初始地应力

摘要： 为了研究初始地应力作用下的岩体爆破时的裂纹扩展规律,分析了不同初始地应力情况下的裂纹扩展机理,并考虑了具有初始损伤的岩体在地应力作用下的裂隙区半径。鉴于初始地应力作用下裂隙区公式计算的复杂性,对于等向围压的岩体,引入了强度折减系数用于计算裂隙区半径,并通过ANSYS/LS-DYNA软件模拟出不同初始地应力作用下的岩体爆破时的裂纹扩展规律,并验证公式的适用性。得出结论:初始地应力作用下的岩体产生的爆破压碎区呈现类椭圆状,且随着初始地应力的增大其压碎区半径有着一定的增大趋势。单向初始地应力作用下对于爆破产生的主裂纹扩展起导向作用,裂纹的长度随着初始地应力的增大而逐渐减小,表现为抑制作用;双向等压地应力作用下主裂纹的扩展趋势为沿着最大主应力方向大致成45°角,强度折减系数的引入有效的考虑了初始地应力作用下的岩体裂隙区半径;不等向初始地应力的裂纹扩展方向为沿着岩体最大主应力方向成一定角度,当一侧围压固定不变时,该角度会随着另一侧围压的改变而逐渐增大或者减小。

摘要： 为研究地应力状态对单侧隧道中爆炸平行双线隧道衬砌动力响应的影响,利用Dynain文件法进行地应力平衡,将生成的地应力平衡结果应用于后续爆炸问题数值模拟。采用Hypermesh及Ls-dyna建立三维耦合有限元模型,获得上覆30m围岩的隧道初始地应力状态,结果表明应用dynain文件法能够较为准确的进行地应力平衡.复现模型的初始地应力状态。可为同类工程数值模拟和设计提供有益借鉴。

摘要： 研发了一种掺入了较多HCSA型膨胀剂的自膨胀锚杆,可提升锚杆的极限抗拔力。但对于刚度较低、易变形的介质,自膨胀锚杆的锚固力提升主要因素还不确定。为探明自膨胀锚杆在各向异性初始地应力软岩中的抗拔力提升效果,采用3种壁厚的钢管模拟不同径向刚度的围岩,向钢管内部加入不同膨胀剂掺量的自膨胀锚固材料,通过测试锚固结构的径向膨胀应力和变形的演化规律,推导了在各向异性初始地应力中自膨胀锚杆膨胀应力和位移的分布解析式,建立了应力、变形与钢管壁厚、膨胀剂掺量的关系。基于ABAQUS数值模拟方法验证了公式与试验相吻合,并通过拉拔模拟得到了自膨胀锚杆在低刚度岩土体中的膨胀规律和极限抗拔力的提升效果。研究结果表明:①降低钢管壁厚时,不同膨胀剂含量自膨胀锚杆对应的应力-变形的变化趋势高度一致,在膨胀剂含量较大时,降低钢管壁厚,径向膨胀应力仅减小8.6%,但径向变形量却增大117%,说明扩大头效应更明显。②膨胀剂含量为25%的自膨胀锚杆极限抗拔力在不同刚度的围岩中提升幅度相近,但自膨胀锚杆在相对较高的围岩中抗拔力峰前能量增幅明显更大,达到819%。说明摩擦力对自膨胀锚杆锚固性能的影响比扩体效应更优。最后,建立了以软弱围岩强度参数和初始应力等为判据的膨胀剂掺量设计公式,并在某岩质边坡进行了现场试验,试验结果验证了该公式的可行性。

摘要： 色季拉山因临近喜马拉雅东构造结核心区域,受块体隆升和挤压作用,构造应力水平较高,初始地应力场背景复杂,该区域的科学研究和工程实践工作相对较少.为了研究交通廊道区现今地应力场特征,进行了深孔地应力测量、数据统计、回归分析等研究工作.共布设12个深孔,采用水压致裂法获取了108段地应力实测数据,最大测试深度1410.2 m.对测量结果分析得出结论:色季拉山交通廊道区的最大水平主应力方向和大小与区域地应力背景值基本一致;优势方位为NE-NEE向;最大水平主应力梯度系数略高于地区背景值,为2.5～4.3 MPa/100 m;场区三向主应力值的关系为:最大水平主应力>最小水平主应力>垂直主应力;对地应力数值进行统计、分析,找到了3个不同地应力特征区段,远离东构造结核心区域,向西南方向构造应力呈减弱趋势;采用最小二乘法的回归分析方法,拟合获得不同区段特征深度以下最大水平主应力随深度变化的线性公式,据此可估算测量深度级范围附近的地应力值大小.通过地应力测量和研究得出的色季拉山交通廊道现今地应力场特征对于该地区工程选线和勘察设计具有重要意义,采用的深孔地应力测量、区域构造成因分析、地应力场分段、线性分布特征深度划分等初始地应力场研究方法可为后续类似越岭山区地应力研究工作提供重要参考.

