王昌舉，周文淵，鞠遠(yuǎn)江，孫如華

（徐州中礦巖土技術(shù)股份有限公司，江蘇徐州 221116）

0 引言

地應(yīng)力是存在于巖體內(nèi)部的應(yīng)力，與地殼淺部和深部發(fā)生的構(gòu)造作用以及派生的內(nèi)動力地質(zhì)災(zāi)害具有密切的關(guān)聯(lián)。地應(yīng)力場的狀態(tài)對構(gòu)造運(yùn)動和地殼運(yùn)動起著重要的作用。探究區(qū)域地應(yīng)力場狀態(tài)對了解當(dāng)?shù)氐臉?gòu)造運(yùn)動、區(qū)域地殼穩(wěn)定性以及地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的機(jī)理具有重要的意義。地應(yīng)力是導(dǎo)致地下工程事故的主要原因，同時也是進(jìn)行地下圍巖穩(wěn)定性分析、工程開挖設(shè)計以及正確策略指導(dǎo)的重要前提[1]。地應(yīng)力分析在隧道設(shè)計施工、深部資源勘探開發(fā)等工作中具有廣泛的應(yīng)用，是工程地質(zhì)、深部能源等領(lǐng)域的重要研究課題[2～3]。

本次測試地點位于安徽懷寧某地區(qū)，測試方法為水壓致裂法。水壓致裂法屬于對地應(yīng)力的直接測量法，可以直接獲取地應(yīng)力具體量值以及方向，兩者是分析地區(qū)區(qū)域穩(wěn)定性時所需的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文針對該地區(qū)淺部深度進(jìn)行水壓致裂，獲取其地應(yīng)力值并進(jìn)行分析，并對該地區(qū)域構(gòu)造特征進(jìn)行探討。

1 區(qū)域構(gòu)造特征

測試地區(qū)地屬半丘陵淺山區(qū)和半圩畈區(qū)，三面淺山環(huán)繞。區(qū)域構(gòu)造位置位于揚(yáng)子板塊長江中下游坳陷帶中段北側(cè)，其南為江南隆起帶。該處圍繞北東向展布的董嶺群變質(zhì)基底，震旦系至中三疊統(tǒng)海相蓋層呈現(xiàn)為北東向的背形構(gòu)造。該背形構(gòu)造西北側(cè)為白堊紀(jì)—古近紀(jì)陸相潛山斷陷盆地，東南側(cè)為同時代的望江陸相斷陷盆地。區(qū)內(nèi)董嶺群變質(zhì)基底周邊海相蓋層所呈現(xiàn)的北東向褶皺與走向逆斷層是印支期前陸變形的產(chǎn)物。這些走向逆斷層都向南東傾，造成了多處地層的重復(fù)。海相蓋層內(nèi)還發(fā)育了一系列北西走向的正斷層，垂直于褶皺的走向，皆向北東傾，應(yīng)為印支期褶皺中的橫向正斷層。區(qū)內(nèi)南側(cè)與西北側(cè)被陸相斷陷盆地所覆蓋。南側(cè)下白堊統(tǒng)汪公廟組紅色碎屑巖所充填的斷陷盆地是望江盆地的一部分，在區(qū)內(nèi)受近東西向、南傾正斷層所控制。西北側(cè)上疊的斷陷盆地內(nèi)為上白堊統(tǒng)浦口組、赤山組紅層所充填，為北東向潛山盆地的一部分，在區(qū)內(nèi)受北東走向、向北西傾的正斷層控制。

測區(qū)東西側(cè)均分布有北東走向的長大型節(jié)理，西側(cè)有一近似南北走向的壓扭性斷裂，東側(cè)有一北西向走向的逆斷層。測試區(qū)有三條主要水系，西側(cè)的水系自南向北流經(jīng)該區(qū)域，在該區(qū)的北部偏向北東；東側(cè)的水系自南向北經(jīng)過該區(qū)域，在區(qū)域北側(cè)與西側(cè)的水系交匯。兩水系之間存在一條南北向的水系。區(qū)域內(nèi)的斷層以及河谷走向均會對地應(yīng)力狀態(tài)造成影響，斷層附近的地應(yīng)力分布狀態(tài)會受到明顯的擾動，在斷層端部、拐角處以及交匯處，會出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象；河谷地區(qū)對局部地應(yīng)力場的方向和大小均有影響，在靠近河谷的區(qū)域，最大主應(yīng)力方向可能會與河谷的走向近于垂直。

