (4)通过收集大量的地应力实测数据和相关资料,分析了我国大陆地区实测地应力的应力方向分布规律。 根据我国400多个钻孔的实测地应力数据建立了数据库,筛选了受地形地貌和局部地质条件影响小的约450组数据作为统计样本,研究了我国大陆浅层地壳实测地应力沿埋深的分布规律。 建立了我国大陆地区垂直应力σ_v、最大水平主应力σ_H和最小水平主应力σ_h随埋深的散点分布图,建立了(σ_H+σ_h)/2σ_v、σ_H/σ_h、σ_H/σ_v、σ_h/σ_v随埋深分布的散点图,并进行了相应的统计分析,系统研究了我国大陆地区实测地应力沿埋深的分布规律。 (5)基于所建立的地应力实测数据库,按地质成因分类,岩浆岩选取了111组数据,沉积岩选取了232组,变质岩选取了70组,建立了岩浆岩、沉积岩和变质岩地应力沿埋深的各种散点分布图,研究了不同岩性的地应力分布规律,及岩性变化对地应力的影响。 筛选带有弹性模量的地应力的实测数据,研究了弹性模量随埋深的变化规律,并研究了弹性模量与应力量值的关系,以及对σ_H、σ_h和σ_v的影响。 (6)研究了现今地应力的组成,结合地应力沿埋深的分布及孔隙水、温度、地表地质作用等对地应力的影响规律,在侧向约束应力状态的基础上,探讨了考虑多因素的地应力估算模型。 (7)以三峡水利枢纽和大岗山水电工程为实例,利用震源机制解、水系形态分布、断层擦痕等分析了工程区域地应力场,基于工程区及邻区实测地应力结果,并结合工程区地应力场反演,研究了大型工程区的地应力场分布特征、影响因素。并从地质力学的角度,研究了区域与工程区地应力场的联系与差异。 (8)以三峡永久船闸高边坡和大岗山地下厂房工为工程背景,对深挖岩质高边坡和大型地下洞室开挖周边岩体的应力场、变形场和塑性破坏区的分布特征和变化规律,进行了全过程数值仿真研究。 根据工程开挖后的应力场扰动特征,提出了将应力场分为应力强扰动区、应力弱扰动区和应力未扰动区三个区。探讨了根据周边岩体的I_1、J_2、Lode参数、应力量值的变化规律,进行地应力场工程扰动分区,并分析了其工程意义。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:P553

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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7 刘鹏博;李路;姚永超;明世祥;;基于矿岩性质模糊聚类分析的巷道分级支护研究[A];2011年中国矿业科技大会论文集[C];2011年
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6 王猛;煤矿深部开采巷道围岩变形破坏特征试验研究及其控制技术[D];辽宁工程技术大学;2010年
7 何峰;岩石蠕变—渗流耦合作用规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
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9 石建基;长乐—南澳变质带构造变形特征及动力学研究[D];中国地质大学(北京);2010年
10 代传固;黔东及邻区地质构造特征及其演化[D];中国地质大学(北京);2010年
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1 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;2010年
2 乐志军;新朝川矿矿井水分布规律研究与防治对策[D];河南理工大学;2010年
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5 桑培淼;注水强化松软煤壁稳定性的规律及工艺参数研究[D];河南理工大学;2010年
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7 唐杰兵;平煤十一矿软岩破坏巷道修复治理研究[D];河南理工大学;2010年
8 尚群;赵庄矿3#煤层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究[D];河南理工大学;2010年
9 宋家勇;安林煤矿炮放面矿压显现规律及顶煤冒放性预测研究[D];河南理工大学;2010年
10 潘建武;含单一天然弱面岩石试样的力学特性研究[D];河南理工大学;2010年
【同被引文献】
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7 卜万奎;采场底板断层活化及突水力学机理研究[D];中国矿业大学;2009年
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8 李远;大型洞室群地应力测试及基于统一强度理论的稳定性分析[D];北京科技大学;2008年
9 梁瑶;深切河谷地区的地应力场研究和高边坡稳定性评价[D];西南交通大学;2009年
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6 王鸷;地下洞室随机有限元分析和可靠度计算[D];西北工业大学;2006年
7 田旺生;重复压裂力学机理研究[D];中国石油大学;2008年
8 张丁涌;史深100区块地应力及整体压裂研究与应用[D];西南石油学院;2004年
9 周霜林;泥巴山超长深埋隧道岩爆形成条件及危险性预测研究[D];西南交通大学;2009年
10 郑国江;不同应力场软弱围岩连拱隧道力学性状试验研究[D];长安大学;2006年
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