区构造特征及构造应力场、应变场分析
软岩大变形研究现状
隧道围岩大变形阶段报告1．概述深埋隧道通过软岩和断层带时,在高的地应力和富水条件下通常产生大变形.这种隧道围岩变形量大,而且位移速度也很大,一般可以达到数十厘米到数米,如果不支护或支护不当,收敛的最终趋势是隧道将被完全封死,如果发生在永久衬砌构筑以前,往往表现为初期支护严重破裂、扭曲,挤出面侵入限界.这种大变形危害巨大,严重影响施工工期或者线路正常运营,而且整治费用高昂.在国内外相继出现了大量的隧道围岩大变形工程实例,并且在治理这些问题中取得了很多经验.日本的岩手隧道,长25.8km,采用新奥法施工.地质条件为凝灰岩与泥岩互层,单轴抗压强度为2~6MPa.施工中净空位移和拱顶沉降都是很大的,上断面的净空位移100~400mm,最大到411mm；下断面的净空位移最大为200mm,拱顶下沉为10~100mm.日本惠那山隧道,长8.635km,围岩以花岗岩为主,其中断层破碎带较多,局部为粘土,岩体节理发育、破碎,岩石的抗压强度为 1.7~3.0MPa,隧道埋深为400~450m,原始地应力为10~11MPa.施工时产生了大变形,在地质最差的地段,拱顶下沉达到930mm,边墙收敛达到1120mm,有600cm2面积的喷射混凝土侵入模筑混凝土净空.最后采用9.0m和13.5m的长锚杆,并重新喷护20cm厚的钢纤维混凝土后,结构才得以基本稳定.陶恩隧道长6400m,开挖断面面积90-105m2,位于显著变质的岩带内,如片岩、千枚岩等,主要岩层为绢云母、千枚岩夹绿泥石,抗压强度,洞内无地下水活动,隧道埋深为600-1000m,原始地应力为16.0-27.0 MPa,侧压力系数近似为1.0,围岩强度比为.陶恩隧道采用台阶法施工,在设计时,由于对在挤压性围岩隧道施工缺乏经验,采用的初期支护参数较小,导致拱顶发生1.2m的位移.而后把锚杆改为6m,并初次采用纵向伸缩缝,缝宽20cm,间隔3m,支撑也是可缩的,并在隧道底部增加了隧底锚杆,喷射混凝土厚度保持25cm不变.上述补强措施对大变形起到了一定的控制作用,但已完成段,其洞壁已严重侵入二次衬砌净空,只能采取扩挖的办法处理,增加了施工的难度,同时又具有一定的危险性.此时的净空收敛大约是20-25cm.要再大时,要增打9m以上长度的锚杆.奥地利阿尔贝格隧道隧道长13980m,开挖断面面积90-103m2,岩石主要为千枚岩、片麻岩,局部为含糜棱岩的片岩、绿泥岩,岩石强度为1.2~1.9 MPa,隧道的埋深平均为350m,最大埋深为740m,原始地应力为13.0 MPa,围岩强度比为0.1~0.2.隧道采用自上而下的分布开挖法,先开挖弧形导坑,施作初期支护,然后再开挖台阶<分左、右两次分别进行>,最后检底.由于阿尔贝格隧道是在陶恩隧道之后施工的,该隧道设计时的初期支护就比较强,喷射混凝土厚20~25cm,锚杆长6.0m,同时安设了可缩刚架.但是由于岩层产状不利,锚杆的长度仍不够,施工中支护产生了很大变形,拱顶下沉量达到15~35cm,最大水平收敛达70cm,变形速度达11.5cm/d,后来采取将锚杆的长度增加到9.0~12.0m的办法,才是变形得到了控制,变形速度降为5.0cm/d,变形收敛时间为100~150d.家竹箐隧道隧道全长4990m.隧道位于盘关向斜东翼,属单斜构造,岩层产状N20°～35°E/18°～30°NW.由于距向斜轴部较远,故皱褶、断层不发育,只在隧道中部煤系地层中发育有一正断层F1,其破碎带宽15～20 m. 隧道横穿家竹箐煤田.隧道南段为玄武岩,北段为灰岩,北段为灰岩,中部3890 m为砂、泥岩与为钙质、泥质胶结的砂岩夹泥岩的煤系地层.隧道掘进进入分水岭之下的地层深部后,在接近最大埋深<404m>的煤系地层地段,由于高地应力的作用,锚喷支护相继发生严重变形.在一般地段,拱顶下沉为50-80cm,侧壁内移50-60cm,底部隆起50-80cm；在变形最严重地段,拱顶下沉达到240cm,底部隆起达到80-100cm,侧壁内移达到160cm.为整治病害具体措施如下:①设置特长锚杆加固地层；②改善隧道断面形状,加大边墙曲率；③采用先柔后刚、先放后抗的支护措施；④加大预留变形量；⑤提高二次衬砌的刚度；⑥加强仰拱.大变形得到迅速整治,衬砌施工后,结构完好,未出现任何开裂现象,经预埋的应力、应变计测试,有足够的安全储备.木寨岭隧道全长1710m,穿越地层围岩主要为二叠系炭质板岩夹砂岩与硅质砂板岩.存在的主要构造体系是山字型构造体系.属地应力集中区,隧道穿越区为沟谷侧,原始地应力难以释放.隧道主要地质为炭质板岩夹泥岩,局部泥化软弱,呈灰黑色,围岩层理呈褶皱状扭曲变形严重,大部分地段围岩较破碎,洞身渗涌水频繁,部分地段呈股流.