利用地应力实测数据讨论地形对地应力的影响
第23卷 第23期
岩石力学与工程学报 23(23)：3990～3995
2004年12月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec.，2004
2004年3月8日收到初稿，2004年4月29日收到修改稿。
作者 陈群策 简介：男，40岁，硕士，1986年毕业于中国地质大学(原武汉地质学院)地质力学专业，现任副研究员，主要从事原地应力测量及应力场方面的研究工作。E-mail ：chenqunce@https://www.360docs.net/doc/1f4994350.html, 。
利用地应力实测数据讨论地形对地应力的影响
陈群策 毛吉震 侯砚和
(中国地震局地壳应力研究所 北京 100085)
摘要 首先详细描述了研究区域内2个钻孔的水压致裂地应力测试结果，包括测试段深度、最大和最小水平主应力的量值以及诱发破裂的印模定向试验结果。此外，还对测区内地质构造、地形地貌条件以及地层岩性进行了简要的介绍。经过对地应力测试结果以及相关数据的初步分析，发现对于相距仅280 m 左右的2个钻孔，其地应力状态及其分布规律存在较大的差异。为此，结合三维有限元数值模拟技术，对研究区域的地应力赋存状态和分布规律进行了更为详尽的分析，进一步研究和讨论了地形条件对地应力状态的影响和控制作用。 关键词 岩石力学，地应力，地形，有限元方法
分类号 TD 311 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)23-3990-06
STUDY ON INFLUENCE OF TOPOGRAPHY ON IN-SITU STRESS BY INTERPRETATION OF MEASUREMENT DATA OF IN-SITU STRESS
Chen Qunce ，Mao Jizhen ，Hou Yanhe
(Institute of Crustal Dynamics ，China Earthquake Administration ， Beijing 100085 China )
Abstract The measurement results of in-situ stress by hydraulic fracturing in two boreholes are described in detail ，including the depth of test section ，the maximum and minimum horizontal principal stresses ，and the test results of induced fracture impression. In addition ，the characteristics of tectonics and topography of study area as well as the relevant rock mass properties are presented. According to the interpretation of test data ，it is found that there exist considerable differences between the in-situ stress states of two boreholes which are only 280 m apart. With the aid of three dimensional finite element simulation technique ，analysis on the distribution of in-situ stress in study area is carried out ，and the influence of topography on in-situ stress state is studied. Key words rock mechanics ，in-situ stress ，topography ，finite element method
1 引 言
影响地应力赋存状态的因素较多，其中主要包括区域应力场环境特征、地质构造条件、岩体力学性质(包括岩体变形模量、泊松比和岩体的完整程度等)以及地形地貌条件。对于一个具体的研究区域而言，上述几种因素从不同的角度影响地应力的大小
和方向，对现今地应力的分布规律起着联合控制作用。深入分析和研究它们对地应力的控制规律和作用，有利于揭示地应力分布规律的内在成因机制，对于重大工程的设计和施工以及地球动力学的基础研究具有重要的意义。
关于地形对地应力的控制和影响，相关研究人员从不同角度进行了有益的探讨[1
～8]
。这些研究和
探讨广泛涉及到对不同地形条件下地应力实测结果
第23卷第23期陈群策等. 利用地应力实测数据讨论地形对地应力的影响 ? 3991 ?
的分析和讨论，以及利用解析方法或数值模拟技术进行的理论分析等方面的内容，其研究结果深化了人们关于地形条件对地应力影响的认识，也由此引起相关领域的科研人员和工程技术人员对这一问题的重视。
本文给出的地应力测试结果具有典型意义。在相距不远的2个测试钻孔中(水平距离约280 m)，利用水压致裂方法得到的地应力状态存在明显的不一致性，尤其是地应力的方向更是相差近90°。对该测试结果进行深入的分析，不仅有利于全面认识和把握研究区域内地应力的分布规律，从而为工程实践提供可靠的地应力依据；而且，据此分析获得的认识和结论对于开展相关的研究和工程实践也具有一定的参考和借鉴作用。
文中首先对研究区域的地形地貌条件、地质构造发育情况、地层岩性的分布情况以及测试钻孔概况等测试条件进行了简要的描述，详细给出了2个钻孔的地应力测试结果，包括每个测段获得的地应力量值大小以及相应测段获得的主应力方向。在此基础上，结合三维有限元数值模拟技术，对研究区域现今地应力的分布特征和规律进行了深入的分析，并着重研究和总结了地形地貌条件对地应力分布状态的影响和控制规律。
2 地应力测试结果
2.1测试情况简介
某水电站位于云南省红河哈尼族、彝族自治州绿春县与思茅地区江城县交界的李仙江河段上，是李仙江干流梯级开发的第6个梯级电站，控制流域面积17 170 km2。该电站拟建为地下厂房型电站。根据设计要求，需了解工程区域内坝址以及地下厂房附近的原地应力状态，为此，在左岸地下厂房附近以及位于河谷的坝轴线位置各安排一个垂直钻孔，孔深分别为220 m(ZK1)和150 m(ZK2)。在这2个钻孔中，利用水压致裂原地应力测量方法进行地应力测试。工程区的地形地貌特征以及地应力测试钻孔的位置如图1和2所示。李仙江自北向南流经该区域，总体走向近SN方向，在该区的南部偏向ES方向。ZK1位于距河谷较远的左岸山体中，钻孔ZK2位于河谷中的坝轴线位置。2个地应力测试钻孔分别位于工程区域内不同的单元中，便于从总体上对工程区域内的应力分布规律有一个全面把握，这是布设地应力测试钻孔的基本原则和考虑。另外，钻孔ZK1位于地下厂房附近，钻孔ZK2位于坝轴线附近，这也有利于对主要工程部位的现今地应力状态的把握。
图1 工程区地形地貌及测试钻孔位置三维示图Fig.1 Illustration of topography of study area and borehole positions
图2 工程区地形地貌及测试钻孔位置俯视图
Fig.2 Topography overlook of study area and positions of test boreholes
现场测试采用水压致裂原地应力测量方法，关于其测试原理及测试步骤可参见文[9]。测试钻孔ZK1位于地下厂房位置，孔口标高522 m，孔深230.11 m，183 m以上孔径为φ91 mm，183 m以下孔径为φ76 mm，清水钻进。该孔183 m以上由于裂隙极为发育、岩芯破碎，无法进行测试。测试深度主要分布在钻孔下部183～225 m范围内，对应高程为339～297 m，位于工程区域内河床基准面以下。
为确保资料的可靠性，根据水压致裂应力测量的技术要求，选择的试验段要求无明显原生裂隙、岩石完整、孔壁均匀。在该孔共选择8个试段进行了水压致裂应力测量，其中7个试段获得了成功，
ZK1
ZK2
N
地下厂房
ZK1 8
m
750 m
N
A
B C
D
李
仙
江
河
谷
? 3992 ? 岩石力学与工程学报 2004年
深度分别为187，189，192，199，208，213和220 m，试段长度为0.8 m。7个测试段均获得了明显的破裂压力，记录曲线完整，各压力参数点比较明确。
为确定最大水平主应力方向，对192，208和220这3个测试段进行定向印模测试，据此确定的最大水平主应力方向分别为SN，N4°E和N2°W。
ZK2号孔位于上坝址河床坝基中轴线上，河床面的高程约为360 m。该孔口高程365.42 m，孔深150 m，0～60 m孔径为φ91 mm，60～150 m孔径为φ76 mm。该钻孔岩性主要为安山岩。根据钻孔岩芯完整程度、裂隙发育状况和深度分布共选12个压裂测试段。在实际测试过程中，获得10个测段的有效数据，深度分别为32.36，37.21，53.66，64.98，80.39，98.01，108.92，122.97，130.66和142.77 m。在此基础上，于上述压裂段内选择4个测段进行了定向印模测试，深度分别为53.66，80.39，108.92和142.77 m，获得了相应测段的破裂方位，进而确定了对应深度的最大水平主应力方向，见表1。
2.2测试结果及初步分析
将2个钻孔的地应力测试结果列于表1中，其中包括最大和最小水平主应力S H，S h以及根据上覆岩体埋深计算得到的垂向应力S v。此外，在表1中还给出了相应测段的印模定向结果。为了对测试结果有更为直观的了解，将2个钻孔中的地应力测试结果绘成随深度变化图，如图3所示。