摘要： 针对重力式挡土墙墙后分层填土对墙身受力影响的问题,深入研究分析墙背土压力动态变化值及规律性,利用大型通用有限元分析软件ADINA,建立了平面应变单元及墙、土接触单元的有限元计算模型,并且综合考虑墙后回填土Mo-hr-Coulomb材料本构模型,初始地应力场平衡、墙后回填土分层碾压填筑,设置墙、土之间的接触受力进行有限元分析计算,最终采用库仑主动土压力理论计算、预埋土压力仪器监测与有限元仿真计算结果进行对比分析,能够准确地反映墙后回填土因分层填筑而导致土压力变化的规律及三者偏差幅度规律,为同类重力式挡土墙在土基上的设计和施工提供科学的技术支撑和经验参考.

摘要： 压裂液的注入将导致储层地应力的重新分布,引起套管外载荷和受力状态的改变,进而影响套管的强度安全性.为了研究压裂工况对地应力重新分布规律的影响,应用弹性力学理论和地应力叠加原理,结合隐式/半隐式有限差分分析方法,以实际井为例建立了射孔后储层-水泥环-套管模型,模拟初始地应力场和压裂过程,分析了压裂泵压对地应力重新分布规律的影响.研究结果表明:计算终止变形值设置为10-4时,z方向最大地应力为60.25 MPa,变形值设置为10-8时,最大地应力为60.91 MPa,二者相差1.10％;压裂泵压分别为65、80和95 MPa时,z方向最大地应力分别为105、129和133 MPa;泵压增加23％时,地应力增加23％,泵压增加19％时,地应力增加3％.采用的研究方法可提高压裂工况下地应力的预测精度,同时可为套管强度安全性分析提供载荷依据.

摘要： 随着浅部资源开采逐渐进入深部,深井高地应力问题愈发严重.为研究深部金属矿山回采过程中由于采切工程带来的单侧高地应力问题,通过理论分析推导了深部无限岩体内炸药爆炸压碎圈半径、裂隙圈半径的扩展公式,认为初始地应力对炸药爆破裂隙具有抑制作用,且对裂隙圈半径扩展的抑制作用更明显.不同单侧围压下组合孔爆破模型试验结果表明:随着单侧围压加大,组合孔爆破漏斗体积减小,炸药单耗增加,单侧围压加大对组合孔爆破同样呈抑制作用.在理论分析和模型试验的基础上,采用LSDYNA软件建立了赞比亚谦比希铜矿井下采场三维模型,开展了单向围压15 MPa下采场组合孔爆破参数(孔距、抵抗线)优化研究.研究表明:当抵抗线W=1.8 m、孔距a=2.4 m时,即W=23.68?、a=31.58?(?为炮孔直径)时,爆破漏斗体积得到最大值,此时可取得最大的炸药能量利用率.研究结果对于矿山现场爆破参数优化具有一定的参考价值.

摘要： 依托于横江梅林大型水利枢纽工程,利用有限元通用软件Abaqus,建立岩石地基+中墩结构+帆的FEM模型,同时采用Tie理论模拟了帆与中墩结构两者之间的受力关系,根据4种不同设计工况,计算得到整个模型的应力及位移结果,分析整个模型的受力状态及变形规律;提出结构应力较大的部位需加强配筋的建议,FEM仿真分析的结果能够为此类复杂结构的设计及配筋方案提供技术支撑和经验参考.

摘要： 强度折减有限元法在边坡稳定性分析中已得到广泛应用,但目前大多针对均质边坡,较少涉及非均质边坡.将强度折减有限元法应用于非均质边坡,仍有一些问题未解决.本文探讨了不同单元类型和网格大小对计算精度的影响,研究了初始地应力对计算结果的影响,分析了边坡失稳破坏的过程.结果表明:三角形二阶单元对网格大小要求低且精度较高;初始地应力对计算结果有一定影响,考虑初始地应力时计算结果偏小;以特征点位移突变结合塑性区贯通为失稳判据更能反映边坡真实的稳定性.最后,通过算例验证了结论的可靠性.