隧道在高地应力大变形地段,严重处拱顶累计下沉达155cm.经研究主要采取的处理措施有：①开挖总体采用双侧壁法；②初期支护钢架与临时支撑采用I22型工字钢、自进式锚杆,超前支护小导管,拱脚两侧增设小导管锁脚.导坑开挖时预留变形；③修改原设计仰拱；④二次衬砌采用双层钢筋网,与仰拱预留钢筋焊接；⑤对需换拱段与开挖后变形较大的地段,除施作长的自进式锚杆外,再采用小导管进行双液注浆.2．发生围岩大变形的地质条件与隧道围岩大变形发生机理大变形目前还没有一个统一的定义,目前有的学者提出根据围岩变形是否超支护的预留变形量来定义大变形,即在隧道,如果初期支护发生了大于25 cm<单线隧道> 和50cm<双线隧道>的位移,则认为发生了大变形.姜云、李永林等将隧道围岩大变形定义为：隧道与地下工程围岩的一种具有累进性和明显时间效应的塑性变形破坏,它既区别于岩爆运动脆性破坏,又区别于围岩松动圈中受限于一定结构面控制的坍塌、滑动等破坏.同时将隧道围岩大变形分为受围岩岩性控制、受围岩结构构造控制和受人工采掘扰动影响三个大的类型.2.1大变形发生的地质条件发生大变形的隧道一般具有以下地质特征：〔1〕隧道围岩条件.发生大变形的围岩主要有：①显著变质的岩类,如片岩、千枚岩等；②膨胀性凝灰岩；③软质粘土层和强风化的凝灰岩；④凝灰岩和泥岩分互层；⑤泥岩破碎带和矿化变质粘土等.这类围岩的凝聚强度c值较低,内摩擦角 值很小,单轴抗压强度较低.〔2〕隧道处于高应力区,且大变形地段的隧道一般埋深在100m以上.〔3〕隧道围岩的天然含水量大.2.2隧道围岩大变形发生的机理人们通常把大变形机制分为两大类：〔1〕大变形的原因之一,是开挖形成的应力重分布超过围岩强度而发生塑性变化.如果发生缓慢就属于挤出〔如果是立刻发生就属于岩爆〕.〔2〕大变形的原因之二,是岩石中的某些矿物成分和水反应而发生膨胀.发生膨胀变形的围岩在开挖时一般有较高的强度,变形主要发生在隧道运营过程中,一般表现为底部鼓起,而隧道顶部和边墙保持较好的工作状态.在隧道通过炭质板岩和断层带时,引起大变形的原因主要为第一条.同时国内外学者也认为,软岩隧道的大变形可以描述为一种以挤出为主、膨胀为辅的水-力耦合过程.而对于第一条原因目前国内外学者认为围岩挤出是开挖引起的应力重分布超过岩体强度时屈服的结果,并且通过一些列的研究将围岩挤出的力学机制分为以下三大类：〔1〕完全剪切的破坏〔如图1a〕.在连续的塑性岩体与含有大开裂度裂隙的非连续岩体中会发生这种破坏.〔2〕弯曲破坏〔如图1b〕.一般发生在千枚岩与云母片岩等变质岩或泥岩、油页岩、泥质砂岩与蒸发岩等薄层状塑性沉积岩中.〔3〕剪切和滑动破坏〔如图1c〕.发生于相对厚层的沉积岩中,包括沿层面的滑动和完整岩石的剪切两种破坏形式.〔a 〕完全剪切的破坏 〔b 〕弯曲破坏 〔c 〕剪切和滑动破坏图1 挤出性围岩隧道失稳形式分类3．大变形的预测研究现状隧道的大变形给隧道施工和运营造成了很大的困难,国内外学者对隧道大变形的预测进行了大量的研究.目前在预测隧道变形的方法中具有代表性的有C&C 法,这种方法由Egger 〔1973〕、Kastner 〔1974〕和Hoek 、Brown 〔1980〕提出,并逐步完善.这种方法基于以下假设：〔1〕圆形隧道；〔2〕课题可以概化为二维平面应变问题；〔3〕均质各向同性介质；〔4〕弹-塑性材料；〔5〕现场地应力属于静水压力场；〔6〕均匀的径向支护压力.其计算公式如下：〔1〕弹性状态下的围岩位移〔i u 〕011()i i u P P r μκ+=-〔1〕 其中,μ、κ分别为岩石的泊松比和杨氏模量；0P 、1P 分别为地静压力和支护压力；i r 为隧道半径.〔2〕塑性状态下的位移〔j u 〕Hoek-Brown 方法：1j j u r ⎡=-⎢⎣ 〔2〕 式中当e j r r <,2ln e j r R D r ⎡⎤=⋅⎢⎥⎢⎥⎣⎦；e jr r >, 1.1R D = 式中,r m 、r s 为破碎岩石的常数；e r 、e u 、re σ分别为弹性和塑性边界处的半径、位移和径向应力.此外还有Egger 和Kastner 也提出了相应的塑性状态向的围岩位移预测方法.4．大变形的一般治理措施根据国内外的施工经验,对大变形的治理措施归纳如下：〔1〕加强稳定掌子面的辅助措施① 正面喷混凝土和打锚杆；② 打超前锚杆或钢筋.〔2〕加强基脚的措施,这是基本的,即首先要把底鼓和侧壁的挤入控制住,包括：① 向底部地层注浆加固；②向两侧打底部锚杆；③支撑加底部与加劲肋；④设底部横撑或临时仰拱.