通过对测试结果的分析，对研究区域内2个钻孔中的地应力测试结果得到以下几点初步认识：
(1)ZK1钻孔实测结果表明，在孔深183～220 m 范围内，最大水平主应力值为8.05～9.6 MPa；最小水平主应力值为5.04～6.09 MPa。在整个测试域内(近40 m深度范围)，应力值随深度没有明显变化；在ZK2钻孔的32～143 m测试范围内，最大水平主应力值为5.4～14.36 MPa；最小水平主应力值为4.4～7.36 MPa。该孔内地应力测值变化相对较大，且表现出随深度逐渐增加的趋势。
(2) ZK1钻孔实测的最大水平主应力方向为N2°W～N4°W，平均方向为N2°W±2°；ZK2孔为N62°～85°E，平均N72.3°E±11.7°，与测点附近的河谷走向近似垂直。对每个钻孔而言，于单个钻孔中得到的最大水平主应力方向一致性较强，而2个钻孔的主应力方向相差较大，二者近似垂直，显示2个钻孔所在位置位于不同的应力单元和环境中。
(3) 对2个钻孔中获得的地应力的量值进行进一步的分析还可以看出，ZK2钻孔测得的应力值明显高于ZK1钻孔的测值。在ZK1钻孔的220 m深度，其最大水平主应力值为8.67 MPa，最小水平主应力值为5.16 MPa；而在ZK2钻孔最大测试深度143 m 处，其最大水平主应力值为12.98 MPa，最小水平主
表1 水压致裂应力测量结果
Table 1 Results of in-situ stress measurements by hydraulic fracturing
应力值/MPa 破裂方位/(°)
钻孔编号序号压裂段深度/m
S H S h S v
1 187.00～187.80 8.84
5.33
4.95
2 189.00～189.80 8.86
5.35
5.00
3 192.00～192.80 8.39
4.88
5.08 SN
4 199.00～199.80 8.96
5.45
5.27
5 208.00～208.80 8.05
5.04
5.50
N4°W
6 213.00～213.80 9.60
6.09
5.64
ZK1
7 220.00～220.80 8.67
5.16
5.82
N2°W
1 32.36～33.16 5.40
4.40
0.86
2 37.21～38.01 8.45
4.45
0.98
3 53.66～54.46 11.11
7.11
1.42
裂隙走向N68°W
4 64.98～65.78 6.72
4.72
1.72
5 80.39～81.19 8.37
6.37
2.13
N85°E
6 98.01～98.81 10.04
6.04
2.59
7 108.92～109.72 11.65
6.65
2.88
N62°E
8 122.97～123.77 13.29
7.29
3.25
9 130.66～131.46 14.36
7.36
3.46
ZK2
10 142.77～143.57 12.98
6.98
3.78
N70°E
第23卷 第23期 陈群策等. 利用地应力实测数据讨论地形对地应力的影响 ? 3993 ?
(a) 钻孔ZK1 (b) 钻孔ZK2
图3 水平主应力随钻孔深度的变化规律
Fig.3 Distribution of horizontal principal stress with depth of boreholes
应力值为6.98 MPa 。
3 应力场有限元模拟计算及综合分析
综上所述，在2个相距不远的钻孔中(水平距离约280 m)，利用同样的测试方法得到的地应力测试结果存在明显的差异，具体表现为地应力的量值和方向，尤其是地应力的方向差别更是明显。那么，导致工程区域内应力场发生这种变化的主要原因是什么呢？
大量的工程实践和科学研究表明，对于一个地区的地应力分布规律起主要作用的影响因素包括区域应力场环境特征、岩体的力学特征、地质构造条件以及地形地貌特征。根据相关的地质调查和研究资料可知，在该工程区域范围内(如图1，2所示的地质空间范围)，未发现较大规模的断层，研究区域内分布的地层岩性主要为安山岩和凝灰岩，另分布有少量的辉绿岩、火山角砾岩及泥岩。钻孔ZK1位于地下厂房附近，孔深183 m 以下的地层主要为辉绿岩；钻孔ZK2位于坝轴线上河谷附近，该孔中的地层主要为安山岩。根据研究区域内相关的岩石力学参数的测试结果，微风化～新鲜的安山岩和辉绿岩的弹性模量为12～15 GPa ，其变形模量为10～12 GPa 。由此可见，2套地层的岩石力学参数相当接近，可以认为，这样的地层岩性差别不会造成对地应力
分布状态的较大影响。再有，由于2个测试钻孔距离很近，显然，它们应该处于相同的区域应力场环境中。在上述分析的基础上，可以初步认为，控制该研究区域内现今地应力分布规律和特征的主导因素是局部的地形地貌条件。
文[1]曾给出于美国威斯康辛州一处石英岩体中的水压致裂原地应力测量结果：在20 m 深度以上和30 m 深度以下范围内的应力状态明显不同，从地应力的量值上看，浅部的地应力值远远小于根据下部实测结果推算的地应力值；就应力方向而言，浅部和深部的应力方向几乎相差90°。文[1]结合测区的地形地貌特征对测试成果进行综合分析，认为该区的地应力分布状态明显受控于局部的地形地貌条件。
如上所述，本文的地应力测试结果也显示出类似的地形对地应力的影响和控制作用。最为明显的表现为在相距较近的钻孔中的地应力方向发生了明显的偏转，二者相差近90°。为了对此现象进行深入的分析、全面地把握本区的地应力分布规律，下面利用有限元数值模拟和反演分析技术对研究区域的现今应力场进行进一步的分析和讨论。
目前，利用有限元数值模拟方法进行地应力场的反演研究已得到广泛的应用。根据有限元计算模型涉及到的力学本构关系的不同，反演方法还可分为线性[10]和非线性[11]2种主要类型。本文中的力学
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模型为线弹性力学本构关系，因而采用多元线性回
归计算方法。
首先确定有限元模型的计算域。计算域为三维空间，在平面上为800 m×750 m的矩形，2个钻孔距模型边界的距离大于230 m。以高程为50 m的平面作为计算模型的底部边界，其上部边界为地形自然起伏面(如图1，2所示)。计算模型共划分出单元24 541个，节点6 484个(如图1所示)。单元类型为四面体6节点等参单元。模拟计算过程中，对模型底边界、模型的西部边界(对应图2中A-B边界)和北部边界(对应图2中A-D边界)施加法向位移约束；上边界为自由界面；其余2个边界施加压力载荷。利用在ZK1和ZK2这两个钻孔获得可靠应力方位的7个测段的测试结果，将其转换为应力分量的形式，作为应力场反演计算中的应力约束数据。
根据以上所述的边界位移和应力约束条件，进行反演计算，分别获得BC和CD两个侧面承载的边界应力的量值。BC边界的应力大小随深度线性增加，变化梯度为0.012 MPa/m，高程800 m为该边界上的起算点，即零点；CD边界的应力随深度的变化梯度为0.028 MPa/m，高程600 m为该边界上的起算点。该反演计算结果反映了SN向为最大主应力方向的区域应力场特征。
将所有的载荷(连同已知载荷如重力载荷)联合作用，正演计算出研究区域内的地应力空间分布。为了分析和研究的方便，从中生成以下图件：
(1) 研究区340 m高程平面内最大主应力轨迹线图；
(2) 地下厂房及钻孔ZK1和ZK2附近340 m高程平面内最大主应力轨迹线图；
(3) 钻孔ZK1和ZK2所在纵剖面内最大主应力等值线图。
首先，从图4中可以看出，整个研究区域内的最大主应力方向总体上近SN向，但在局部有较大的变化。钻孔ZK1及地下厂房附近的最大主应力方向为NNE向，近SN向展布；钻孔ZK2附近及靠近河谷区域附近的最大主应力方向为NEE向，近EW向(如图4，5所示)。
另外，从图6所示的最大主应力等值线图中可以看出，在距离河谷较远的ZK1钻孔附近，最大主应力的分布比较均匀，在该钻孔穿越的整个深度范围内(220 m左右)，应力值由小到大逐渐增大，在其底部40 m左右的范围内(对应的实测深度范围)，最大主应力为8～10 MPa，与实际测试结果基本一致
图4 研究区340 m高程平面内最大主应力轨迹线图Fig.4 Track map of the major principal stresses of study area with elevation of 340 m
图5 地下厂房及钻孔ZK1和ZK2附近最大主应力轨迹线图
Fig.5 Track map of the major principal stresses in the adjacent areas of boreholes ZK1 and ZK2 with elevation of 340 m
(参见表1)。而对于钻孔ZK2来说，在其穿越的150 m 深度范围内，最大主应力的分布情况变得相对复杂，这首先表现为，在40～50 m以上的深度范围内，出现了明显的应力集中现象，在此深度域内，越靠近浅部，应力值越大，最大可达20 MPa左右；在50 m 以下的深度范围，应力值除局部的波动外，基本保持不变，并显示出随深度略微增加的趋势。上述有限元计算模拟结果与钻孔ZK2的实际测试情况也基本一致，所不同的是，在较浅的2个测试段(32.36～33.16 m和37.21～38.01 m)，其实测应力值较小(最大主应力分别为8.45和5.40 MPa)，未出现有限元计算结果中的应力集中现象。对此，笔者认为，在实际的地质体中，河谷部分由于应力集中现象的存
ZK2
ZK1
地下厂房
N
ZK2ZK1 N N
410 m
第23卷第23期陈群策等. 利用地应力实测数据讨论地形对地应力的影响 ? 3995 ?