摘要： 对于地下洞室的稳定性分析,初始地应力的回归分析是十分重要的第一步.现行的初始地应力回归方法如函数法、位移反分析法、边界法等不易操作,且准确度也不高.本文以黄岛地下水封石油洞库为例,根据实测的初始地应力拟合出水平向主应力与竖直向自重应力的关系,在已有自重应力计算结果的基础上,通过坐标变换,将拟合出的水平向主应力转换至模型坐标下的正应力和剪应力,利用FLAC3D的FISH语言,遍历所有单元读入上一步得到的正应力和剪应力,计算至收敛后直接生成初始地应力场.将回归结果与现场实测结果进行对比分析,相对误差在10％以内,取得了较好的效果,此种方法简单且有效.

摘要： 从弹性力学理论出发，借鉴地面钢筋混凝土结构中构件锈胀开裂的研究成果，并考虑地下锚固环境受围岩及初始地应力影响的特殊情况，引入围岩初始应力影响系数以及围岩初始应力影响函数两个变量，对锚杆锈蚀导致砂浆保护层开裂的过程进行了分析。研究结果表明围岩初始应力对砂浆保护层的最大开裂半径起着控制作用，当围岩初始应力超过某一临界值时，砂浆内部裂缝会稳定扩展到砂浆外表面，而当围岩初始应力低于这个值时，砂浆内部裂纹最大稳定扩展半径随应力的增加近似按线性关系变化。针对理论结果，采用有限元分析方法对其进行了验证，验证结果表明二者吻合很好。

摘要： 优化设计可以获得全局的最优解。基于大型商业软件ANSYS的优化设计进行二次开发,分别采用初始荷载法和初始位移法,对实际工程的初始地应力场进行了反演分析。反演结果表明,基于优化设计的初始地应力场的反演分析结果与实测结果吻合良好。

摘要： 为了解初始地应力对软弱围岩隧道衬砌力学行为的影响,利用大型有限元软件ANSYS,通过变换侧压力系数和初始地应力水平模拟不同的初始应力场,分析了各应力场作用下衬砌的力学行为.计算模型中视围岩为弹塑性体,衬砌结构为弹性体.分析表明:初始应力水平对软弱围岩衬砌力学性状的影响强烈,相对来说,围岩应力水平对衬砌受力的影响比侧压力系数敏感;而在竖向应力水平一定时,围岩侧压力系数为0.4～1.0时对衬砌受力较为有利,此时衬砌受力较均匀.

摘要： 运用岩体工程地质力学方法和数理统计原理,建立了初始地应力场的三维有限元反演及回归分析模型.该模型克服了边界调整法等一般反分析法的不足,具有很好的实用价值和易操作性,能够方便较为准确地反演区域初始地应力场.

摘要： 为分析沉管隧道的整体沉降以及接头张开、剪切变形等工程关注问题,重点研究了基于地层-结构法的沉管隧道建模方法,探讨了隧道初始地应力平衡、施工顺序的模拟、材料的本构模型以及接触关系的模拟等主要问题;通过建立港珠澳沉管隧道模型验证上述方法的可行性,并分析了初始地应力平衡的效果、隧道沉降变形以及接头相对变形,得到如下结论:①进行地应力平衡后的土体应力场与土层埋深近似成正比,位移场基本为0;②20 m回淤土荷载引起港珠澳沉管隧道最大沉降增量约为9.6 cm,航道处清淤会产生明显的回弹变形,对沉降变形的影响范围约超出清淤范围一个管节左右.

摘要： 岩体参数具有结构性和随机性的空间变异特征，其导致岩体参数具有不确定性。本文结合某地下工程的地质勘探资料、试验洞量测资料，一方面通过应用地质统计学理论建立岩体参数变异数学模型，优选出理想实验变差函数参数值，实现岩体参数的普通克立格估计，求得试验洞区域岩体弹性模量值；另一方面，假设初始地应力成线性分布，应用位移反分析方法求得试验洞相邻围岩弹性模量值；且通过应用三元件模型，求出试验洞相邻围岩粘弹性参数值，结果表明两种方法结果相对误差仅1.27%。

摘要： 基于边坡稳定性分析的任意条分方法,引进作用在边界块体上的虚拟平衡力,同时在满足三维极限平衡条件下,求解岩质边坡中块体组合安全系数,得到最不稳定块体组合.在单面滑动的块体组合分析中,初始地应力作为已知量来考虑,并且满足静力平衡条件中的未知数和方程数目相等.在双面滑动的块体组合分析中,初始地应力作为主动力考虑,并且满足静力平衡条件中的未知数的数目超过了方程式的数目,从而必须对多余未知数作假定.该块体组合安全系数求解方法能为具有不同产状结构面的岩五边坡稳定性分析提供理论依据.