2 水壓致裂法試驗介紹

本次實測地應(yīng)力選取的是傳統(tǒng)水壓致裂法（HF），即利用水力壓裂測得鉆孔截面上的二維地應(yīng)力狀態(tài)。該方法是國際巖石力學(xué)學(xué)會試驗方法委員會頒布的確定巖石應(yīng)力建議方法中所推薦的方法之一[4]，是目前國際上能較好地直接進(jìn)行深孔應(yīng)力測量的先進(jìn)方法。

除去傳統(tǒng)測圍巖二維地應(yīng)力狀態(tài)的方法，也有基于多個（不少于3個）交匯的鉆孔開展水壓致裂的測三維地應(yīng)力狀態(tài)的方法[5]，屬于多值測量，測值方程的數(shù)目大于6個，利用數(shù)理統(tǒng)計的最小二乘法，求解得到應(yīng)力分量最佳值的方程組[6]。但此方法在實際應(yīng)用中具有很大的限制：一是在圍巖完整度較低、節(jié)理化較高的情況下，孔內(nèi)的次主應(yīng)力難以準(zhǔn)確獲得；二是在地應(yīng)力較為均一的地區(qū)，圍巖破裂的走向具有較大的隨機(jī)性，難以獲得恰好沿最大次主應(yīng)力方向延伸的裂隙；三是由于非垂直孔鉆孔方向難以與某一主應(yīng)力平行，實測中圍巖會存在剪切應(yīng)力，在后續(xù)確定應(yīng)力的計算時需要進(jìn)行修正。

另外還有基于原生裂隙和單鉆孔的水壓致裂法，稱為原生裂隙水壓致裂法（HTPF），也是一種三維地應(yīng)力測試的方法。原生裂隙水壓致裂法相較于傳統(tǒng)水壓致裂法，在利用封隔器封隔致裂段時，需要同時封隔出一條閉合狀態(tài)的原生裂隙，利用高壓水流使原生裂隙張開，在后端的計算機(jī)上利用壓力-時間曲線獲得作用在原生裂隙上的法向應(yīng)力，需要完成至少6組測試，且每組原生裂隙的走向和傾角完全不同，就可求得所測點位的地應(yīng)力。此種方法有效地利用到了原生裂隙，但在實測中所需的原生裂隙數(shù)目較多且產(chǎn)狀需完全不同，具有局限性。

水壓致裂的理論最初起源于石油天然氣開采領(lǐng)域,美國的Hubbert和Willis認(rèn)為水力壓裂出的裂隙與地應(yīng)力之間存在關(guān)系[7]；再后來，建立在大量研究工作的基礎(chǔ)上，Scheidegger第一次提出將水壓致裂應(yīng)用于地應(yīng)力測量具有可能性[8]；直到1967年，Haimson 和Fairhurst提出了水壓致裂用于測量地應(yīng)力的基礎(chǔ)理論[9]，同時在理論和實驗兩個方面進(jìn)行了完善[10]。1980年，Cornet等[11～13]提出了利用原生裂隙的注水測試來確定原地應(yīng)力的方法。在第一屆國際巖石應(yīng)力研討會上，Cornet[14]正式將這種方法命名為HTPF法。

水壓致裂法在我國具體應(yīng)用的時間較晚，20世紀(jì)80年代由李方全等[15]在河北易縣首次開展了水壓致裂法對地應(yīng)力的測量工作；傳統(tǒng)水壓致裂法理論建立在平面應(yīng)變理論上，針對此現(xiàn)狀，1991年劉允芳[6]引入了水壓致裂三孔交匯三維地應(yīng)力測量；1999年羅超文[16]在水布埡水電站首次進(jìn)行了水壓致裂三孔交匯三維地應(yīng)力測量；劉允芳[17]介紹了原生裂隙水壓致裂法三維地應(yīng)力測量，該法利用關(guān)閉壓力確定裂隙法向應(yīng)力，理論上測量精度更高；景鋒[18]發(fā)現(xiàn)，原生裂隙水壓致裂法三維地應(yīng)力測量所得地應(yīng)力信息尺度大，較適合大型工程區(qū)應(yīng)力場研究，推導(dǎo)了更便捷的計算過程。

