地应力测量与采矿设计优化.pptxVIP

第1页/共124页地应力测量与采矿设计优化第2页/共124页内容提要一、地应力的基本概念及地应力测量的重要性二、地应力场测量的基本原理和主要方法三、地下矿山采矿设计优化四、大型深凹露天矿边坡设计优化第3页/共124页参 考 书1、蔡美峰著。地应力测量原理和技术。科学出版社，2000年。2、蔡美峰著。金属矿山采矿设计优化与地压控制-理论与实 践。科学出版社，2001年。3、蔡美峰主编，何满潮、刘东燕副主编。岩石力学与工程。科学出版社，2002年。 第4页/共124页第一节 地应力的基本概念及地应力测量的重要性 第一节 地应力的基本概念及地应力测量的重要性BASIC CONCEPTS AND IMPORTANCE OF　IN-SITU STRESS MEASUREMENT第5页/共124页第一节 地应力的基本概念及地应力测量的重要性什么是地应力？ 地应力是存在于地层中的天然应力，也称原岩应力、岩体初始应力、绝对应力等。它是引起采矿、水利水电、土木建筑、铁道、公路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。准确的地应力资料是实现采矿和岩土工程开挖设计和决策科学化的必要前提条件。 1.1 地应力的成因及其一般分布规律第6页/共124页1.1.1地应力的成因30多年来的实测和理论分析表明，地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，包括：大陆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地壳非均匀扩容另外，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。第7页/共124页1.1 地应力的成因及其一般分布规律中国大陆板块受到印度洋板块和太平洋板块的推挤，同时受到了西伯利亚板块和菲律宾板块的约束，产生水平受压应力场。印度洋板块和太平洋板块的移动促成了中国山脉的形成，控制了我国地震的分布。 中国板块主应力迹线图第8页/共124页汶川大地震第9页/共124页龙门山断裂带第10页/共124页1.1 地应力的成因及其一般分布规律1.1.2 地应力分布的一般规律地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量水平应力普遍大于垂直应力平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小，但在不同地区，变化的速度很不相同最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大，显示出很强的方向性地应力的上述分布很会受地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大1.2地应力测量的重要性第11页/共124页1.2.1 地应力分布状态的复杂性和多变性构造运动和重力作用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。当前的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。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，造成了地应力状态的复杂性和多变性。即使在同一工程区域，不同点地应力的状态也可能是很不相同的，因此，地应力的大小和方向不可能通过数学计算或模型分析的方法来获得。要了解一个地区的地应力状态，唯一的方法就是进行地应力测量。第12页/共124页1.2地应力测量的重要性1.2.2 地应力对采矿工程的重要性传统的采矿及其它岩土工程的开挖设计和施工是根据经验来进行的（查手册）。当开挖活动是在小规模范围内和接近地表的深度上进行的时候，经验类比的方法往往是有效的，但是随着开挖规模的不断扩大和不断向深部发展，经验类比法已越来越失去其作用。为了对各种岩土工程进行科学合理的开挖设计和施工，就必须对影响工程稳定性的各种因素进行充分调查。在诸多的影响岩体开挖工程稳定性的因素中，地应力状态是最重要最根本的因素之一。1.2地应力测量的重要性第13页/共124页对矿山设计来说，只有掌握了具体工程区域的地应力条件，才能合理确定矿山总体布置，选取适当的采矿方法，确定巷道和采场的最佳断面形状、断面尺寸、开挖步骤、支护形式、支护结构参数、支护时间等，从而在保证围岩稳定性的前提下，最大限度地增加矿石产量，提高矿山经济效益，从而实现采矿工程的优化。1.2地应力测量的重要性第14页/共124页根据弹性力学理论，巷道和采场的最佳形状主要由其断面内的二个主应力的比值来决定，为了减少巷道和采场周边的应力集中现象，它们最理想的断面形状应是一个椭圆，而这个椭圆在水平和垂直方向的两个半轴的长度之比应与该断面内水平主应力和垂直主应力之比相等。在此情况下，巷道和采场周边将处于均匀等压应力状态。这是一种最稳定的受力状态。1.2地应力测量的重要性第15页/共124页在确定巷道和采场走向时，也应考虑地应力的状态，最理想的走