区构造特征及构造应力场、应变场分析

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。

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。

《构造地质学》课程笔记第一章绪论一、构造地质学的内涵和构造规模1. 构造地质学定义：构造地质学是地球科学的一个分支，它专注于研究地球岩石圈的结构、构造、形成过程、演化历史以及控制这些过程的动力学机制。

它涉及从微观到宏观尺度的地质现象，包括地层、岩体、断裂、褶皱等。

2. 研究内容详述：（1）地质体的形态、产状、规模和组合特征：研究不同类型地质体的外部形态、空间排列、大小和相互之间的组合关系，如断层、褶皱、节理等。

（2）地质体的形成、演化和改造过程：探讨地质体从形成到改造的整个地质历史过程，包括构造运动、岩浆活动、变质作用等。

（3）地质体之间的相互关系及其在地球动力学过程中的作用：分析地质体之间的相互作用，以及它们在板块构造、地壳运动等地球动力学过程中的角色。

3. 构造规模划分详述：（1）大型构造：涉及整个板块或大陆规模的构造，如板块边界、地槽-地台、造山带等。

（2）中型构造：介于大型和小型构造之间，如区域性的褶皱带、断裂带、火山带等。

（3）小型构造：在更小的尺度上，如单个褶皱、断层、节理、面理等。

二、地质构造的类型和关系1. 地质构造类型详述：（1）原生构造：在岩石形成过程中直接形成的构造，如层理、波痕、泥裂等沉积构造。

（2）次生构造：岩石形成后，在后期地质作用下形成的构造，如褶皱、断层、节理等。

（3）复合构造：原生构造和次生构造相互叠加、改造形成的复杂构造，如叠加褶皱、复合断层等。

2. 地质构造之间的关系详述：（1）成因关系：不同构造之间的成因联系，如断层活动可能导致褶皱的形成。

（2）时间关系：不同构造形成的时间顺序，如先形成断层，后形成褶皱。

（3）空间关系：不同构造在空间上的分布和排列方式，如断层与褶皱的相互切割关系。

三、构造分析的基本方法1. 地质观察详述：（1）观察地质体的形态、产状、规模、组合特征：通过野外实地观察，记录地质体的各种特征。

（2）使用地质罗盘、GPS等工具进行精确测量：测量地质体的产状、方位等参数。

名词解释视倾角:当剖面与岩层的走向斜交时，岩层与该剖面的交迹线叫视倾斜线，视倾斜线与其在水平面上的投影线间的夹角称为视倾角，也叫假倾角。

真倾角:当剖面与岩层的走向垂直时，岩层与该剖面的交迹线叫倾斜线，倾斜线与其在水平面上的投影线间的夹角称为真倾角。

侧伏向与侧伏角:当线状构造包含在某一倾斜平面内时，此线与该平面走向线间所夹之锐角即为此线在那个平面上的侧伏角，构成侧伏锐角的走向线的那一端的方位叫侧伏向。

倾伏向与倾伏角:某一直线在空间的延伸方向，即某一倾斜直线在水平面上的投影线所指示的该直线向下倾斜的方位，叫倾伏向；倾斜直线与其水平投影之间所夹锐角叫倾伏角。

应力:单位面积的附加应力差异应力:σ1、σ3的差值应力轨迹:各个应力状态的连线应变：在应力作用下物体形状和大小的改变量线应变:变形的结果引起物体内质点之间的线段的变化，常用单位长度的改变量来表示。

剪应变:变形的结果引起两条线段之间的夹角的变化叫做剪应变。

剪裂角:剪裂面与最大主应力的夹角共轭剪裂角:两组共轭剪节理的夹角为共轭剪裂角。

均匀应变:物体内各质点的应变特征相同的变形。

非均匀应变:物体内各质点的应变特征发生变化的变形。

应变椭球体:应变椭球体：为了形象地描述岩石的应变状态，常设想在变形前岩石中有一个半径为1的单位球体，均匀变形后形成为一个椭球，以这个椭球体的形态来表示岩石的应变状态，这个椭球体便是应变椭球体。

