岩石力学-地应力说课材料.ppt

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1、岩石力学-地应力第一节概述一、天然应力的概念1.天然应力：人类工程活动之前，天然状态下，岩体内部存在的应力，称为岩体天然应力或岩体初始应力，有时也称为地应力。2.重布应力：人类进行工程建设将引起一定范围内岩体初始应力的改变，工程建设扰动后的岩体应力称为重布应力或二次应力。→←重分布应力↓↑∧++++++++++++++++++天然应力第一节概述一般情况下主地应力表示方法H地表垂直主应力σv水平最大主应力σH水平最小主应力σh概述主应力空间地应力是场函数地应力又称为地应力场有大小和方向概述水平最大地应力水平最小地应力1.构成：岩体自重→

2、自重应力构造运动→构造应力流体作用→静水压力梯度，渗流应力其它（地温、地球化学作用等）二、天然应力的构成及起源自重引起的天然应力场二、天然应力的构成及起源起源（主要指构造运动的起源）：板块运动地幔热对流地球自转速度变化二、天然应力的构成及起源地幔热对流板块运动地球表面一个板块对于另一个板块的相对运动。东非大裂谷，由于地壳断裂运动，形成于大约3000万年前。我国西部山前构造，由于板块挤压，形成高陡地层。地球自转速度的变化长期减慢周期性变化不规则变化科里奥利力：由于地球自转运动而作用于地球上运动质点的偏向力。1.研究历史1878年海姆提出

3、天然应力（静水应力说）1932年，在美国胡佛水坝下的隧道中，首次成功地测定了岩体中的天然应力到目前天然应力测点遍布全球，有几十万个测点。大部分是浅部，最深5108米（美国密执安水压致裂法）。三、天然应力的研究历史胡佛水坝：位于美国科罗拉多河上，坝高221.4m我国从50年代末开始天然应力量测三、天然应力的研究历史李四光教授是中国地应力测量的创始人，提出“地应力的探测是地质力学具有重大实际意义的一个新方面”。地质学家—李四光教授西南：印度板块向NNE挤压东部：太平洋板块向W俯冲北部：西伯利亚板块阻挡南部：菲律宾板块向N俯冲WorldSt

4、ressMapAnderson理论——断层类型与主应力关系正断层与地应力典型应力状态：sv=s1>sHmax=s2>sHmin=s3地垒－地堑结构拉伸q倾角sv=s1sHMAX=s2拉伸shmin=s3走滑断层与地应力sv=s2shmin=s3sHMAX=s1锐角几乎垂直的断层面sHMAXshmin伴生正断层sHMAX典型应力状态：sHMAX=s1>sv=s2>sHmin=s3逆断层与地应力compressionstaticbasalsheetoverthrustsheetbrittlequartz-illiteshalehingep

5、ointshighlyfracturedzonelargelyunfracturedshaleABCsHMAX=s1sv=s3overthrustsheethigh-pshale四、进行地应力研究的意义：是所有地质力学问题中重要的初始条件；是勘探、钻井及油藏等石油工程的重要参数；是钻井工程中井壁稳定分析的重要参数；是采油工程中出砂防砂分析的重要参数；是油气层增产改造措施制定的重要参数；ABoreholeinaStressFieldzxy2pEffectivestresses:1’=1-p2’=2-p

6、3’=3-pp=porepressureHere,v=2,HMAX=1,hmin=3,and1>2>3HoleinclinationparametersCoordinatesparalleltoearth’ssurfacePrincipalstressesPrincipalstressesareusuallyparallelandnormaltothesurface.DrillingDirectionandStressv>>HMAX>hminhminHMAXv

7、HMAX>>v>hminHMAX~v>>hminvhminHMAXvhminHMAXThebestorientationtoincreaseholestabilityminimizestheprincipalstressdifferencenormaltotheboreholeaxis60°coneDrillwithina60°cone(±30°)fromthemostfavoreddirectionFavoredholeorientationInhighlydifferentialstressfields,t

8、heproperchoiceofaninclinedholefacilitatesdrilling第二节地应力的测量方法垂直地应力是由重力作用产生的（岩石的重量）；在任意深度，垂直地应力等于上覆岩层压力：sv=rgz（密