〔3〕防止断面挤入的措施①增打加长锚杆,主要在两侧,锚杆长度一定要深入到围岩塑性区一定X围才有效果；②设底部横撑,打底部锚杆,修筑仰拱,这是极为重要的工程措施；③缩短台阶长度,与早闭合；④下半断面、仰拱同时施工；⑤设纵向伸缩缝,采用可缩性支撑〔4〕防止衬砌开裂的措施①采用湿喷钢纤维混凝土；②设加强钢筋；③设纵向伸缩缝.〔5〕设立日常量测管理体制与管理基准①监测初期位移速度；②最终位移值的预测；③建立控制基准值；〔6〕加强施工地质预报①预测和预报掌子面前方的地质状态；②建立地质数据库,与时反馈；③各种岩类的特性试验数据的测试.这些措施是综合的,是相互补充的,应视具体情况采用.这些措施也是一般性的,当条件变化很大时,还要采用一些特殊的辅助施工措施,如注浆加固,改良岩体等措施.5．郎洞断层束破碎带地质概况5.1二郎洞断裂带〔F3〕该断层位于二郎洞附近,西起阿尔扎沟以西,向南经果可沟沟脑、二郎洞、肯德隆沟、茶卡北山以北,延伸长度约130km.该断裂是北侧南祁连海西期地槽和南侧南秦岭印支期地槽的分界断层,沿断裂带岩浆活动强烈,断层两侧岩层破碎,沿断裂有一系列与之近于平行的断裂,共同组成断层束,断层两侧岩层产状较乱,多拖拉现象和挠曲.地貌上主要表现为一系列断层谷地、垭口和洼陷地带,航、卫片上线性影像明显.断层形成于华力西期,在印支期以来仍有活动.断层产状：N40°～70°W/40°～80°N,属逆断层,主断层破碎带宽100～500m,断层西段发生过6级地震,东段可见第四系中更新统地层中的断坎,未见第四系全新统地层错动,该断层在隧道通过附近主要表现为断层负地形,未见新活动迹象,属晚更新世活断层.隧于DK303+611～DK304+071,通过长度460 m ,由断层泥砾与碎裂岩组成,Ⅴ级-Ⅵ级围岩.由于该断裂为区域性深大断裂,断层规模大,并且未来还有发生中强地震的可能性,因此对工程影响较大.5.2围岩情况隧道在二郎洞断裂带附近,岩性主要为石炭系片岩、##岩、志留系变质砂岩夹板岩,受地质构造影响较严重,岩体节理、裂隙较发育.其中软岩占主体.5.3涌水情况该区地下水类型主要为基岩裂隙水、构造裂隙水,岩层富水性较差,为弱富水区.根据地表测流,本区地下水径流模数M=563.72 m3/d·km2,水化学类型属HCO3-Ca·Na型水,矿化度小于1g/L,地下水无侵蚀性.双线同时施工时参数常涌水量为3825.12m3/d,最大涌水量为7650.24m3/d.5.4地应力根据场址与邻近地区的震源机制解和区域水平运动与构造应变场特征,可以看出本区域构造应力场主压应力优势方位为北东向.根据实测结果,隧道部位最大主应力方向为N33°E～ N43°E,平均为N38°E,和隧道轴线〔线路走向N54°E〕的夹角为21°～11°,平均为16°.根据3个孔地应力的实测结果分析,最大水平主应力的最大值为22.04 MPa,DSZ-8孔最大水平主应力测值明显高于DSZ-1孔、DSZ-7孔,而DSZ-8孔位于f17断层附近〔F3断裂带内〕,说明,随着钻孔所处构造部位的不同,所反映的构造应力强度差异也较大,在断裂带附近存在应力集中现象.根据《工程岩体分级标准》〔GB50218—94〕、岩体物理力学参数与弹性力学公式,在3个孔共19个测段中,Rc/σmax<4的极高地应力占全部测段的15.8%,4<Rc/σmax<7高地应力占全部测点的10.5%,极高和高地应力占全部测点的26.1%.经综合分析,岭脊埋深较大的石炭系变质砂岩与片岩段可能存在高地应力问题.5.5结论根据2.1大变形发生的地质条件,并结合实测的地应力结果和隧道区工程地质、水文地质特征,软弱围岩〔主要指断层破碎带与一定影响X围内〕存在发生较大变形的可能. 6．关角隧道F3断层影响带大变形治理建议与注意事项结合中国中铁隧道集团通过对乌鞘岭隧道千枚岩大变形的研究,引用其控制大变形的快速施工指导思想：〔1〕开挖支护、仰拱作业区,上下断面与仰拱的各工序在时间和空间上优化组合,实现稳步有序作业,平行交叉作业.〔2〕分秒必抢,将围岩暴露时间和结构不利受力状态压缩至最短,使初期支护结构与早、快速封闭成环,从而有效控制变形.〔3〕超前支护、钻爆、锚杆、锚索、注浆、立拱等关键工序实行标准化作业.〔4〕石变我变,主动支护,步步为营,稳中求快.6.1治理建议结合以往隧道围岩施工的成功经验建议如下措施：〔1〕措施一6．乌鞘岭隧道控制大变形经验与和关角隧道F3断层影响段比较6.1乌鞘岭隧道变形情况治理经验乌鞘岭隧道设计为两座单线隧道,隧道长20050m,隧道洞身最大埋深1100m左右.隧道所经过地层岩性复杂,分布主要受区域断裂构造控制.主要有第四系、第三系、白垩系、三叠系、志留系、奥陶系等,并伴有加里东晚期的侵入.