旋转变形:应变椭球体主轴方向的物质线在变形前后方向发生改变的变形叫旋转变形。

非旋转变形:应变椭球体主轴方向的物质线在变形前后方向未发生改变的变形叫非旋转变形。

共轴递进变形:在递进变形过程中，如果各增量应变椭球体的主轴始终与有限应变椭球体的主轴一致，叫做共轴递进变形。

非共轴递进变形:在递进变形过程中，如果各增量应变椭球体的主轴与有限应变椭球体的主轴不一致，叫做非共轴递进变形。

增量应变:变形期中某一瞬间正在发生的小应变叫增量应变。

有限应变:物体变形的最终状态与初始状态对比发生的变化称为有限应变蠕变:在恒定应力作用下，应变随时间持续增长的变形称为蠕变。

构造地质学参考答案（一）名词解释1、地质构造：是指组成地壳的岩层和岩体在内、外动力地质作用下发生的变形、变位，从而形成诸如褶皱、节理、断层、劈理以及其他各种面状和现状构造等。

2、断层：破裂面两侧岩石具有明显位移的一种构造。

3、褶皱：岩层发生弯曲而形成的构造现象。

4、应力：单位面积的附加应力或固有内里的该变量。

5、节理：破裂面两侧岩石无明显位移的构造。

6、底辟构造：地下高韧性地质体，在构造力的作用下，或者由于岩石物质间密度的差异所引起的浮力作用下，向上流动并挤入上覆岩层之中形成的一种构造。

7、应变：在应力作用下物体形状和大小的改变量。

8、构造应力场：是指地壳内一定范围内某一瞬时的应力状态，其内部的应力分布和变化是连续而有规律的。

9、劈理：将岩石按一定方向分割成平行密集的薄片或薄板的此生面状构造。

10、均匀应变：物体内各质点的应变特征相同的变形。

11、非均匀应变：物体内各质点的应变特征发生变化的变形。

12、递进变形：是指在同一动力持续作用的变形过程中，所发生的应变状态发生连续变化的变形方式。

13、枢纽：单一褶皱面上最大弯曲点的连线。

14、褶皱脊线：同一褶皱面上沿着背形最高点的连线。

15、平行褶皱：各岩层呈平行弯曲，褶皱层真厚度不变。

16、相似褶皱：各岩层弯曲的形态相似，或各层的曲率基本不变。

17、同沉积断层：边下降边沉积的断层。

18、纵弯褶皱作用：岩层受到顺层挤压力的作用而发生褶皱，称纵弯褶皱作用。

19、横弯褶皱作用：岩层受到与层面垂直的外力作用而发生褶皱，称横弯褶皱作用。

20、剪切褶皱作用：又称滑褶皱作用，是指使岩层沿着一系列与层面不平行的密集皮里面发生差异滑动而形成褶皱的构造作用。

21、节理组：指一次构造作用的统一应力场中形成的产状呈规律变化的一群节理。

22、节理系：在一次构造作用的统一应力场中形成的两个或两个以上的节理组，称节理系。

23、逆冲推覆构造：是由逆冲断层及其上盘推覆体或逆冲岩席组合而成的构造。

一、重要概念1矿山压力、2 矿山压力显现、3矿山压力控制、4原岩应力、5支承压力、6老顶、7直接顶、8直接顶初次垮落、9顶板下沉量、10老顶初次来压、11周期来压、12关键层、13开采沉陷、14充分采动与非充分采动、15岩层移动角、16岩层变形、17沿空留巷、18沿空掘巷、19锚固力、 20软岩、 21顶板大面积来压、22浅埋煤层、23放顶煤开采。

二、简答与分析论述1. 简述原岩应力场的概念及主要组成部分。

2. 原岩应力分布的基本特点3. 支承压力与矿山压力的区别？4. 煤柱下方底板岩层中应力分布特点及其实际意义？5. 简述岩石破碎后的碎胀特征及其在控制顶板压力中的作用？6. 分析采场上覆岩层结构失稳条件7. 分析加快工作面推进速度与改善顶板状况的关系。

8. 试分析开采深度对采场矿山压力及其显现的影响。

9. 老顶破时在岩体内将引起什么性质的挠动，其特点是什么？有何实用意义？10. 简述回采工作面周围支承压力分布规律。

11.是否矿山压力大矿山压力显现也必然强烈，试举例说明。

12. 简述我国缓倾斜煤层工作面顶板分类方案。

13. 支撑式、掩护式、支撑掩护式液压支架结构特征及适用范围。

14. 简述采场支架与围岩关系特点。

15. 分析采场支架工作阻力与顶板下沉量“P-△L”曲线关系16. 试分析综采面支护质量监测对于改善工作面支架—围岩关系，确保工作面高产高效的作用。

17. 简述开采后引起的上覆岩层的破坏方式及其分区。

18. 简述绿色开采技术体系，关键层的作用。

19. 简述控制岩层移动的技术。

20. 为什么说锚注支护是软岩巷道支护的新途径？21. 采区平巷在其服务期内沿走向的矿压规律有哪些？采动影响带的前影响区和后影响区内矿压显现时间和机理有何不同？22. 沿空留巷矿压显现基本特征？与沿空掘巷矿压显现的主要区别？23. 跨巷回采卸压的基本原理？24. 画出巷道支架与围岩相互作用关系示意图，并分析支架与围岩的相互作用原理。