水壓致裂法具有可測量深度大、測量結(jié)果整理時不需要巖石彈性參數(shù)參與計算，可以避免因巖石彈性參數(shù)取值不準(zhǔn)引起的誤差，且?guī)r壁受力范圍較廣(鉆孔承壓段程度可達(dá)1～2 m)。本次所選孔位內(nèi)部圍巖裂隙較少，且難以開展斜向鉆孔。原生裂隙三維水壓致裂法和多孔三維水壓致裂法相較于傳統(tǒng)水壓致裂法具有局限性，傳統(tǒng)水壓致裂法可以避免“點”應(yīng)力狀態(tài)的局限性和地質(zhì)條件不均勻性的影響，相比于另外兩種方法具有操作簡單，測試周期短等特點。傳統(tǒng)水壓致裂法對地應(yīng)力測量有單回路和雙回路兩種測試系統(tǒng)，本次測試中選擇的為單回路測試系統(tǒng)，相比于雙回路測試系統(tǒng)，單回路測試系統(tǒng)更適用于較深和口徑較小的鉆孔。

2.1 水壓致裂法基本原理

測量時首先取一段基巖裸露的鉆孔，用封隔器將上下兩端密封起來；然后注入液體，加壓直到孔壁破裂，記錄壓力隨時間的變化，并用印模器或井下電視觀測破裂方位。根據(jù)記錄的破裂壓力、關(guān)泵壓力和破裂方位，利用相應(yīng)的公式算出應(yīng)力的大小和方向。水壓致裂法對地應(yīng)力測量原理以彈性力學(xué)為基礎(chǔ)，并且依據(jù)于下面三個假設(shè)：

（1）周邊巖壁是線性、均勻、各向同性的彈性體。

（2）當(dāng)圍巖為多孔介質(zhì)時，注入的液體在介質(zhì)中的流動遵循達(dá)西定律。

（3）巖體中地應(yīng)力的一個主方向為垂直方向，和垂直向測孔一致，大小和上覆巖層壓力相同。

基于上述的假設(shè)，水壓致裂法的計算模型（圖1）可以簡化為以下形式。

圖1 水壓致裂測量應(yīng)力的力學(xué)模型Figure 1. Mechanical model of hydraulic fracturing for stress measurement

一個半徑為a的圓孔上作用兩個主應(yīng)力σ1和σ2，圓孔位于一個無限大的平面上，根據(jù)受力分析，圓孔外的任意一點M處的應(yīng)力有：

式中：σr為M點的徑向應(yīng)力；σθ為M點的切向應(yīng)力；τrθ為剪應(yīng)力；r為M點到圓孔中心的距離。

當(dāng)r=a時，此時的應(yīng)力狀態(tài)為孔壁上的狀態(tài)：

當(dāng)角度為0°或180°時有：

圖2 為壓力隨時間的變化曲線。下面選取ZK-55鉆孔的某一深度介紹參數(shù)的處理。

圖2 壓裂曲線Figure 2. Fracturing curve

壓力參數(shù)Pb、Pr、Ps和P0四個量為水壓致裂法地應(yīng)力測量計算地應(yīng)力值的基本參數(shù)，一般根據(jù)壓裂特征曲線選取。破裂壓力Pb為第一次壓裂循環(huán)階段中的峰值；重張壓力Pr為第二次和之后的循環(huán)曲線壓力上升部分拐點處的壓力；瞬時關(guān)閉壓力Ps為破裂壓力和重張壓力之后壓裂循環(huán)曲線下降部分拐點處的壓力；孔隙壓力P0可以采用孔隙水壓力計測量來確定。實驗結(jié)果表明，一般情況下巖體中的孔隙壓力大致和當(dāng)?shù)仂o水壓力相當(dāng)，在沒有實測數(shù)據(jù)的情況下，可用當(dāng)?shù)仂o水壓力替代。