隧道施工中,在辅助坑道和正洞均发生过较为严重的变形,在高地应力下隧道发生极其严重变形,出现支护裂损、钢架扭曲,净空侵限明显等现象.乌鞘岭隧道在穿越岭脊复杂地段时出现了软岩挤压大变形问题,尤其是F7断层带,变更设计前左线隧道最大拱顶下沉1053 mm<DK177+495>,平均下沉30~35 mm/d,一般在500~600 mm左右;左线隧道内轨上1. 5 m收敛值最大1034 mm<DK177+590>,一般为700mm左右,拱脚最大978mm,一般为300~700mm；右线隧道最大拱顶下沉227 mm<YDK177+610>,一般在100~200 mm左右；右线隧道内轨4m收敛值最大548 mm<YDK177+590>,一般为300~400 mm 左右.由于施工中发生严重变形,乌鞘岭隧道在大变形段均采用钻爆法施工、台阶法开挖,台阶长度4－5m,人工手持风钻上下台阶分部钻眼、装药、连线与同时进行光面微差控制爆破；立I20或H175钢拱架3榀/2m,拱部设φ42超前小导管,长度4m,环向间距25m,注水泥水玻璃双液浆,全断面喷射C20钢纤维砼,厚度25cm,径向采用φ42注浆锚管,间距0.8×0.8m,锚管长度拱部4m,边墙6m,梅花布置,拱墙设φ8钢筋网,网格间距25×25cm.循环进尺一般为1.4 m 或2.0m.通过以上措施控制了变形,顺利通过了大变形地段.乌鞘岭特长隧道位于兰新铁路##西至##南端增建第二线乌鞘岭越岭段,隧道长20050m,在施工过程中出现了软岩大变形,在工程人员的努力下,通过一系列的工程措施顺利的通过了大变形段,取得了较好的工程经验,现就对关角隧道F3断层附近和乌鞘岭隧道发生大变形段的工程概况进行比较〔见表1〕表1 关角隧道F3断层附近和乌鞘岭隧道发生大变形段工程概况比较表从乌鞘岭隧道成功控制带变形的经验值得借鉴.乌鞘岭隧道隧道产生大变形除了地质因素以外,还有以下几点原因：①初期支护强度不足.由于F7断层的影响,本段围岩内富存高地应力.在隧道开挖后,强大的地应力将作用到初期支护上,若初期支护强度和刚度不足将无法抵抗强大的地应力作用,就会产生大变形.②施工工序间距太长.由于施工工序间距太长,未能与时形成封闭的支护体系,致使初期支护在无约束下产生无限制性的变形,最终必然出现大变形.因此,施工工序间距太长,未能与时封闭也是本段发生大变形的直接原因之一.③掌子面刚度不足.在隧道开挖过程中,掌子面前方的变形特性是围岩变形响应的真正原因,又由于本段为四条区域性大断层组成的宽大"挤压构造带〞,岩体的的高地应力强挤压作用非常明显,这就更加剧了掌子面的挤出, 若不采取合适的强化措施保证掌子面的稳定,就会导致前方围岩的变形响应.因此,掌子面刚度不足是隧道洞壁产生大变形的关键原因.中国中铁隧道集团通过对乌鞘岭隧道千枚岩大变形的研究得出以下控制大变形的快速施工指导思想：〔1〕开挖支护、仰拱作业区,上下断面与仰拱的各工序在时间和空间上优化组合,实现稳步有序作业,平行交叉作业.〔2〕分秒必抢,将围岩暴露时间和结构不利受力状态压缩至最短,使初期支护结构与早、快速封闭成环,从而有效控制变形.〔3〕超前支护、钻爆、锚杆、锚索、注浆、立拱等关键工序实行标准化作业.〔4〕石变我变,主动支护,步步为营,稳中求快.。
工程场地地震安全性评价技术规范
工程场地地震安全性评价技术规范GB 17741-19991999-04-26发布1999-11-01实施国家质量技术监督局发布前言本标准是根据中国地震局现行《工程场地地震安全性评价工作规范》和该规范1994年实施以来所积累的经验制定的。
制定本标准的目的是为了贯彻《中华人民共和国防震减灾法》,切实做好建设工程场地及区域地震安全性评价工作。
制定本标准时,广泛听取了我国工程界、地震界技术专家和管理专家,以及国家地震烈度评定委员会委员的意见。
本标准由中国地震局提出并归口。
本标准起草单位：中国地震局地球物理研究所、地质研究所、工程力学研究所。
本标准主要起草人：胡聿贤、时振梁、冯启民、张裕明、金严、杜玮、吴为民。
1 范围本标准规定了工程场地地震安全性评价的技术要求和技术方法,适用于新建、扩建、改建建设工程、大型厂矿企业、大城市和经济建设开发区的选址、确定抗震设防要求、制定发展规划和防震减灾对策。
2 引用标准下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。
本标准出版时,所示版本均为有效。
所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB 50267-1997 核电厂抗震设计规范GBJ 7-1989 建筑地基基础设计规范JGJ 83-1991 软土地区工程地质勘察规范3 定义本标准采用下列定义。