图6 钻孔ZK1和ZK2所在纵剖面最大主应力等值线图Fig.6 Contours of the major principal stresses in the vertical section of boreholes ZK1 and ZK2
在，岩体承受强烈的挤压作用，发生破坏而失去了其原有的完整性，岩体中的应力、应变能随之得以释放，相应地，应力值也有所降低。而在有限元模拟计算的建模过程中，是将整个模型视为均匀的线弹性体，对应河谷处的介质力学参数比实际的地质体要高，由此计算得到的应力值也要高于实际的应力分布值。在钻孔ZK2的50～150 m深度域内，有限元计算值除80 m左右深度处的应力值稍有降低外，基本保持为11～12 MPa，这与该孔中的实际测试结果具有很好的一致性。
4 认识和结论
利用三维线弹性有限元数值模拟技术，较好地反演和再现了云南某水电工程区域内现今地应力的分布规律，与实际测试结果能很好地吻合，这说明给出的研究区域内的应力场分布特征是合理的。对比分析有限元计算结果和实际测试数据，可以认为，在本研究区域内，地形地貌条件对地应力的分布具有明显的影响和控制作用，并表现为如下特征：
(1) 研究区域内，河谷地形对局部地应力场的方向影响和控制作用明显。在靠近河谷的区域内，最大主应力方向偏离区域应力场的主方向，与河谷走向近于垂直，其主体方向为N(60°～70°)E；在远离河谷的区域，其最大主应力方向为近SN向，与区域应力场方向一致。
(2) 地形对地应力量值的分布也具有一定的影响。在钻孔ZK1中获得的测试数据，其上覆埋深较厚，但是其地应力的测量值与埋深相对较浅的钻孔ZK2中获得的实测数据相比，明显要小。通过对实测数据和有限元计算结果进行的综合分析，可以认为，这主要是由于局部的地形地貌条件而导致的应力集中的结果。
参考文献
1 Haimson B C. Near-surface and deep hydraofracturing stress measure-
ments in the Waterloo quartzite[J]. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr.，1990，17(2)：81～88
2 白世伟，李光煜. 二滩水电站坝区岩体应力场研究[J]. 岩石力学与
工程学报，1982，1(1)：45～56
3 朱焕春，赵海斌. 河谷地应力场的数值模拟[J]. 水利学报，1996，
(5)：29～36
4 施兆贤，丁旭初，安其美等. 拉西瓦水电站地应力测量及有关问题
的讨论[A]. 见：地壳构造与地壳应力文集[C]. 北京：地震出版社，1991，5：167～180
5 刘建中，梁海庆，刘玉琢. 用房山测点的水压致裂测量结果分析地
形起伏对应力测值的影响[A]. 见：地壳构造与地壳应力文集[C].
北京：地震出版社，1988，2：75～78
6 Tan
Chengxuan，Wang Ruijing，Sun Ye，et al. Numerical modeling estimation of the ‘tectonic stress plane’(TSP) beneath topography with quasi-U-shaped valleys[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science，2004，41(3)：303～310
7 Liu
L，Zoback M D. The effect of topography on the state of stress in the crust：application to the site of the Cajon Pass Scientific Drilling Project[J]. J. G. R.，1992，97(B4)：5 095～5 100
8 谭成轩，孙叶，王连捷. 地应力测量值得注意的若干问题[J]. 地
质力学学报，2003，9(3)：275～280
9 李方全，祁英男，刘鹏. 水压致裂压力测量及井温观测[A]. 见：
李方全，张伯崇，苏恺之等. 三峡坝区水库诱发地震研究——茅坪钻孔的现场测试与分析[C]. 北京：地震出版社，1993，11～19
10 邱祥波，李术才，李树忱. 三维地应力回归分析方法与工程应用[J].
岩石力学与工程学报，2003，22(10)：1 613～1 617
11 石耀霖. 巴西构造应力场的遗传有限单元法反演[J]. 地球物理学
报，2000，43(2)：166～173
应力单位：MPa
地应力测试步骤、所需仪器及注意事项总结——张念超
地应力测试步骤、所需仪器及注意事项总结从淮南到淮北，地应力测试做了五个孔了，成功率60%。虽然成功率刚刚过半，但这都是我们课题组在没有任何前辈莅临指导的情况下，经过多个井下不眠之夜，独立摸索完成的。虽然做地应力测试比较苦，但是虽苦犹乐，因为我们又掌握了一样新知识，新技术。 现根据我们在朱集矿和孙疃矿做地应力测试的情况，总结经验吸取教训，总结地应力测试步骤、所需仪器及注意事项如下： 1、地质钻打孔。 1.1步骤： (1) 地点选取。选取整体岩性较好区域的巷道，安设测点。测点巷道内应水电方便，地质钻工作时应不影响巷道运输。 (2) 打孔取芯。使用75/105型地质钻机，配直径为42mm/50mm的接长钻杆，并运用特制的取芯套筒（长度为2m和1m，直径为127 mm）及平钻头（直径为127 mm），在所测巷道岩壁上打直径为127 mm的水平钻孔，至巷道跨度的2～3倍深处，以保证应变计安装位置位于原岩应力区。当钻孔至预定长度时，取出岩芯，并编号套袋保护岩芯。 (3)打空心包体孔。利用自备的钻头（直径为127 mm），其上带有长370mm，直径36mm的小钻头，打同心小孔并取岩芯，同时将孔底磨平，并用锥形钻头打出7cm长的喇叭口，小孔深35～40cm。此小孔一杆打到底，钻孔过程中，必须利用2m长岩芯管定向。 (4) 冲洗钻孔。小孔成形后，抽出钻杆5cm，用钻机的水管冲洗。 1.2注意事项 (1) 钻孔要稍向上倾斜，并测量倾斜角度确切数值，一般控制在3°~5°，以便排水并易于清洗钻孔； (2) 打孔要一次用一种钻头，不要先打孔再扩孔，因为孔长度较大，容易导致两钻头轴向不在同一条直线上，进而产生台阶，安装时定位器会被卡住，孔就废掉了。 1.3仪器准备 (1) 矿方准备：75/105型地质钻机；42mm/50mm钻杆；长度2m和1m，直径127 mm 取芯套筒；直径127 mm平钻头，岩芯箱：1000mm×500mm×150mm。 (2) 矿大自备：记号笔；记录本；塑料袋；直径127 mm带有直径36mm的小钻头
地形图入库数据整理流程
1：:500地形图入库数据整理流程 本文针对1:500地形图建立数据库前数据整理工作流程进行介绍。按照《京维基础地形图内业整理技术细则》的要求，经拼图分幅、数据处理、属性录入、数据汇总、数据核查、拓扑检查、数据入库等工序，对1:500数字化地形图数据进行整理。 详细流程图如下：
一、准备工作 1、培训 主要是使员工对入库标准规范、cass处理流程、需要避免的问题等有具体的认知，达到数据能统一指标、统一流程、统一结果的目的。 2、上机实操 主要是测试培训的效果，以便为按实操能力对人员进行任务的分配做参考。 二、数据预处理 1、资料准备 收集项目有关的地形图的所有版本，以最新版作为标准，对每一分块进行简单预处理（伪结点删除，重复实体删除），并对每一分块的图层按规范整理，图层标准命名如下表： 2、数据预处理 根据项目区域图对收集的地形图进行无缝拼接，构成一个整体，按照规范对其进行分幅。 3、任务分配、时间安排 以图幅分单位，进行分配任务；根据任务量，并指定一个可实现的时间。 三、数据处理 以图幅为单位，按以下步骤进行地形图数据整理（按照面、点、线进行综合整理）