水壓致裂法對地應(yīng)力測量采用的理論為最大單軸拉應(yīng)力破壞準(zhǔn)則，此時軸向應(yīng)力僅和地應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。對圍巖破裂起到控制作用的是切向應(yīng)力σθ，當(dāng)孔內(nèi)承壓段注液受壓后，切向應(yīng)力σθ減小，直至轉(zhuǎn)換為拉應(yīng)力狀態(tài)。進(jìn)行地應(yīng)力測量時，拉應(yīng)力最大的部位為破裂縫產(chǎn)生的位置，在鉆孔壁極角θ=0或θ=π時，也就是最大主應(yīng)力方向。鉆孔壁的切向應(yīng)力最小為：

由（4）式可得，當(dāng)液壓增加時，鉆孔巖壁切向應(yīng)力σθ逐漸下降為拉應(yīng)力狀態(tài)，隨著液壓Pw的增加，拉應(yīng)力也逐漸增加，當(dāng)拉應(yīng)力等于或大于圍巖的抗拉強(qiáng)度σt時，鉆孔巖壁出現(xiàn)裂縫，這時承壓段的液壓就是破裂壓力Pb。因此，鉆孔承壓段周圍巖壁圍巖產(chǎn)生破裂(不考慮孔隙水壓力)的應(yīng)力條件為：

在深層巖體中，還存在孔隙水壓力P0，因此，巖體中的有效應(yīng)力為σ-P0?？紤]巖體中的孔隙水壓力等作用，鉆孔承壓段周圍巖壁圍巖產(chǎn)生破裂的應(yīng)力條件為：

式中：K為孔隙滲透彈性參數(shù)，可在實驗室內(nèi)確定，其變化范圍為1 ≤K≤2。對非滲透性巖石，K值近似等于1，則上式可簡化為：

鉆孔巖壁破裂以后，關(guān)閉壓裂泵，此時維持裂縫張開的瞬時關(guān)閉壓力Ps同裂紋面相垂直的最小水平主應(yīng)力σh達(dá)到平衡：

此時最大主應(yīng)力為：

由于第一次施壓時圍巖已經(jīng)破裂，所以其抗拉強(qiáng)度近似于0，根據(jù)式（7），重張壓力為：

所以：

（1）鋼纖維混凝土拌和采用的是強(qiáng)制式攪拌設(shè)備進(jìn)行，材料的投入順序為：砂→纖維→碎石→水泥加入攪拌罐，并且進(jìn)行1min的干拌，之后攪拌3min。

靜水壓力P0為：

垂直應(yīng)力σv為：

巖石容重γ取26.5 kN/m3。

2.2 測點布置

本次安徽懷寧某地區(qū)的地應(yīng)力測試選擇的鉆孔為ZK-55，測點的巖體整體上都較完整，實驗過程中選取了完整性相對最好的測試段進(jìn)行水壓致裂，以減少原生裂隙對實測數(shù)據(jù)的干擾。測孔選擇10個測點，由淺至深，同時結(jié)合前人在此地區(qū)的3個測孔（分別為ZK-01、ZK-08、ZK-13）數(shù)據(jù)加以整合。具體測點信息見表1。

表1 各測點及其深度Table 1. Each measuring point and its depth

2.3 儀器設(shè)備

測量設(shè)備采用SY 型新型單回路地應(yīng)力測量系統(tǒng)。本系統(tǒng)改進(jìn)單回路是利用鉆桿連接測試系統(tǒng)，通過高壓管、鉆桿向系統(tǒng)施壓，井下通過單向逆止閥控制，在使封隔器座封并穩(wěn)定后，對兩封隔器中間部位進(jìn)行注水加壓進(jìn)行井段壓裂。單回路系統(tǒng)測試過程簡易，管路壓力損失少，可更好保障測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。圖3為測試系統(tǒng)及其組成部分。