3.1 本底地震background earthquake一定地区内没有明显构造标志的最大地震。
3.2 场地相关反应谱site-specific response spectrum考虑地震环境及场地条件影响得到的地震反应谱。
3.3 地震带seismic belt地震活动性与地震构造条件密切相关的地带。
3.4 地震地质灾害earthquake induced geological disaster在地震作用下,地质体变形或破坏所引起的灾害。
3.5 地震动参数ground motion parameter地震引起地面运动的物理参数,包括加速度、反应谱等。
煤矿用泵送式混凝土湿喷机的应用研究
［ ２ ］ 万天丰．中国大地构造学纲要［ Ｍ】 ．北京：地质出版
社继钧．广 西凤凰 山银矿 区构造 特征及构造应 力场 、
应 变场分析［ Ｊ ］ ．地质力学学报 ，２ ０ ０ １ ，７（ １ ）：
浆材 料混合 时配 比不易掌握 ，工人操作 随意性较大 ，影 响
材料 性能的发挥 ；作业现场粉 尘大 ，致使 喷浆手无法看清 受喷面 。为 了解 决这些 问题 ，我矿不 断地探索研究 、改进 喷浆工艺 。２ Ｏ ｌ ２ 年我矿有 关领导外 出考 察调研 ，最终 引进 了Ｈ Ｓ Ｐ Ｍ ０ ８ ／ ０ ７ － １ ５ 型煤 矿用泵送式混 凝土湿喷机 ，在 我矿 进
９ ． ２１ ．
经过 将 近两 个 月 的使 用研 究 ， 由于 设 备使 用 要求 太
高，施工 队伍 难 以在 短期 内达 到要求 ，煤矿 井下条件 的 限 制 以及设备 本身存在 的问题 ，造 成喷浆 的效果达不 到理论
数值 ，实 际情 况如表２ 所示 ：
人。 （ ４ ）机器 内ｓ 型弯管处不 易清洗干净 。
参考文献
［ １ ］ 陈海，邓琼慧．广西凤凰 山银矿 床成 因探讨 ［ Ｊ ］ ． 广西
地质 ，１ ９ ９ ７ ，１ ０（ ２）： ３ ７ ． ４ ４ ．
４ 结语
基于凤凰 山矿区地质 构造 的银矿 及控矿特征 ，对该 区 找矿提 出以下建 议： （ １ ）北西 西 向断 裂是直 接 的找矿 方 向，应 该关注和褶皱 相关断层 ，含 矿地层产状 变化 的地 方 是可能 的矿区 ，并且在化探异常上 以Ａ ｇ － Ａ ｓ — Ｓ ｂ — Ｐ ｂ — Ｓ ｎ 和Ａ ｇ —
煤与瓦斯突出机理和影响因素及其防治措施
煤与瓦斯突出机理和影响因素及其防治措施摘要：对现有的煤与瓦斯突出机理研究成果进行了评述，阐述了煤与瓦斯突出机理的研究思路与方法和研究现状，分析影响煤与瓦斯突出的各种地质因素。
随着矿井开采深度逐渐增加，煤层瓦斯含量也逐渐增高，煤层的透气性越低，突出危险性也相应增大，所以研究防治突出措施有重要的现实意义，并提出煤与瓦斯突出的防治措施。
关键词：煤与瓦斯突出地质构造防治措施前言：煤与瓦斯突出是采煤过程中发生的严重自然灾害之一，可在极短时间内，由煤体内部向采场、巷道等采掘空间喷出大量的煤和瓦斯，突出物会造成埋人，破坏设施，突出的瓦斯使人窒息，或引起瓦斯爆炸，造成严重的人员伤亡和矿井损毁事故。
我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家自1950年发生有记载的第一次煤与瓦斯突出现象以来，在安徽、四川、重庆、贵州、江西、湖南、河南、山西、辽宁、黑龙江等省区都发生了煤与瓦斯突出。
因此，解决矿井煤与瓦斯突出灾害问题是实现煤炭工业可持续发展的当务之急。
对于煤与瓦斯突出机理，各国研究者经过长期得到努力提出了包括瓦斯主导作用、地应力主导作用、化学本质作用和综合作用等假说，基本定性的解释了煤与瓦斯突出现象。
1 国内外研究现状1.1 国外研究现状国外关于煤与瓦斯突出机理的研究成果可以归纳为以下4个方面[1~4]：a.瓦斯主导作用假说这类假说认为煤体内存储的高压瓦斯在突出中起主要作用。
其中“瓦斯包”说占重要地位，认为“瓦斯包”是突出的动力来源。
瓦斯主导作用假说主要有：“瓦斯包”说、粉煤带说、煤空隙结构不均匀说、突出波说、裂缝堵塞说、闭合空隙瓦斯释放说、瓦斯膨胀说、卸压瓦斯说、火山瓦斯说、地质破坏带说、瓦斯解吸说等11种假说。
b.地应力主导作用假说这种假说认为煤和瓦斯突出主要是高地应力作用的结果。
高地应力包括2个方面，一方面指自重应力和构造应力，另一方面指工作面前方存在的应力集中。
地应力主导作用假说主要有：岩石变形潜能说、应力集中说、塑性变形说、冲击式移近说、拉应力波说、应力叠加说、放炮突出说、顶板位移不均匀说等8种假说。