1、要素构面（JMD, SXM, ZBM） 一个图层中有点线面三种元素，所以在执行这一步时，首先需将面独立分离成层。其中只需要对JMD执行这一步骤即可。 构面的方式有以下几种： (1)可应用CASS软件的构面功能，即手动跟踪构面：将断断续续的复合线连接起来构成一个面。例如：花坛、道路边线、房屋边线等等断开的线，可以通过手动构面，把它们围成的面域构造出来；即搜索封闭房屋：自动搜索某一图层上复合线围成的面域，并把它自动生成房屋面。 (2)原有轨迹复制编辑闭合 (3)重新绘制 (4)以上三种方法相互结合 构面后需要自检：通过运行“面状地物封闭检查”功能实现。 面状地物封闭检查是面状地物入库前所必须进行的步骤。在此功能下定义“首尾点间限差”，程序自动将没有闭合的面状地物将其首尾强行闭合，当首尾点的距离大于限差，则用新线将首尾点直接相连，否则尾点将并到首点，以达到入库的要求。 注意：在运行“面状地物封闭检查”功能时，需要将图层独立成块文件进行检查。这能更好更快地达到检查的目的，也可避免因检查数据量过大而导致系统运转出现异常。 问题： a.老图中存在一些样条曲线，可以通过重量线转成轻量线，SPLINE-复合线处理成复合线，一般情况下都能进行处理，实际处理不了的就重新绘制。 b.构面必须遵循原有轨迹，为了方便接边以及避免面面相交。 c.构面的同时最好进行分层，目的是方便面属性的统一录入和数据的复核检查，层名可以以编码+属性命名，例如：141200简房 d.水系构面，需区分水渠，河流，池塘。 2、符号 对每个图层单独处理，即对每个符号进行分类归层，可以以编码+属性命名，例如154700卫生所 注意： a、老图中符号的形式存在有形、块、点、圆、图案填充，而在入库标准中，符号的形式只能是块的形式，所以对于各层以这几种形式存在的符号，需要进行对其处理成以块形式存在的。 以形、圆、图案填充形式存在的符号，都需要重新绘制；以点形式存在的符号，可以通过属性匹配的方法来实现 b、配电线（通信线、输电线）箭头，入库后系统识别是以圆心为标准的。而在cass中，捕捉如下： 箭头和电杆是分离的 C、注记 注记以点形式存在的，其插入点为左下点，横排注记可以是字符串，竖排注记必须采用单个字符。 注意：有关政府机构、单位工厂、居民地名称等需添加单位机构标志点，点位一般应该在单位名称表示的中间位置或房屋中。有关地名等需添加地名标志点，点位一般应该在地名表示
第7章 初始地应力场的生成及应用
第7章初始地应力场的生成及应用 在土木工程或采矿工程领域中，初始地应力场的存在和影响不容忽略，它既是影响岩体力学性质的重要控制因素，也是岩体所处环境条件下发生改变时引起变形和破坏的重要力源之一。因此，要想较真实地进行工程模拟仿真，就必须保证初始地应力场的可靠性。初始地应力场生成的主要目的是为了模拟所关注分析阶段之前岩、土体已存在的应力状态。本章即介绍FLAC3D中初始地应力场的生成方法及应用。 本章重点： ?常用的初始地应力场生成方法 ?常见工程初始地应力场的生成 ?路基施工过程的模拟 7.1 初始地应力场生成方法 在FLAC3D中，初始应力场的生成办法较多，但通常用的是以下三种方法，即弹性求解法、改变参数的弹塑性求解法以及分阶段弹塑性求解法。下面将以表7-1所述简单模型为例，介绍这三种生成初始地应力场的方法。 表7-1 模型尺寸、土体密度及变形参数 1×1×2 1×1×2 2000 30 10 0.35 7.1.1 弹性求解法 初始地应力的弹性求解法生成是指将材料的本构模型设置为弹性模型，并将体积模量与剪切模量设置为大值，然后求解生成初始地应力场。例叙述的是采用该法生成上述简单模型的初始地应力场的过程。 例7.1弹性求解生成初始地应力场 new gen zone brick size 1 1 2 model elas prop bulk 3e7 shear 1e7 fix z ran z 0 fix x ran x 0 fix x ran x 1 fix y ran y 0 fix y ran y 1 ;开始一个新的分析 ;生成网格模型 ;设置弹性本构模型 ;设置体积模量和剪切模量 ;固定z=0平面所有节点z向速度;固定x=0平面所有节点x向速度;固定x=1平面所有节点x向速度;固定y=0平面所有节点y向速度;固定y=1平面所有节点y向速度
地应力与地应力测量方法简介
地应力与地应力测量方法简介地应力，又称原岩应力，也称岩体初始应力或绝对应力，是在漫长的地质年代里，由于地质构造运动等原因产生的。在一定时间和一定地区内，地壳中的应力状态是各种起源应力的总和。主要由重力应力、构造应力、孔隙压力、热应力和残余应力等耦合而成,重力应力和构造应力是地应力的主要来源。地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场。而重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因，其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大。 地应力测量，就是确定拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力状态，这种测量通常是通过多个点的量测来完成的。地应力测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析、实现岩土工程开挖设计和决策科学化的前提。地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用，所以地应力研究是当前国际采矿界上的一个前沿性课题，近几十年来，世界上许多国家均开展了地应力的测量及应用研究工作,取得了众多的成果。 随着矿区开采现代化进程的不断提高和开采深度的不断增加，对矿区所处的地质条件和应力环境提出了更进一步的要求。查明矿区深部煤炭资源的开采地质条件和应力环境，为深部矿井的设计、建设和生产提供更加精细可靠的地质资料和数据，以便采取有效技术手段和措施，避免和减少灾害的发生，是实现矿井安全高效生产的重要保障。 地应力是引起采矿工程围岩、支架变形和破坏、产生矿井动力现象的根本作用力，在诸多的影响采矿工程稳定性因素中，地应力是最重要和最根本的因素之一。准确的地应力资料是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析和计算，矿井动力现象区域预测，实现采矿决策和设计科学化的必要前提条件。 采矿规模的不断扩大和开采深度的纵深发展，地应力的影响越加严重，不考虑地应力的影响进行设计和施工往往造成露天边坡的失稳、地下巷道和采场的坍塌破坏、冲击地压等矿井动力现象的发生，致使矿井生产无法进行，并经常引起
地应力平衡总结
地应力平衡 1、地应力平衡好坏评判标准 1) 地应力平衡后，位移云图中最大位移达到10-6量级或更低（接近于0）。（主要判别条件） 2) 地应力平衡后，应力云图中应力有一定的数值。（也就是应力不为0，但变形接近于0）2、进行地应力平衡的原因 总的来说，如果不进行地应力平衡，而只施加重力，模型会在重力作用下产生变形，而实际工程中，我们施加荷载时，重力产生的而变形已经产生，实际上得到的是附加应力产生的变形。 1) 我们所建立的几何模型一般和工程实际情况或尺寸相对应、相一致，比如边坡几何模型 和实际边坡尺寸一致，但我们可以夸张一点想像，实际边坡应是由一个更大一点或更高一点的不受重力的初始边坡在n年前突然受重力和类似目前的边界条件作用下逐渐形成了今天的尺寸大小，n年前受重力和类似目前的边界条件作用之前边坡的尺寸大小，我们不得而知，如果能准确知晓，我们就可以建立一个那时的几何模型，再施加重力和边界条件进行计算，变形后形状和现状边坡形状一致，其内力也就是初始应力场或地应力，就不用专门去施加地应力了，但问题是我们不能知晓边坡受力前的形状尺寸，我们现在的几何模型就是边坡现在的实际尺寸，受力后将会变成一个更小的或与现状不一致的边坡，这不符合我们模拟现状边坡的目的。如果我们知道现状边坡的内力，将其提取出来作为几何模型的内力，再和外力（重力）平衡，则我们建立的模型才能算和实际模型一致。真实地知道现状边坡的内力是很难的，我们采取的办法是，用我们所建立的几何模型施加和实际模型一致的重力和边界条件进行计算，得到变形后或变得更小或与现状边坡不完全一致的边坡内力近似的作为现状边坡的内力，并重新将其施加于与现状边坡一致的几何模型，再施加重力（当然边界条件也应基本一致）以平衡，这样才算建立了与现状模型基本一致的模型，其下的计算才成为可能。这就是所谓“地应力平衡”的含义、目的、作用。 2) 地应力平衡中的外力和内力的问题。地应力平衡中，显然，重力是外力，应力场是内力， 仅有外力重力，没有内力是不可能的，同样，仅有内力（专指初始应力场）而不受重力也是不可能的，否则，整个体系的力不会平衡。这就是为什么我们将提取出的内力施加于几何模型后必须再施加重力的原因。为的是内力和外力平衡。) q0 F3 q6 H1 O# 3) 地应力场的方向问题，有网友在论坛里问，既然重力是向下，为与重力平衡，那应力场 的方向是不是向上呢，这同样是我开始接触abaqus的疑问，相信很初学者也有这样的疑问，我的理解是内力是没有向上、向下或者向其它方向的概念的，内力只有拉力或压力或剪力之分，其方向也按是拉是压是顺时针或逆时针而分，内力往往都是成对出现，如地应力场中的应力以压应力为主，取一个微元，则压应力同时出现在向下和向上，你能说地应力就是向上，与重力反向吗？不怕各位笑话，以上几点在高手看来是很简单的问题，却是我经历了漫长而艰辛的摸索才得到的，今天也写给初学者，不要再走我的老弯路了。 aba中初始地应力场平衡一般在表面水平的情况下仅仅和密度相关，密度一样的话平衡