圖3 測試系統(tǒng)Figure 3. Test system

3 測量結(jié)果

3.1 地應(yīng)力測量值

依據(jù)上述的處理過程，將4 個鉆孔共計40 個點的數(shù)據(jù)分別按照深度制作曲線。圖4、圖5、圖6、圖7 為各個鉆孔的破裂壓力Pb、重張壓力Pr、瞬時關(guān)閉壓力Ps隨著深度變化的折線圖。

圖4 Pb、Pr、Ps隨深度變化曲線（ZK-01）Figure 4. Pb,Pr and Ps values changing with depth（ZK-01）

圖5 Pb、Pr、Ps隨深度變化曲線（ZK-08）Figure 5. Pb,Pr and Ps values changing with depth（ZK-08）

圖6 Pb、Pr、Ps隨深度變化曲線（ZK-13）Figure 6. Pb,Pr and Ps values changing with depth（ZK-13）

圖7 Pb、Pr、Ps隨深度變化曲線（ZK-55）Figure 7. Pb,Pr and Ps values changing with depth（ZK-55）

由上圖可知，破裂壓力Pb、重張壓力Pr、瞬時關(guān)閉壓力Ps均是隨著深度變大而同時增大。

依據(jù)式8、式11、式13 可得出各個位置的大小主應(yīng)力和垂直應(yīng)力。下圖為大小主應(yīng)力和垂直應(yīng)力隨深度變化的折線圖，如圖8、圖9、圖10、圖11。

圖8 σH、σh、σv隨深度變化曲線（ZK-01）Figure 8. σH,σh and σv values changing with depth（ZK-01）

圖9 σH、σh、σv隨深度變化曲線（ZK-08）Figure 9. σH,σh and σv values changing with depth（ZK-08）

圖10 σH、σh、σv隨深度變化曲線（ZK-13）Figure 10. σH,σh and σv values changing with depth（ZK-13）

圖11 σH、σh、σv隨深度變化曲線（ZK-55）Figure 11. σH,σh and σv values changing with depth（ZK-55）

表2 為各個鉆孔大小主應(yīng)力值隨深度變化關(guān)系的線性擬合結(jié)果。

表2 大小主應(yīng)力同深度的擬合結(jié)果Table 2. Fitting results of maximum and minimum principal stresses changing with depth

最大主應(yīng)力與深度的線性相關(guān)系數(shù)最大為0.99，最小為0.98；最小主應(yīng)力與深度的線性相關(guān)系數(shù)最大為0.99，最小為0.98。大小主應(yīng)力隨深度變化趨勢明顯，總體上呈現(xiàn)隨深度線性增加的趨勢。

3.2 方向角測量值

為了獲取最大主應(yīng)力的方位，采用印模的方案進(jìn)行測量?；驹硎抢糜∧Ｆ鲗毫押罂妆谏系牧严逗圹E印下來。整套系統(tǒng)由印模器和自動定向儀組成，印模器與壓裂階段的封隔段相同，在封隔器外表涂上乳膠用以印模。測定方位角時，需要先將帶有定向器的印模器下放到壓裂段的深度，再通過地面的加壓系統(tǒng)對封隔器進(jìn)行加壓使其膨脹，為了獲取足夠清晰的印模痕跡，需要對其施加足夠大的高壓，使得孔壁上壓裂的裂隙重新張開，此時封隔器表面乳膠得以擠入其中，在保持足夠的時間后，印模器表面就會出現(xiàn)同裂縫相對應(yīng)的印跡。

定向器主要是由測角部件、電子羅盤、電子時鐘等控制系統(tǒng)集合構(gòu)成，在地面預(yù)設(shè)啟動時間以及劃定基線后，隨印模器下放至印模點，在到達(dá)預(yù)設(shè)的時間后自動開啟計時及測角。圖12為定向器及其基線。

圖12 定向器Figure 12. Orientator

印模結(jié)束后從孔內(nèi)取出整個系統(tǒng)，將系統(tǒng)垂直放置，沿著印模器上的裂隙方向作垂直線段，延伸至定向器的底部，在放置定向器底部的紙張上標(biāo)出線段的垂直投影點，同時標(biāo)記出定向器上的基線投影點。圖13為處理后的ZK-55印模圖。