基于地应力实测的某矿区应力场分布特征
基于地应力实测的某矿区应力场分布特征杨睿;马骥【摘要】地应力是影响矿井工程设计施工的重要因素，以某矿区为例，选取4个具有代表性的原岩应力测点，采用应力解除法进行了三维地应力测量，分析了该矿区的地应力分布特征。
结果表明：各测点最大水平主应力都大于垂直应力，矿区最大主应力方向基本为 NW—SE 向，与实测主要构造的应力场方向基本一致，即矿区主控地应力为构造应力。
现场实测地应力表明：目前主要巷道与最大主应力方向的夹角较大，对巷道围岩稳定与维护产生不利影响，需根据实际采矿地质条件、施工因素、最大主应力方向，综合确定巷道的最佳轴线方向及合理的断面形状。
【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】3页(P224-226)【关键词】地应力;三维地应力测量;应力场分布特征;构造应力【作者】杨睿;马骥【作者单位】山东科技大学土木工程与建筑学院;陕西正通煤业有限责任公司【正文语种】中文地应力是导致土木建筑、水利水电、矿山、铁路及其他岩土开挖工程变形、破坏的根本力源[1]，是确定岩体的力学性质、岩土工程施工设计、决策及相应的围岩稳定性控制所必备的基本资料[2-3]。
大量研究表明，在影响巷道围岩稳定性、采矿工程的诸多因素中，地应力是起主导作用的因素之一[4]。
近年来，相当一部分矿井陆续开展了地应力的现场实测工作，为井巷设计、矿井施工、围岩稳定性维护提供了主要依据[5-8]。
为有效掌握矿区地应力场的分布规律，本研究以某矿区为例，选取该矿区不同区域的4个测点进行地应力测量，为该矿井巷工程设计提供依据。
某矿区所在的亭南井田的设计面积为33.82 km2，主采煤层为8#煤，煤层平均厚8.29 m，矿井地质储量约3.98亿t，可采储量约1.84亿t(图1)。
该矿区处于路家—小灵台背斜中段，向南进入大佛寺向斜北翼，向北则跨入孟村向斜南翼。
井田受路家—小灵台背斜、孟村向斜、大佛寺向斜的影响，而受路家—小灵台背斜的影响最大。
构造地质学——地质构造分析的力学基础
结论: 在距主应力面45°的截面
上(即a=45°的截面上), 正应 力等于主应力的一半。剪应力 值也等于主应力的一半，并且 最大。在两垂直的截面 （ α=45° 和α=-45° ）上剪 应力互等, 剪切方向相反。
结论: 在平行于单轴作用力的截
面上,既无正应力, 也无剪应力
一、 应力分析
(s1 - s2) cos2a /2 （7）
t= (s1 - s2) sin2a/2
（8）
一、 应力分析
结论: 在两个互相垂直的截面上的主应力之和为一常量, 且等 于二主应力之和 两个互相垂直的截面上的剪应力值大小相等, 剪切 方向相反, 这一关系称为剪应力互等定律 在与外力垂直的截面上, 存在最大主应力s1 , 剪应 力为零, 即没有剪应力 在与外力平行的截面上, 存在最小主应力s2, 剪应 力为零 在与外力呈45°的截面上, 正应力为二主应力之和 的一半, 剪应力为最大
1
3 2
一、 应力分析
（一）有关力的一些概念
1. 外力: 对于一个物体来说，另一个物体施加于这个物体的的 力称为外力。两种类型:
面力: 通过接触面作用于物体的力 体力: 物体内每一个质点都受到的力, 它不通过接触, 而 是相隔一定的距离相互作用, 如太空星球之间的吸引力, 物体 的重力等。 2. 内力: 物体内部各部分之间的相互作用力叫内力。两种类型: 固有内力: 一物体未受外力作用时, 其内部质点之间存在 的相互作用力, 这种相互作用力使各质点处于相对平衡状态, 从而使物体保持一定的形状, 这种力称为物体的固有内力. 附加内力: 物体受到外力作用时, 其内部各质点的相对位 置发生了变化, 它们之间的相互作用力也发生了变化, 这种物 体内部内力的改变量称为附加内力
讲05 应力和应变
4
第十八章
第一节 应力和应变
受力与变形
（四）应变椭球体的概念
为了更形象的表示地壳中岩石的应变特征，我们引进了应 变椭球体的概念。假设岩石中有半径为一个单位的球体，应变 后变成一椭球体，椭球体的三个轴按应变大小分别用A、B、C 或X、Y、Z表示。其中最大应变轴A平行于最小应力轴σ 3 ，最 小应变轴C平行于最大应力轴σ 1，中间应变轴B平行于中间应力 轴σ 2，由AB、BC、AC构成的面称主平面，其中垂直C轴的AB面 又称压性面，垂直A轴的BC面又称张性面。见下图。
第十八章
思考题
受力与变形
1. 简述外力、内力、应力、应变与应变椭球体的基本概念。 2. 图示变形的基本类型。 3. 岩石变形分为哪几个阶段，影响岩石变形的因素有哪些？
10
第十八章
.