罗湖断裂带地应力场三维有限元模拟分析
第25卷增2岩石力学与工程学报V ol.25 Supp.2 2006年10月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.，2006罗湖断裂带地应力场三维有限元模拟分析 马淑芝1，2，贾洪彪2，易顺民3，龚淑云3 (1. 武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉 430070；2. 中国地质大学工程学院，湖北武汉 430074；3. 深圳市地质局，广东深圳 518028) 摘要：罗湖断裂带位于深圳—五华断裂带的南西段，由13条NE向断层和6条NW向断层组成，断裂分布密集。 该断裂带位于深圳市区，周围高楼林立，其中的F8断裂被证实为活断层并于1994年曾有过异常活动，因而对于该断裂带的构造活动性进行研究意义重大。在对罗湖断裂带地质特征研究的基础上，建立起三维地质模型，采用弹塑性有限元法对断裂带地应力场进行数值模拟。根据模拟结果，分析罗湖断裂带地应力的分布特征、断层存在对地应力场的影响，并在此基础上对断裂带的构造稳定性进行分析。研究表明，断裂带的存在对地应力大小、方向、连续性、应力集中程度有明显影响；局部位置存在塑性破坏区，构造稳定性稍差，存在进一步活动的趋势，尤以F8，F9断裂北西段为甚。由于塑性破坏的发生会导致应力某种程度的释放，从而使应力集中程度较低，断层的活动将以蠕滑方式为主，不足以形成中强地震。 关键词：数值分析；罗湖断裂带；三维地质模型；有限元；地应力场 中图分类号：O 319 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)增2–3898–06 ANALYSIS OF GEOSTRESS FIELD SIMULATION IN LUOHU FAULT ZONE WITH 3D FINITE ELEMENT METHOD MA Shuzhi1，2，JIA Hongbiao2，YI Shunmin3，GONG Shuyun3 (1. School of Civil Engineering and Architecture，Wuhan University of Technology，Wuhan，Hubei430070，China； 2. Engineering Faculty，China University of Geosciences，Wuhan，Hubei430074，China； 3. Shenzhen Geology Bureau，Shenzhen，Guangdong518028，China) Abstract：Luohu Fault Zone is a part of Shenzhen—Wuhua Fault Zone and composed of 13 faults trending in NE direction and 6 faults trending in NW direction in the area of 38 km2，where faults are very dense. This fault zone is inside of Shenzhen City where many tall buildings locate，and F8，a fault of Luohu Fault Zone，is an active fault which acted in 1994. So it is very important to study the crustal stability of this fault zone. The geologic conditions of this zone are introduced firstly，then the 3D geological model is built and the numerical modeling of geostress field is finished with the elastoplastic finite element method. According to the modeling results，the characters of the geostress and the influence of the faults on the geostress field are expounded and the tectonic stability of the area is analyzed. The study shows that these faults have remarkable effect on the magnitude，direction，continuity and concentration degree of the geostress，and the tectonic stability in a few sites is bad because of the existence of plastic failure zone. It is very serious in the area which is be enclosed by F8，F13，F205 and F206，because the plastic failure can induce the stress relief and the decrease of the stress concentration degree，the main action manner of the faults is creeping slide and middle or strong earthquake will not happen. Key words：numerical analysis；Luohu Fault Zone；3D geological model；finite element；geostress field 收稿日期：2006–04–06；修回日期：2006–07–24 作者简介：马淑芝(1974–)，女，博士，1995年毕业于中国地质大学水文地质及工程地质专业，现任副教授，主要从事岩土工程和地质工程专业的教学与研究工作。E-mail：maszyy@https://www.360docs.net/doc/1f4994350.html,
地应力及其分布规律
地应力及其分布规律 1 、地应力的基本概念 地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。广义上也指地球体内的应力。它包括由地热﹑重力﹑地球自转速度变化及其他因素产生的应力。 地应力是各种岩石开挖工程变形和破坏的根本作用力；是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析，实现开挖设计和决策科学化的必要前提条件。此外地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究等也具有重要意义。 2、地应力的成因 产生地应力的原因是十分复杂的，地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆浸入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的应力场。其中，构造应力场和自重应力场为现今地应力场的主要组成部分。 当前的地应力状态主要由最近的一次构造运动所控制，但也与历史上的构造运动有关。由于亿万年来，地球经历了无数次大大小小的构造运动，各次构造运动的应力场也经过多次的叠加、牵引和改造，另外，地应力场还受到其他多种因素的影响，造成地应力状态的复杂性和多变性， 地应力成因之一：地幔热对流（图1、图2） 地应力成因之一：板块边界受压（图3）