构造地质学集题集参考答案名词解释第一章地质构造指组成地壳的岩层或岩体在内、外动力地质作用下发生变形和变位，如褶皱、节理、断层、劈理以及各种线理和面理构造等。

构造层次：因地下深处温压升高引起岩石力学性质变化导致变形变化造成的，分为表构造层次、浅构造层次、中构造层次、深构造层次。

构造尺度在对地质构造进行观察研究时，可按规模大小划分为许多级别，称为构造尺度。

构造叠加：已变形的构造又再次变形而产生的复合现象。

构造世代：指不同旋回或不同构造幕中形成的构造顺序。

第二章岩层的产状岩层的空间产出状态，常采用岩层面的走向、倾向和倾角三个要素的数值来表示。

水平岩层：未经变动的仍保持成岩后原始状态的沉积岩层。

“Ｖ”字形法则倾斜岩层露头界线分布形态较复杂，表现为与地形等高线呈交切关系，并有一定规律，即当其横过沟谷或山脊时，均呈“Ｖ”字形态，根据岩层产状、地面坡向和坡度角不同，“Ｖ”字形形态也有所不同，这种规律称为“Ｖ”字形法则。

不整合接触上、下地层间层序有间断，先后沉积的地层间缺失了某些地层。

角度不整合上、下地层间既缺失地层，产状又不相同。

平行不整合上、下地层间既缺失地层，但产状基本相同。

第三、四、五章构造应力场指地壳内一定范围内某一瞬时的应力状态。

应力椭球体当主应力σ1>σ2>σ3,且符号相同时,就可根据一点的主应力矢量为半径作出一个椭球体,该椭球体代表该点的全应力状态, 称应力椭球体。

应变椭球体设想物体和岩石变形前内部某一点为一小圆球体,变形后这个圆球体就会变为椭球体,该椭球体称为应变椭球体。

变形当物体受力后，其内部各点之间相互位置的改变称变形。

它的形状或体积发生改变，或者同时发生改变。

变形的方式可分为：平移、转动、形变和体变。

均匀变形指岩石的各个部分的变形性质、方向和大小都相同的变形。

非均均变形指岩石各点部分变形的方向、大小和性质不同的变形。

应变物体变形程度的量度。

线应变指物体内某一方向单位长度的改变量。

一、判断题1、对称波痕的波峰尖端指向岩层的顶面。

对2、对称浪成波痕的波峰尖端指向岩层的底面。

错3、泥裂在剖面上一般成“V”字形，其“V”字形尖端指向岩层顶面。

错4、斜层理由一组或多组与主层面斜交的细层组成，其细层的收敛方向指向岩层的底面方向。

对5、斜层理由一组或多组与主层面斜交的细层组成，其细层的收敛方向指向岩层的顶面方向。

错6、粒级层理又称递变层理，其特点是在一单层内，从底到顶粒度由粗逐渐变细。

对7、雨痕的凹坑或瘤状印模的圆弧形顶端总是指向岩层底面。

对断层运动方向1、在断层旁侧发育的压性结构面（如褶皱轴面）与断层所构成的锐角指示断层对盘的运动方向。

对2、在断层旁侧发育的张性结构面（如羽状张节理）与断层的锐夹角指示对盘的运动方向。

错3、在断层旁侧发育的羽状剪节理与断层所构成的锐角指示断层对盘的运动方向。

错4、牵引褶皱的弧形顶端指示断层对盘运动方向。

错5、牵引褶皱的弧形顶端指示断层本盘运动方向。

对6、同沉积断层的上盘常发育逆牵引构造，逆牵引构造一般构造背斜，其弧形顶端指示断层本盘的运动方向。

错褶皱1、同沉积褶皱是在岩层形成后受力变形而形成的。

错2、同沉积断层是在岩层形成后受力断裂而形成的。

错3、在多层岩层受到顺层挤压引起的纵弯褶皱作用过程中，背斜中各相邻岩层的下层相对向背斜的转折端滑动。

错4、在多层岩层受到顺层挤压引起的纵弯褶皱作用过程中，背斜中各相邻岩层的上层相对向背斜的转折端滑动。

对V字形法则1、当岩层倾向与地面坡向相同，且岩层倾角大于地面坡度角时，岩层界线与地形等高线的弯曲方向相反。

对2、当岩层倾向与地面坡向相反，岩层界线与地形等高线的弯曲方向相反。

错3、当岩层倾向与地面坡向相同，且岩层倾角小于地面坡度倾角时，岩层界线与地形等高线的弯曲方向相反。

错4、当岩层倾向与地面坡向相反时，岩层出露线与地形等高线的弯曲方向相同。

对5、当岩层倾向与地面坡向相同，且岩层倾角大于地面坡度角时，岩层界线与地形等高线的弯曲方向相反。