思考题
受力与变形
11
2.时间 岩石受力作用的时间长短，对岩石变形的影响同样很大。岩石受 短暂而强大的冲击力作用时常表现为脆性变形。反之，当岩石所 受作用力即使小于岩石的弹性极限，但作用力作用时间较长，同 样能使岩石发生永久性变形。
3.外力的重复作用 岩石受外力反复多次的重复作用，将降低岩石的屈服极限和强度 极限，使岩石发生断裂或变形。
2.剪切应变 两条相互垂直的直线在变形后其夹角偏离直角的量称之为角剪切应
变，其正切称为剪应变r， r = tg , 见右图
（三）均匀变形与非均匀变形
1.均匀变形 变形前后各质点的应变特征相同。
2.非均匀变形 变形前后各质点的变形特征不同。非均匀变形分连续变形与不连 续变形两种。见P56页图18—6。
部集中的现象。如岩层中的断裂面、硬岩层中所夹 1.平移
的软弱层等，都是构造应力易于集中的部位。
城市区域地壳稳定性评价
第3章城市区域地壳稳定性评价一、区域地壳稳定性因素二、区域地壳活动深部构造特征三、区域现代地壳活动性特点四、区域断裂活动特征五、区域地震活动规律及特征六、区域构造应力场特征七、区域地壳稳定性分级（区）及评价•区域地壳稳定性：岩石壳内，正在进行的地质、地球物理作用对地壳表层及工程建筑安全的影响程度，即是在地球内动力作用下地壳形变、断裂位错形成的地质灾害影响人类和工程建筑的安全程度。
•城市区域地壳稳定性：在地壳内动力作用下，城市所处区域由于现代地壳变形、断裂活动、地震活动、岩浆及火山活动等影响下，地壳相对稳定程度以及对城市工程建筑的影响程度。
一、区域地壳稳定性因素•1. 地壳结构和组成•2. 地壳的动力条件•3. 现代地应力场•4. 现代地壳变形•5. 活动断裂•6. 地震活动•7. 火山活动•1. 地壳结构和组成•地壳厚度、组成、分布及变化情况以及深大断裂及其分布、活动性等•2. 地壳的动力条件•地球重力场的变化，如重力梯度带、布格异常变化带、地热场的变化—高热流值带以及压强变化等。
•地球的重力场是重力势的梯度，可以通过重力测量、天文大地测量和观测人造地球卫星轨道的扰动来求得。
由于重力均衡作用，重力场可以反映地幔以及地壳、地幔边界的起伏状况，称之为地壳均衡。
•地球重力场：地球上由于物质密度各处存在差异，使得地球重力场并不均匀。
NASA“葛雷斯”重力探测卫星得出的地球重力分布图，红色代表高重力区域，蓝色则代表低重力区。
地热场•火山、热泉以及成矿热流体都表明地热是客观存在的。
地热的分布是不均匀的，不同地区、不同深度的温度存在明显差异，研究认为：板块运动、地震，还有高山的隆升等等都是由地热的差异引起的。
•地热是由放射性元素衰变放热形成的，主要通过传导和对流扩散的方式向外传递，在此过程中出现矿物相转变、地幔对流、岩浆喷发等地质作用。
•3. 现代地应力场（构造应力场）•现代应力场特征、最大主应力、最小主应力及剪应力的分布、大小、方位变化等。
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寰２矿区●■善ｔ时应力状志
向展布，向外围逐渐降低。渌钟璜一带应变能剐僖低。
常区相对比较分傲（图３）。
从矿区成矿期量大剪应力等值线图（图３ｂ）看，风置山处于较高值区，渌钟顶地区偏低，凤 量山到渌钟硬之间为低值区。而矿区外围，特别是东北部最大剪应力值很高。Ｅ、Ｂ断层附近
量大剪应力值较高，异常等值线基本上与断层走向平行，显示成矿期ＦＩ、Ｆ．断层带扭性特征。
矿区ＦＩ、Ｆ‘断层晨布范围内成矿期处于高应变能区域（图３ｃ），应变能等值线呈线状Ｅｗ
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万方数据
１４
地质力学学报
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放在岩性分界线上和断裂破碎带边界线上，即用
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１２
地质力学学报
２∞１
（２）ＮⅣ向断层矿区内Ｎｗ向断层比较发育且数量多．规模较大，有Ｆ５一ｋ共８条。倾 角一般在６００一８００之间。个别断层（如Ｂ）破碎带中有工业银矿体。根据断面上多组擦痕及切
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东西走向的断裂破碎带中。矿区构造以断裂为主，褶皱不发育。断层以ＷＮＷ—Ｅｗ
向、胂向两组为主，其次为ＮＥ向，偶见ｓＮ向。矿区内节理发育，按走向可分为６
卅睨向挤压、喜马拉雅运动ＮＥ—Ｓｗ向挤压和近Ｅｗ向挤压作用。 组。矿区曾经历了加里东运动和海西一印支运动两次ｓＮ向挤压、印支一燕山运动