地应力成因之一：岩浆浸入（图4） 3、地应力的影响因素 地壳深层岩体地应力分布复杂多变，造成这种现象的根本原因在于地应力的多来源性和多因素影响，但主要还是由岩体自重、地质构造运动和剥蚀决定。1)岩体自重的影响 岩体应力的大小等于其上覆岩体自重，研究表明：在地球深部的岩体的地应力分布基本一致。但在初始地应力的研究中人们发现，岩体初始应力场的形成因素众多，剥蚀作用难以合理考虑，在常规的反演分析中，通常只考虑岩体自重和地质构造运动 2)地形地貌和剥蚀作用对地应力的影响 地形地貌对地应力的影响是复杂的，剥蚀作用对地应力也有显著的影响，剥蚀前，岩体内存在一定数量的垂直应力和水平应力，剥蚀后，垂直应力降低较多，但有一部分来不及释放，仍保留一部分应力数量，而水平应力却释放很少，基本上保留为原来的应力数量，这就导致了岩体内部存在着比现有地层厚度所引起的自重应力还要大很多的应力数值。 3)构造运动对地应力的影响 在地壳深层岩体，其地应力分布要复杂很多，此时由于构造运动引起的地应力对地应力的大小起决定性的控制作用。研究表明：岩体的应力状态，一般其铅垂应力分量是由其上覆岩体自重产生的，而水平应力分量则主要由构造应力所控制，其大小比铅垂应力要大得多。 4)岩体的物理力学性质的影响 从能量的角度看，地应力其实是一个能量的积聚和释放的过程。因为岩石中地应力的大小必然受到岩石强度的限制，可以说，在相同的地质构造中。地应力的大小是岩性因素的函数，弹性强度较大的岩体有利于地应力的积累，所以地震和岩爆容易发生在这些部位,而塑性岩体因容易变形而不利于应力的积累。 5)水、温度对地应力的影响 地下水对岩体地应力的大小具有显著的影响，岩体中包含有节理、裂隙等不连通层面，这些裂隙面里又往往含有水，地下水的存在使岩石孔隙中产生孔隙水压力，这些孔隙水压力与岩石骨架的应力共同组成岩体的地应力。温度对地应力的影响主要体现在地温梯度和岩体局部受温度的影响两个方面。由于地温梯度而产生的地温应力，岩体的温度应力场为静压力场，可以与自重应力场进行代数迭加，如果岩体局部寒热不均，就会产生收缩和膨胀，导致岩体内部产生应力。4、地应力的分布规律
地应力测量
地应力测量的国内外研究现状 0 引言 地应力（in-situ stress），又称原岩应力，也称岩体初始应力或绝对应力，是在漫长的地质年代里，由于地质构造运动等原因产生的。在一定时间和一定地区内，地壳中的应力状态是各种起源应力的总和。主要由重力应力、构造应力、孔隙压力、热应力和残余应力等耦合而成,重力应力和构造应力是地应力的主要来源。地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场（雷化南，等译.1976）。而重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因，其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大。因此，岩石中的原地应力是由主动施加的力和积蓄的残余应变两者引起的。 地应力测量（In situ stress measurement），就是确定拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力状态，这种测量通常是通过多个点的量测来完成的。地应力测量是一项综合性的测试，可以说任何一种单一的方法都不能很好地完成，往往需要几种方法结合起来对比使用，才可以保证结果的可靠性。即使如此，地应力测量中也往往会出现同一测点测量值分散的情况。 地应力测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析、实现岩土工程开挖设计和决策科学化的前提。地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用，所以地应力研究是当前国际采矿界上的一个前沿性课题，近几十年来，世界上许多国家均开展了地应力的测量及应用研究工作,取得了众多的成果。 1 地应力测量在国外发展概况及研究现状 人们最初对地应力概念的认识以及地应力测量技术的发展都源于早期的矿山工程建设，最早的原位地应力测量起始于20世纪30年代。1932年，美国人劳伦斯(Lieurace)在胡佛坝(HooverDam)下面的一个隧道中采用岩体表面应力解除法首次成功地进行了原岩应力的测量。此后，地应力测试技术一直停留在岩体表面应力测量上，发展十分缓慢，在20世纪50年代，哈斯特(Hast)采用应力解
矿山地应力测试方案
- 矿山地应力测试工作方案 省XXXXXX勘察院 2015年4月
目录 1 前言 (2) 2 地应力的基本原理 (2) 2.1 地应力的基本概念 (2) 2.2 地应力的组成部分和影响因素 (3) 2.3 地应力场的变化规律 (5) 2.4 我国地应力场的区域划分 (8) 3 水压致裂法试验介绍 (9) 3.1 水压致裂法基本原理 (9) 3.2 水压致裂法地应力测量的主要设备 (14) 3.3 水压致裂法测试步骤 (15) 4 测试结果 (17) 4.1 参数确定 (17) 4.2 现场实测 (18) 5 测试成果综合分析 (21) 5.1 试验结果的可靠性分析 (21) 5.2 最大水平主应力的量级 (21) 5.3 最大水平主应力的方向 (21) 5.4 侧压系数及应力构成分析 (21) 5.5 分析最大、最小水平主应力与岩层深度的关系 (22) 6 地应力场反演分析 (23) 6.1 有限元数学模型多元回归分析法基本原理 (24) 6.2回归结果分析 (25)
1 前 言 地应力是引起采矿和其他各种地下或露天岩土开挖工程变形和破坏的根本作用力，是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析，实现岩土工程开挖设计和决策科学化的必要前提。 地应力是所有地下工程，包括地下采场、巷道地压显现的根本来源。地应力是存在于地层中的天然应力，也称原岩应力。在没有开挖工程扰动的情况下，岩体处于原始平衡状态。地下巷道或采场的开挖，打破了原始平衡状态，导致地应力的释放，从而引起岩体的变形和向自由面的位移，引起围岩应力的重新分布。围岩的过量位移和应力集中将导致围岩局部的或整体的失稳和破坏，这就是地压形成的过程和机理。因此，从本质上来定义，地压就是岩体因受开挖扰动而产生的力学效应。它与岩体的受力状态、岩体结构和重量、岩体物理力学性质、工程地质条件以及时间等因素有关。 2 地应力的基本原理 2.1 地应力的基本概念 蓄存在岩体部未受扰动的应力，称之为地应力(Insitu stress 或Geostress)，它是岩体中存在的一种固有力学状态，是岩体区别于其它固体如土体的最基本特征。 地应力的概念最早是由瑞士地质学家海姆(Heim ，1905-1912)提出。他认为，岩体中有应力存在，并处于近似静水压力状态。应力的大小等于上覆岩体的自重，即岩体中各个方向的应力均等于H γ(γ为岩体的重度，H 为研究点的深度)。此后，金尼克(1926)又根据弹性理论分析，假定岩体是均匀、连续的弹性介质，提出岩体的铅垂应力为H γ，而水平应力应等于H γμμ -1的假说(μ为岩石的泊松比，μ μ-1为侧压系数)。按照金尼克的理论，海姆假说只是金尼克假说在5.0=μ时的一个特例。 然而，随着地应力现场实测资料的积累，表明在浅层的地应力并不
《岩石力学》 地应力及其测量