浅谈原岩应力及测量方法金小川;周宗红;陈学辉【摘要】As underground engineering is deeper, the in situ rock stress will become greater. To maintain the stability of rock body during the engineering operation, the authors discuss the formation of in situ rock stress, affecting factors of in situ rock stress and several measuring methods of in situ rock stress. The paper compares these measuring methods and points out where improvements can be done.%随着地下工程作业深度的增加,岩体的原岩应力也越来越大.为了保证工程作业时岩体的稳定,讨论了原岩应力的形成、影响原岩应力的因素及几种原岩应力的测量方法,并对这几种测量方法进行了比较,提出今后测量原理原岩应力应改进的地方.【期刊名称】《矿产与地质》【年(卷),期】2012(026)005【总页数】3页(P363-365)【关键词】原岩应力;应力解除法;水力压裂法;应力恢复法;Kaiser效应【作者】金小川;周宗红;陈学辉【作者单位】昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明650093【正文语种】中文【中图分类】TD3110 引言地壳中没有受到人为活动影响的岩体，称为原岩；存在于原岩中的应力称为原岩应力，也叫地应力、初始应力或绝对应力。

未来二十年对于原岩应力的研究仍是国际上的一个前沿性课题，因为原岩应力的测量无论是对于地震预报、构造地质和地球动力学的研究上，还是在地下矿山开采及能源开发等生产实践中均起到了越来越重要的作用［1］。

河间构造地裂缝应力场二维剖面模型研究宋伟;关晓琳;马学军;王兵虎【摘要】华北平原是我国地裂缝发育较为密集的地区,河北沧州河间地裂缝具有典型构造影响特征.为分析沧州河间地裂缝发育特征、成因机制,通过求解平面应力问题的有限单元方法反演了沧州河间区域构造应力场,确定了最大主应力场和最大剪应力集中区,从而探索分析构造地裂缝的潜在危险区,建立了地裂缝二维剖面模型,计算分析河间地区区域构造应力场及区域应力集中区与地裂缝的对应关系.研究了二维状态下区域构造应力场的总体特征和规律以及活动断裂对地裂缝的成生、扩展和发育分布的控制关系.分析认为,河间地区地裂缝是由下伏基底延展变形及随之产生的断裂活动提供内动力使应力集中区域发育,具有构造型地裂缝的典型发育特征,是河间地裂缝形成及发展的主要因素.【期刊名称】《地质学刊》【年(卷),期】2018(042)002【总页数】7页(P298-304)【关键词】河间地裂缝;构造应力场;有限元模型;河北沧州【作者】宋伟;关晓琳;马学军;王兵虎【作者单位】中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北保定071051;中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北保定071051;中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北保定071051;中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北保定071051【正文语种】中文【中图分类】P628+.30 引言华北平原是我国地裂缝发育较为密集的地区，具有分布广、数量多、破坏力相对集中的特点(李昌存，2003)。

沧州是华北地裂缝分布较为密集的地区，对农业生产、工程建设、人民生活都造成了极大的影响。

与其他区域相比，沧州河间发育的地裂缝又具有自身的特征和规律。

前人关于地裂缝成因的研究，认为地下水开采造成地下水水位的下降是地裂缝形成的主要原因(邹继兴等，1994；刘金峰等，2001；王秀艳等，2006；刘志国等，2007)，沧州地区地下水超采情况严重，形成了规模较大的降落漏斗，造成区域性的地面沉降，地下水开采造成地下水水位下降是地裂缝形成的主要诱因之一(白永辉等，2005)。