摘要： 张河湾抽水蓄能电站位于河北省井陉县测鱼镇甘陶河干流上.电站安装4台单级混流可逆式水泵水轮机组,总装机容量为1000 MW.地下厂房开挖尺寸(长×宽×高)为151.1×23.4×48.3m.为进一步研究地下厂房围岩稳定性和优化设计参数,本研究在地下厂房近旁进行了模型洞围岩观测试验研究,依据模型洞围岩收敛位移、钻孔多点位移、锚杆应力观测结果,进行了反分析,计算结果为:水平应力为2.52～2.88MPa,应力比值0.7～0.8,弹性模量为26.0 GPa.依据反分析的围岩初始地应力及变形参数,对主厂房及主变室围岩位移及应力分布进行了预测,结果表明,围岩变形均较小,且与地下厂房围岩位移实测值一致性较好.

摘要： 为获得金沙江乌东德水电站工程区的岩体初始应力场,运用多元回归分析方法对地应力实测资料进行了回归拟合.文章介绍了基于三维有限元正演分析和将岩体自重及构造应力作为地应力的主要组成因素的多元回归分析方法及其在乌东德水电站的应用结果.结果表明:计算值能够较好地拟合实测值,证明自重应力水平构造应力是形成地应力主要因素.根据回归分析结果,获得了整个工程区域岩体的地应力分布.

摘要： 本发明属于地下工程数值模拟技术领域，公开了一种显式动力学地应力初始化方法、系统、介质、计算机设备，显式动力学地应力初始化方法包括：根据实际地下工程问题建立数值模型；并根据具体的地理环境为模型赋予相应的动力学参数；对建立的数值模型设置特定的边界条件；对模型进行显式动力学计算直至模型达到稳定。本发明直接将应力初始化过程整合到显式动力学的计算流程中，大大地简化了传统的应力初始化方法，并且操作简单，对模型的材料、边界等的设置容易，最终能够得到较为准确的地应力分布情况，优化了深地工程数值模拟领域的一个关键性问题。

摘要： 本发明属于地下工程数值模拟技术领域，公开了一种显式动力学地应力初始化方法、系统、介质、计算机设备，显式动力学地应力初始化方法包括：根据实际地下工程问题建立数值模型；并根据具体的地理环境为模型赋予相应的动力学参数；对建立的数值模型设置特定的边界条件；对模型进行显式动力学计算直至模型达到稳定。本发明直接将应力初始化过程整合到显式动力学的计算流程中，大大地简化了传统的应力初始化方法，并且操作简单，对模型的材料、边界等的设置容易，最终能够得到较为准确的地应力分布情况，优化了深地工程数值模拟领域的一个关键性问题。

摘要： 本发明公开了一种基于应力解除法确定岩体三维初始地应力的方法，属于地应力测量技术领域。首先在隧道岩壁上同一截面区域，通过调整测量点与隧道水平面之间的夹角θ选取可测试的3个测量点；采用应力解除法并结合弹性力学胡克定律分别计算各个测量点的扰动应力分量σ′θ、σ′z和τ′zθ；根据弹性力学建立3个测量点处9个扰动应力分量与三维初始地应力六分量之间的9个数学方程。从中选取6个独立方程，即可求得测点处的三维初始地应力六分量。该方法弥补了目前基于应力解除法确定岩体三维初始地应力方法的不足，具有操作简单、经济、便于测量和计算方便的特点。

摘要： 本发明公开一种基于扁千斤顶测量确定岩体三维初始地应力的方法，属于地应力测量技术领域。首先在隧道岩壁上同一截面或者同一截面附近区域，通过调整测量点与隧道水平面之间的夹角θ及扁槽与隧道轴线之间的夹角α，选取可测试的6个测量点；采用扁千斤顶法分别测得各个测量点的扁槽法向应力分量σθ”；通过岩石力学试验或地质报告确定测量点附近岩石的泊松比v；结合弹性力学计算测量点附近区域岩体的三维初始地应力分量。该方法将扁千斤顶测量方法在保证测量精度的情况下由一维拓展为三维，具有操作简单、经济、便于测量的特点。