1. 地壳是静止不动的还是变动的？怎样理解岩体的自然平衡状态？ 答：地壳是变动的。 自然平衡状态是指：岩体中初始应力保持不变的状态。 2. 初始应力、二次应力和应力场的概念。 答：未受影响的应力称为初始应力 工程开挖时，受工程开挖影响而形成的应力称为二次应力 地应力是关于时间和空间的函数，可以用“场”的概念来描述，称之为地应力场。 3. 何谓海姆假说和金尼克假说？ 答：海姆首次提出了地应力的概念，并假定地应力是一种静水应力状态，即地壳中任意一点的应力在各个方向上均相等，且等于单位面积上覆岩层的重量，即σ?=σv=γH 金尼克认为地壳中各点的垂直应力等于上覆岩层的重量，而侧向应力（水平应力）是泊松效应的结果，其值应为乘以一个修正系数K。他根据弹性力学理论，认 为这个系数等于μ 1?μ，即σv=γH，σ?=μ 1?μ γH 4. 地应力是如何形成的？ 答：地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场。 5. 什么是岩体的构造应力？构造应力是怎样产生的？土中有无构造应力？为什么？答：岩体中由于地质构造运动引起的应力称为构造应力。 关于构造应力的形成有两种观点：地质力学观点认为是地球自转速度变比的结果；大地构造学说则认为是出于地球冷却收缩、扩张、脉动、对流等引起的，如板块边界作用力。 土中没有构造应力，由于土本身是各向同性介质，不存在地质构造。 6. 试述自重应力场与构造应力场的区别和特点。 答：由地心引力引起的应力场称为重力应力场，重力应力场是各种应力场中惟一能够计算的应力场。地壳中任一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量，即σG=γH。 重力应力为垂直方向应力，它是地壳中所有各点垂直应力的主要组成部分，但是垂直应力一般并不完全等于自重应力，因为板块移动，岩浆对流和侵入，岩体非均匀扩容、温度不均和水压梯度均会引起垂直方向应力变化。 构造应力是由地质构造运动形成的。当前的构造应力状态主要由最近一次的构造运动所控制，但也与历史上的构造运动有关。构造应力主要表现为以水平应力为主，“在构造应力的作用仅影响地壳上层一定厚度的情况下，水平应力分量的重要性远远超过垂直应力分量。” 7. 岩体原始应力状态与哪些因素有关？ 答：地形地貌；岩体结构；岩石力学性质；地下水。 8. 简述地应力场的分布规律 答：1）地应力场的特性 （1）地应力场是一个以水平应力为主的三向不等压应力场 （2）地应力场是一个具有相对稳定性的非稳定应力场 2）垂直应力的分布规律 在深度为25~~2700m的范围内，σv呈线性增长，大致相当于按平均容量γγ等于273kN?m?3?计算出来的重力γH。 3）水平应力的分布规律
用CASS绘制地形图_详细过程分解
实验九用CASS绘制地形图 (这个绘图过程涉及到一个数据文件（dat格式文件），需先将dat文件展点操作（展点后变为dwg文件），这个已经展点的dwg文件下载地址https://www.360docs.net/doc/1f4994350.html,/大家可以下载下来配合这个操作步骤学习之~~) 一、实验目的 用CASS自带数据进行地形图的绘制，以加深地形图内容的了解，熟悉地形图绘制软件——CASS7.0的基本用法。 二、实验方法与步骤 用CASS7.0成图的作业模式有许多种，这里主要使用的是“点号定位”方式。我们可以打开这幅例图看一下，路径为C:\cass70\demo\study.dwg（以安装在C盘为例）。初学者可一步一步跟着做。 图2-1 study.dwg
图2-2 “定显示区”菜单 1.定显示区 进入CASS7.0后移动鼠标至“绘图处理”项，按左键，即出现如图2-2下拉菜单。然后移至“定显示区”项，使之以高亮显示，按左键，即出现一个对话窗如图2-3所示。这时，需要输入坐标数据文件名。可参考WINDOWS选择打开文件的方法操作，也可直接通过键盘输入，在“文件名（N）：”（即光标闪烁处）输入C:\CASS70\DEMO\STUDY.DAT,再移动鼠标至“打开（O）”处，按左键。这时，命令区显示： 最小坐标(米):X=31056.221,Y=53097.691 最大坐标(米):X=31237.455,Y=53286.090 图2-3 执行“定显示区”操作的对话框
图2-4 选择测点点号定位成图法的对话框 2.选择测点点号定位成图法 移动鼠标至屏幕右侧菜单区之“测点点号”项，按左键，即出现图2-4所示的对话框。 输入点号坐标数据文件名C:＼CASS70＼DEMO＼STUDY.DAT后，命令区提示： 读点完成! 共读入 106 个点 3．展点 先移动鼠标至屏幕的顶部菜单“绘图处理”项按左键，这时系统弹出一个下拉菜单。再移动鼠标选择“绘图处理”下的“展野外测点点号”项，如图2-5所示，按左键后，便出现如图2-3所示的对话框。 图2-5 选择“展野外测点点号”
最新ArcGIS中地形图数据配准步骤汇总
A r c G I S中地形图数据 配准步骤
扫描地形图配准的常用步骤： 在配准前，先在ArcGIS Toolbox下的Data management tool下的projections and transformations进行投影系统的定义。 1:50000的地形图，是基于北京1954坐标系，6度分带的高斯克吕格投影。在地形图方里网上可以看出本图幅位于哪个分度带。假设是19度带，因此我们要选择的是Beijing 1954 GK Zone 19.prj。同时目录里面还有一个Beijing 1954 GK Zone 19N.prj，这个是用于没有分度带号的。而我们的图幅是包括分度带号。（1）打开 ArcMap，增加 Georeferencing 工具条。 （2）把需要进行纠正的扫描地形图添加到 ArcMap 中，Georeferencing 工具被激活。 （3）在配准中我们需要知道一些特殊点的坐标，即控制点。可以是经纬线网格的交点、公里网格的交点或者一些典型地物的坐标，我
们可以从图中均匀的取几个点。如果我们知道这些点在我们矢量坐标系内坐标，则用以下方法输入点的坐标值。 （4）在Transformation里选择进行空间变换时所采用的方法。首先将 Georeferencing 工具条的 Georeferencing 菜单下 Auto Adjust 不选择。 （5）在 Georeferencing 工具条上，点击 Add Control Points 按钮。 （6）使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击，然后鼠标右击输入该点实际的坐标位置。要注意的问题是，地形图上的方里网坐标为公里，而需要输入的应该是米。所以要在方里网对应坐标后面加000。如地形图上读出一个交点为(19387, 3420)，19387的19为分带号，也要一并输入，那么这个点应该输入(19387000, 3420000)。 （7）用相同的方法，在影像上增加多个控制点，输入它们的实际坐标。一般在实际中，不少于7个,这些点应该能够均匀分布。特殊点一般是作为参考地图中多年或变化不大的坐标点,比如路口,河流交汇处,标志性建筑等。还应该增加一个规则:理论上控制点越多越均匀,配准效果越好,但是主要需要参考的是rms的值,rms小于一个象元的1/2为好,多加入控制点,RMS就越大说明其中某个控制点误差大或有错误，你可以查出来删除或修正.
第七章地温场、地压场、地应力场
第七章地温场、地压场、地应力场 与油气藏形成的关系 第一节地温场与油气藏形成的关系 地温场： 某一瞬间地温的空间分布（或称：地热场）。是地球内部的热能通过导热率不同的岩石在地壳上的显示。 地压场：地球内部的重力能通过岩石圈反映为地压场。 地应力场： 在地球自转过程中，受向心力与离心力的作用，物质分异并转动，在地壳上呈现出挤压、剪切、拉张等性质各异的地应力场。 这“三场”相互之间彼此联系与影响。正是“三场”的作用，地壳上形成海盆、湖盆等各种水域，才衍生出水动力场、化学场与生物场。 综合这些场的作用，在含油气盆地内才出现流体压力封存箱与油气系统等地质实体，后二者之间也互有联系和影响。 〈地温场与古地温研究〉 一、地温场分带 许多现象都说明，地内是热的，如温泉、火山喷出热物质、深井中的温度高等。根据地内温度分布状况，可将地球分为三层： 外热层：（变温带）地表附近，T受季节影响，随深度↑而T↓。热源：太阳辐射能。深15－30米。如抚顺：30米；天津：35米。 常温层：（恒温带，深约20~130m），T=当地年平均气温。地球内热与太阳幅射外热相互影响达平衡时形成的带，各地有异。 内热层：随Z↑，T有规律↑。热源：地内放射能等。T的高低主要受控于热流值、热导率及地层流体。