圖13 ZK-55印模圖Figure 13. Impression charts of ZK-55

用同樣的方法對4 個鉆孔的各自點位進(jìn)行處理，得到表3。

表3 大主應(yīng)力方向匯總Table 3. Summary of maximum principal stress directions

結(jié)果為ZK-01 大主應(yīng)力方向為北東72.3°左右；ZK-08 大主應(yīng)力方向為北東76.9°左右；ZK-13 大主應(yīng)力方向為北東76.9°左右；ZK-55 大主應(yīng)力方向為北東74.5°左右。

4 結(jié)果分析

4.1 區(qū)域斷裂與巖性分析

根據(jù)所測結(jié)果可以得知大主應(yīng)力最大值為9.32 MPa，小主應(yīng)力最大值為7.50 MPa。4個鉆孔得出的數(shù)據(jù)均為水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力。地應(yīng)力是一種存在于地層中未受擾動的天然應(yīng)力，影響地應(yīng)力的因素較多，但整體上構(gòu)造應(yīng)力場和重力應(yīng)力場是地應(yīng)力場的主要組成部分，即當(dāng)?shù)氐膮^(qū)域地質(zhì)構(gòu)造（表現(xiàn)為水平向應(yīng)力）和垂向上巖體的分布（表現(xiàn)為垂直向應(yīng)力）是影響地應(yīng)力的主要因素，如圖8、圖9、圖10、圖11 所示，有σH＞σh＞σv。同時，依據(jù)此前的大量實驗數(shù)據(jù)，說明在淺層地殼中平均水平應(yīng)力要普遍大于垂直應(yīng)力，即水平方向上的構(gòu)造運(yùn)動對地殼淺層地應(yīng)力形成起主要控制作用。在構(gòu)造運(yùn)動中，水平向運(yùn)動起主導(dǎo)作用。

4個鉆孔的大小主應(yīng)力與中國地區(qū)的平均應(yīng)力環(huán)境相比均為應(yīng)力水平較高，景峰[19]通過搜集中國大陸地區(qū)450 多個鉆孔的地應(yīng)力實測資料，建立了大小應(yīng)力隨深度的分布圖，并建立了回歸方程：

式中：H單位為km；σH和σh單位為MPa。

4 個鉆孔的最大深度分別為ZK-01（204.8 m）、ZK-08（159.8 m）、ZK-13（195.8 m）、ZK-55（203.2 m），代入方程內(nèi)，最大主應(yīng)力值分別為：6.784 MPa、6.783 MPa、6.784 MPa、6.784 MPa，最小主應(yīng)力值為2.236 MPa、2.235 MPa、2.236 MPa、2.236 MPa。實測結(jié)果要遠(yuǎn)大于此估計值。根據(jù)現(xiàn)階段對地應(yīng)力的研究，地應(yīng)力場主要受到板塊運(yùn)動、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性等因素影響。本次地應(yīng)力測試數(shù)據(jù)較高可能與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造以及巖性相關(guān)。如圖14所示，測試區(qū)存在著5條斷層，所選鉆孔均位于斷層附近，斷層附近的地應(yīng)力分布狀態(tài)會受到明顯的擾動，特別當(dāng)在斷層端部、拐角處以及交匯處時，應(yīng)力集中現(xiàn)象會愈加明顯。

圖14 區(qū)域構(gòu)造圖Figure 14. Map of regional structures

地應(yīng)力作為賦存于巖體內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力，必然會受到巖體的各項物理力學(xué)性質(zhì)的影響，地應(yīng)力狀態(tài)的變化反過來又會影響圍巖性質(zhì)，二者相互作用。根據(jù)測點鉆孔巖心得知，區(qū)內(nèi)地層主要由花崗巖組成，花崗巖的彈性模量較大，并且所測段的巖心都較為完整，在巖體的完整性（RQD）較好時，地應(yīng)力的最大主應(yīng)力值同巖體的彈性模量呈正相關(guān)[20]。因此測點地區(qū)的巖性也是導(dǎo)致地應(yīng)力大于中國地區(qū)最大主應(yīng)力平均水平的因素之一。