摘要： 本发明提供了一种复杂地质条件下区域初始地应力场反演方法及装置，涉及岩土力学领域，可应用于页岩气开采、南水北调等大区域背景下初始应力场反演分析。所述复杂地质条件下区域初始地应力场反演方法包括：确定预设区域内一个或多个小区域模型的优化边界条件，所述小区域模型与地应力测试点对应；利用所述优化边界条件，反演所述一个或多个小区域模型的初始地应力值，获得所有小区域模型的初始地应力场；将各小区域模型的优化边界条件施加到预设区域内除所述一个或多个小区域外的其它区域对应的区域模型，反演出其它区域模型的初始地应力场。该方法过程简单，可以弥补现有地应力反演理论中区域地应力反演精度和效率低的不足。

摘要： 本发明公开了一种基于应力解除法确定岩体三维初始地应力的方法，属于地应力测量技术领域。首先在隧道岩壁上同一截面区域，通过调整测量点与隧道水平面之间的夹角θ选取可测试的3个测量点；采用应力解除法并结合弹性力学胡克定律分别计算各个测量点的扰动应力分量σ′θ、σ′z和τ′zθ；根据弹性力学建立3个测量点处9个扰动应力分量与三维初始地应力六分量之间的9个数学方程。从中选取6个独立方程，即可求得测点处的三维初始地应力六分量。该方法弥补了目前基于应力解除法确定岩体三维初始地应力方法的不足，具有操作简单、经济、便于测量和计算方便的特点。

摘要： 本发明公开了一种考虑走滑断裂活动影响的初始地应力场反演方法，涉及地质勘察领域，包括：获取待分析区域的地形地质资料和地应力测量结果；根据地形地质资料，建立模拟了断裂带的三维有限元模型；对地应力测量结果的坐标系进行变换；根据坐标系变换后的地应力测量结果，设定三维有限元模型的边界条件；通过多元回归法，对三维有限元模型进行回归分析，并通过显著性检验计算，检验回归效果，得到初始地应力场反演结果。本发明适用于含有走滑断裂活动的工程岩体区域，充分考虑了断裂带两侧岩体的自重和地质构造作用，其地质构造作用通过边界位移来体现，使岩体地应力反演结果更加符合实际。

摘要： 本发明公开了复杂地质条件下初始地应力场加速优化反演方法，包括步骤：建立用于应力场反演计算的三维地质模型；确定构造应力边界的施加方式和范围值，再通过数值计算求得各应力边界条件下的测点应力计算值；将应力边界条件作为网络输入，以测点应力计算值作为网络输出，建立代理模型的学习样本，并将该学习样本带入代理模型中进行训练；基于训练好的代理模型，使用遗传算法在训练好的样本范围内进行快速寻优，得到最优应力边界条件；以最优应力边界条件反演计算得到区域范围内的初始地应力场。通过本发明提供的反演方法，可快速高效的实现地应力场的反演，还能保证计算结果和实测值之间较高的精度。

摘要： 本发明公开了在岩体初始地应力场反演中构造边界荷载形式的确定方法，通过显著性检验后，则表示实测水平挤压构造应力与深度呈所采用函数分布的依据是很强的或强的，然后将通过显著性检验后的水平挤压构造应力施加到数值模型边界上，其可以避免施加沿深度实际分布不一致的水平挤压构造应力，从而可提高施加构造边界荷载的准确度，故能反演得到一个与实测原位地应力匹配的岩体初始地应力场，提高了岩体初始地应力场的反演精度，且所采用函数是通过p值客观地选取，无主观性；此外，若有两种及以上函数的p值≤0.05，则采用残差平方和最小的函数分布水平挤压构造应力，其可以反演获得与实测原位地应力最匹配的岩体初始地应力场。

摘要： 本发明公开了数值模型的初始地应力平衡方法、系统、设备及存储介质，包括获取原始数值模型中所有节点的位移向量序列，分别与对应节点的初始位置坐标向量进行反向叠加，对数值模型的网格进行重构；并对平衡后的数值模型进行常规静力分析，得到平衡后数值模型的常规静力分析结果；对数值模型的网格进行迭代重构，直至满足预设收敛条件，并获取平衡后的数值模型的常规静力分析结果，置零处理后，得到所述初始地应力平衡结果；本发明采用将节点位移平衡向量与对应节点的位移向量序列叠加，对数值模型的网格进行重构，利用节点位移平衡向量抵消数值模型的位移场，实现了对数值模型的初始地应力的平衡；操作过程简单，结果易收敛，准确度高。