二、地温梯度： 在地球内热层中，深度每增加100米地温所增加的度数，G T ），（或称：地热增温率），单位O C/10米 100)(?--=h H T T G H T H ：H 深处地温℃；T ：年平均地表温度（＝恒温带温度）℃ H ：恒温带深度，m 。 取得地下温度或地温梯度后，编绘等值线图，即可反映地温场的变化。 三、地球内部的热源 地球内部的热能可能来自地核里的热源，包括：融熔岩浆、放射性元素蜕变、地热的辐射与对流、地壳变动时的颗粒摩擦热、以及渗透层内的放热化学反应等；后二者多为暂时的或局部的。 四、热的传导方式：热幅射、热传导、热对流 热传导和热对流是沉积岩层的主要热传播方式。 热对流主要发生在孔渗性较好的含有大量孔隙流体的岩层中。 五、地温的影响因素——热流值、热导率、地层流体（1）热流值(Q)： 一定时间内流经单位面积的热量。莫霍面浅，热流高。 热源：主要为地壳放射性热流和上地幔热流等.（2）岩石的导热率K ： 在温度差为1℃时，每秒钟内能透过厚1cm 、面积1cm 2的平板的热力，以卡为单位。则热流值Q ＝K ·G T 岩石的导热率因其成分和结构而异，一般按下列顺序递增: 疏松干岩石、煤岩、粘土岩、砂岩、碳酸盐岩、盐岩、变质岩及岩浆岩。 在莫霍面浅或者多热源处，热流值高G T 高、T 也高。在同一热源下，导热率小的地区地温梯度较高。低导热率岩石成为地下热流的遮挡层。各地区地温梯度的变化，正是具有不同导热率的各种热源的综合结果。 6、我国大陆主要沉积盆地的大地热流值分布规律： 各盆地平均热流值反映了盆地深部的基本地热特征。 （1）藏滇地区和东部沿海地区均接近喜马拉雅期构造活动强烈地带，呈高热流特征。 （2）西北塔里木等古老稳定陆块上的大型盆地，显示低热流值。 （3）介于上述两者其间的鄂尔多斯和四川等大型盆地热流值呈过渡性特征。 （4）在同一大型盆地内，（如渤海湾盆地）断块翘倾使基岩埋深差异显著，隆起区与坳陷区热流值差别可达2-3倍。
地应力与地应力测量方法简介
3.1 地应力与地应力测量方法简介 地应力，又称原岩应力，也称岩体初始应力或绝对应力，是在漫长的地质年代里，由于地质构造运动等原因产生的。在一定时间和一定地区，地壳中的应力状态是各种起源应力的总和。主要由重力应力、构造应力、孔隙压力、热应力和残余应力等耦合而成,重力应力和构造应力是地应力的主要来源。地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场。而重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因，其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大。 地应力测量，就是确定拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力状态，这种测量通常是通过多个点的量测来完成的。地应力测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析、实现岩土工程开挖设计和决策科学化的前提。地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用，所以地应力研究是当前国际采矿界上的一个前沿性课题，近几十年来，世界上许多国家均开展了地应力的测量及应用研究工作,取得了众多的成果。 随着矿区开采现代化进程的不断提高和开采深度的不断增加，对矿区所处的地质条件和应力环境提出了更进一步的要求。查明矿区深部煤炭资源的开采地质条件和应力环境，为深部矿井的设计、建设和生产提供更加精细可靠的地质资料和数据，以便采取有效技术手段和措施，避免和减少灾害的发生，是实现矿井安全高效生产的重要保障。 地应力是引起采矿工程围岩、支架变形和破坏、产生矿井动力现象的根本作用力，在诸多的影响采矿工程稳定性因素中，地应力是最重要和最根本的因素之一。准确的地应力资料是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析和计算，矿井动力现象区域预测，实现采矿决策和设计科学化的必要前提条件。 采矿规模的不断扩大和开采深度的纵深发展，地应力的影响越加严重，不考虑地应力的影响进行设计和施工往往造成露天边坡的失稳、地下巷道和采场的坍塌破坏、冲击地压等矿井动力现象的发生，致使矿井生产无法进行，并经常引起
地应力及其测试技术
地应力及其测试技术 1、引言 岩体中的应力是岩体稳定性与工程运营必须考虑的因素。在漫长的地质年代里，地壳始终处于不断运动、变化之中，由此引起构造应力。引起岩体的应力除了构造应力，还有上覆岩体的自重应力、气温变化引起的温度应力、地震力以及由于结晶作用、变质作用、沉积作用、固结作用、脱水作用所引起的应力等。这些在人类工程活动之前存在于岩体中的应力，就称为地应力或天然应力。 由于岩体中的地应力分布是及其复杂的，特别是岩体遭受地质构造运动之后应力状态更为复杂，分布规律千变万化。因此目前对于岩体中地应力的大小以及其分布规律的研究尚缺乏完整系统的理论成果。尽管近年来很多学者对于地应力的现场测量和理论研究都做了大量的工作，并取得一定的进展。但是，要达到能够确切掌握岩体中的初始应力大小及其分布规律，目前还有较大的距离。 虽然目前仍难以对岩体中地应力的大小及其分布规律达到确切的掌握，但是地应力状态与岩体稳定性的关系极大，它不仅是决定岩体稳定性的重要因素，而且直接影响各类岩体工程的设计和施工。在高地应力区所进行的岩体开挖，常常会引起一系列与开挖卸载回弹和应力释放相联系的变形和破坏现象。在高地应力的脆性岩体开挖时，甚至能发生岩爆现象。这些不利现象都极大程度上影响着施工和运营安全，因此，岩体地应力状态对工程建设有着重要的意义。 2、地应力的组成及其特点 2.1 地应力的组成 地应力的组成成分是地应力的来源，它主要来自五个方面，即岩体自重、地质构造运动、地形势、剥蚀作用和封闭应力。自重应力是地心对岩体的引力。地质构造运动引起的应力，包括古构造运动应力和新构造运动应力。前者是地质史上由于构造运动残留于岩体内部的应力，也称为构造残余应力；后者是现今正在形成某种构造体系和构造型式的应力，也是导致当今地震和最新地壳变形的应力。地形势与剥蚀作用引起的应力仅限于局部的应力场受到影响，例如，高山峡谷或者深切河谷底部的应力往往比较集中；地表剥蚀会使该处地应力的铅垂应力分量降低较多，而水平应力基本保持不变等等。封闭应力是地壳经受高温高压引起岩石变形时，由于岩石颗粒的晶体之间发生摩擦，部分变形受到阻碍而将应力积聚封闭于岩石之中，并处于平衡状态，即使卸载，其变形往往不能完全恢复，故称封闭应力。 2.1.1 自重应力
天然地应力场分布规律及原位测量
天然地应力场分布规律及原位测量 1引言地应力是地层中未受工程扰动的初始应力，它是引起采矿、 隧道、水利水电等岩石工程变形和破坏的主要作用载荷。地质构造运动和上覆岩体重量是影响地应力大小的最主要因素。 地应力在岩体中的分布是极其复杂的，特别是岩体遭受地质构造运动之后，其应力状态更为复杂，分布规律千变万化。近几年来很多学者对于地应力的现场量测和理论研究都做了大量的工作，并取得了一定的进展。然而，目前的研究成果尚不能准确地掌握岩体中地应力的大小和分布规律，关于这方面的研究仍有待进一步深入。 2岩体中初始应力场的分布规律地应力场通常受到地质构造、地貌、地形、岩性等因素的影响，其分布规律十分复杂。但通过大量的地质调查、测量以及理论分析，目前对于浅部地应力场分布的基本规律已经有了初步的认识。 2.1岩体中地应力场通常是不稳定的 一般而言，地应力场在三个主方向上不等值，通常以水平应力为主。在小范围空间区域内，主应力的方向和大小随位置而不断变化，在测区内相距不远的两个点，主应力的变化就会十分显著。然而，对于 大范围空间区域，比如我国华北地区，地应力场 变化并不明显，其主导方向为北西到近于东西的主压应力 地应力场在地震活跃地区随时间变化十分显著，地震发生前，应力值不断积累，当地震发生时，累积的应力得到释放，应力值则会大幅度
下降。 2.2垂直与水平地应力的特征在地壳浅部，地应力的垂直分量和岩体自重应力大致相等，且垂直分量小于水平分量。根据实测地应力资料，得到侧压比（平均水平主应力与垂直应力的比值）通常为0.8?1.5，这说明在 浅部地层中，地应力的垂直分量普遍小于平均水平应力，垂直应力一般为最小主应力。 2.3侧压比在垂深方向上的变化通常情况下，随着深度的增加，侧 压比不断减小。不同地区 的侧压比一般是不同的，但其变化通常符合以下规律： 100H+0.3W 入< 1500H+0.5 其中，入为侧压比，H为实测应力的深度。 2.4其他分布规律 除了以上的分布规律外，地应力场还受到温度、地形、风化、地表剥蚀、地下水、岩体结构特征等因素的影响，特别是断层和地形的扰动影响。最大主应力在平坦地区或者深部受构造方向控制，在山区则和地形有关，在浅层往往平行于山坡方向。 3岩体应力的原位测量 在岩体工程设计时，地应力的大小及其分布状态是不可缺少 的重要资料之一。由于初始应力不易计算，获取岩体应力状态最直接、可靠的手段便是原位地应力测量。下面分析了岩石力学与工程中常用的几种地应力测量方法和技术。