4.2 區(qū)域構(gòu)造分析

在大尺度的地應(yīng)力場上，板塊運(yùn)動是導(dǎo)致其變化的最直接因素。中國地區(qū)的地應(yīng)力狀態(tài)主要受到太平洋板塊、印度洋板塊、歐亞板塊以及菲律賓海板塊之間相對運(yùn)動的影響。由于太平洋板塊向歐亞板塊擠壓的作用，菲律賓海板塊北西向俯沖歐亞大陸產(chǎn)生的側(cè)向擠壓作用對中國東部沿海地區(qū)應(yīng)力場也產(chǎn)生一定的影響；另外，印度-歐亞板塊碰撞的遠(yuǎn)端效應(yīng)也對中國東部的地應(yīng)力場產(chǎn)生一定的影響，以致中國東部大陸現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場的主體特征表現(xiàn)為北東東向的擠壓，與相鄰板塊俯沖的方向大體一致。本次測試地點位于長江中下游地區(qū)，秦嶺-大別造山帶南緣與揚(yáng)子板塊北緣之間，是揚(yáng)子北緣復(fù)合構(gòu)造帶的東段，在漢江盆地以東的區(qū)域長江復(fù)合構(gòu)造帶上。區(qū)域構(gòu)造主要受控于北東向走滑斷層。本次地應(yīng)力測試所測的大主應(yīng)力方向分布為北東72°～76°，近垂直于測點所在的河谷走向，說明此片區(qū)的最大水平主應(yīng)力優(yōu)勢方向為北東向，與區(qū)域構(gòu)造線基本重合。此次共選取了4個點，選點之間每3 個點成三角形，通過分別對其分析，便可反映出該4個點所圍成區(qū)域的地應(yīng)力特征。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

（1）實測深度范圍內(nèi)ZK-55鉆孔的大主應(yīng)力最大值為9.32 MPa、小主應(yīng)力最大值為7.48 MPa，大主應(yīng)力方向為北東72.3°左右。

（2）實測的大小主應(yīng)力均大于中國地區(qū)區(qū)域內(nèi)的平均水平，可能是由于測點位于斷層附近，以及花崗巖巖層的影響。

（3）場區(qū)內(nèi)地應(yīng)力以水平向的構(gòu)造應(yīng)力場為主，且隨著深度的增加而增加，在局部范圍內(nèi)大小主應(yīng)力變化會出現(xiàn)波動，整體上呈線性。

（4）實測此片區(qū)的最大水平主應(yīng)力優(yōu)勢方向為北東向,與區(qū)域構(gòu)造線重合。

（5）在后續(xù)開挖洞室時，洞軸線走向應(yīng)當(dāng)與所測的最大主應(yīng)力方向盡量一致。

5.2 建議

一般認(rèn)為當(dāng)?shù)叵露词叶摧S線走向與最大主應(yīng)力方向相平行時，隧道的穩(wěn)定性較高，所以在后續(xù)的施工設(shè)計階段應(yīng)當(dāng)使洞軸線方向最大程度地靠近最大主應(yīng)力方向，這是提高洞室圍巖穩(wěn)定性以及減少洞室變形破壞的措施之一[21]。通常的地下線路選線原則為：在水平主應(yīng)力大于垂直主應(yīng)力時，洞室走向應(yīng)該平行于水平最大主應(yīng)力方向，或夾角在0°～30°；在水平主應(yīng)力小于垂直主應(yīng)力時，洞室走向應(yīng)該平行于水平最小主應(yīng)力方向，或夾角在0°～30°。此次安慶地區(qū)水壓致裂的結(jié)果表明當(dāng)?shù)貞?yīng)力場主要以水平向為主，最大主應(yīng)力方向大致為北東72°～76°，所以后續(xù)洞軸線走向應(yīng)當(dāng)盡量接近于此數(shù)值，更加利于洞室的穩(wěn)定。