关ｔ词：镊矿；构造变形场；构造应力场；有限应交；广西凤旦山
簟７卷第１期 ２ ０ ０ １年３月
地质力学学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＧＥＯＭＥＣＨＡＮＩＣＳ
¨．７ Ｎ０．１ 陆．２ Ｏ ０１
立章●鼍：ｌ∞嘣１６（加ｏｌｌ０１．ｏ叩乳１３
广西凤凰山银矿区构造特征及 构造应力场、应变场分析
黄继钧
（成都毫工学院地质学系，６舢９）
擅耍：广西凤旦山银矿位于广西西大明山复武背斜北部次级小明山背辩北翼内近
臣固蛋１ｚ：３
罂
２
严
圈ｌ广西风置山银矿区域地质略图
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅｆｅｇｉ伽ｄ铲０ｌ（．ｇｉｃ ｓｋｅｔＩ出ｍ印ｏｆ ８ｉＬｖ盯骶 ｉＩＩ Ｆｅｎ曲ｕ鲫挚ｈａｎ，Ｇｌ蛆Ｂ翻Ｉｂ“ｎｃｅ
Ｉ．第三幕；２．白墨罩；３．慷，泰；４．三叠秉；５．二叠幕；６．石炭系；７坭盐蕞‘ ８．袁蕾幕；９．臭一摹；１０．寡武秉；儿．花岗岩；１２．听层；１３．矿区位置
Ｔ｜Ｉｂｌｅ ５ Ｄｉ商呻嘶嘲劬哪如ｍ彻由謇ｉｓ ０ｆ ｄｉｓｌ∞耐ｏｎ ｄ删旧ｉｔｙ ０ｆ ｑＩＩ吡ｉｎｔｈｅｍｉｎｅ删
囊‘石英重■ｔｌ径置推算的整应力值 ３．５成矿期应力塌有限单元模拟计算
ＴＩＩｂｌｅ ６ Ｄ进＆攫ｒ叫蛀嗍ｆｉ啪ｍ朗耶ｕ舢ｎｔ 应用计算机对成矿期构造应力场进行了有限
ｑ岫鲫岍岫 ０ｆ ｄｉ衄咧时ｏｆ
（１）Ｅｗ向断层 由Ｆｌ、Ｆ２、Ｂ、Ｆ．组成一Ｅｗ向破碎带。其中ＦＩ、Ｆ４规模最大，是矿区内主 要储矿断层。
Ｆｌ断层位于矿区东部，琊延伸达１．３ｋｍ，沿走向波状弯曲。断面倾向ｓ—ｓｗＳ。倾角５００～
８５０不等，沿倾向舒缓波状，总体呈上缓下陡。 ｜：．斯层位于矿区西部，地表长Ｉ．１ｋｍ，走向Ｅｗ，局部转为ｗＮＷ，总体倾向南，倾角６００。
ｍ
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经赤平投影和计算证明矿区经历ｓＮ向、ｍ嗍向、ＮＥ—ｓＷ向和近肼向水平挤压
（表４）。 寰●用量平后节曩采鲁的应力方位
１讪正ｅ ４ Ｓ峙ｅ鹪ｏｄｅｎｌ撕∞ｆｔｏｍ ｊｏｉＩＩｔ
ａＤａｌ曲ｉⅡｔｈｅ ｍｉｎｅｍ
中圈分类号：Ｐ６１８．５２０２，０２４１．８２
文ｔ标识码：Ａ
广西凤置山银矿区域上处于南岭Ｅｗ向构造带西端，ＮＥ向华夏构造带、ｗ向构造带和
川黔ｓＮ向构造带南靖复合部位，位于广西西大明山复式背斜北部次级小明山背斜东段近侦 没端北翼（图１）。该矿床规模大、品位高，是国内重要的银矿床。
１ 矿区地层
矿区内出露地层为寒武系黄洞口组一段下部（∈＾“１）灰色、灰绿色中厚层状中细粒长石
（１）肼向褶皱位于矿区中段。规模小，两翼产状为３５５０么７８０、１７０。么３２０和１７００么２３０、５。
么５６。。
ｔ■日一：∞Ｄ睢恤１７
俸童■开：黄ｔ钧（１９●Ｄ一】，勇．麓摄．构鼍■魔掌、■羹力学专生，主蔓从事杓ｔ变形力拳帆■、构ｔ应身■夏控暑控ｒ 曩论研巍。
万方数据
１０
地质力学学报
２∞１
田田田，。ｓ 固回团田田，·８ｅ５ 囤团圆。１１０ｌ
［Ⅳ一（Ⅲ）一Ｖ］十［Ⅱ一（Ⅳ）一Ⅲ］一［Ｉ一（Ｖ）一Ⅲ］一［Ｖ一（Ｉ）一Ⅱ２］
３矿区构造应力场特征
古构造应力场虽然已消失，但其产物——构造形迹及其组合仍然存在，可根据其特征研究
ｒ
其形成时的应力场特征ｍ“。
３．１■■构造反映的应力场特征
中：ｌ鼢一咖辈祟竺生！警婴 根据矿区褶皱两翼优选产状ｍ。么Ｑ。ｍ：么Ｑ：利用赤平投影和下列公式ｏ：
矿区节理特别发育，按走向可分为６组，按倾向和倾角不同可分为９组（表１）。各组节理 力学性质复杂，经历多次构造活动，早期节理被后期节理归并利用。或发生重新活动…。根据 节理相互切铜关系、活动次数、力学性质、节理面上擦痕组数及切割关系和旁饲构造，经筛分为 ４套共辘节理，其生成颅序为［Ⅳ一（Ⅲ）一Ｖ］一［Ⅱ一（Ⅳ）一Ⅲ］一［Ｉ（Ｖ）一Ⅲ］一［Ｖ一 （Ｉ）一Ⅱ：］（注：方括号内为两组共轭剪节理．小括号内为配套张节理；下同）。第Ⅳ组节理可 能为曩层节理。
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３妒６矿
石英砂岩夹薄层泥岩和黄洞口组一段上部（∈＾。２）浅灰色、灰色中厚层状中粒长石石英砂岩
夹页岩。矿区外围为寒武系小内冲组和泥盆系一三叠系。
，
２矿区构造特征
矿区构造形迹以断裂为主，褶皱不发育（图２）。 ２．１■ｔ
矿区地层总体向ＮＮＥ倾斜，见有少数小褶曲。褶曲轴向为ＥＷ向、ＮＥ向和Ｎｗ向３组。 多为不对称褶曲。