·332· 工程科学学报，第39卷，第3期 述分析并未完全考虑断层的实际产状与理想滑动角之 ment and their application to mining design at five Chinese metal 间的差别，而是假定断层沿着夹角为的面滑动 mines.Int J Rock Mech Min Sci,2000,37(3):509 失稳 [3]Cai M F,Chen C Z,Peng H,et al.In-situ stress measurement by hydraulic fracturing technique in deep position of Wanfu Coal 3结论 Mine.Chin J Rock Mech Eng,2006,25(5):1069 (蔡美峰，陈长臻，彭华，等.万福煤矿深部水压致裂地应力 (1)以应力解除法得到的数据分析我国金属矿区 测量.岩石力学与工程学报，2006,25(5)：1069) 垂直主应力随埋深分布规律.垂直主应力与埋深具有 4 Cai M F,Peng H,Qiao L,et al.Distribution law of in-situ stress 较好的线性关系，我国金属矿区垂直地应力与埋深分 field and its relationship to regional geological structures in Wanfu 布规律与全球实测地应力随埋深分布规律十分相似， Coal Mine.J China Coal Soc,2008,33(11):1248 垂直主应力在数值上基本等于或略小于上覆岩体 (蔡美峰，彭华，乔兰，等.万福煤矿地应力场分布规律及其 与地质构造的关系.煤炭学报，2008,33(11)：1248) 重量 Hast N.The state of stress in the upper part of the earth's crust. (2)最大水平主应力的取值范围为2.16~60.26 Tectonophysics,1969,8(3):169 MPa,平均为22.21MPa;最小水平主应力的取值范围 [6 Worotniki G,Denham D.The state stress in the upper part of the 为1.66-28.90MPa,平均为10.85MPa.2个水平主应 Earth's crust in Australia according to measurements in mines and 力随埋深呈线性增长关系.根据实测数据统计得到我 tunnels and from seismic observation /Symposium on Investiga- 国金属矿区应力场类型主要有2种：0.m>O>0, tion of Stress in Rock:Advances in Rock Measurment.Sydney, 1976:71 型和0.mx>0,>0.n型. ] Brown E T,Hoek E.Trends in relationships between measured (3)最大与最小水平主应力之差△σ的大小范围 in-situ stress and depth.Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr, 为0.50~33.80MPa,平均为11.37MPa.△c随埋深的 1978,15:211 增加有增大的趋势，但规律性不明显.高水平应力以 8] Hoek E,Brown E T.Underground Excarations in Rock.London: 及高差应力可能导致不良结构面、岩体的变形破坏，容 Institution of Mining and Metallurgy,1980 易引发岩爆等工程灾害. 9 Zoback ML.First-and second-order pattems of stress in the litho- (4)金属矿区的K.m主要集中在1.00~2.50之 sphere:the world stress map project.J Geophys Res Solid Earth B,1992,97(8):11703 间，K.m主要集中在0.50~1.50之间，K.n基本在 [0]Huang L Y,Yang S X,Cui X F,et al.Analysis of characteris- 1.00~2.00范围内.随着埋深的增加，3个侧压系数 tics of measured stress and stability of faults in North China.Rock 的变化幅度逐渐减小，K.趋向于1.83，K.趋向于 Soil Mech,2013,34(Suppl 1)204 0.80,K.向1.31逼近. (黄禄渊，杨树新，崔效锋，等.华北地区实测应力特征与断 (5)最大与最小水平主应力之比入分布较离散， 层稳定性分析.岩土力学，2013,34（增刊1）：204) 主要集中分布在入=2.1的两侧，与埋深没有显著的关 01] Kang H P,Lin J,Yan L X,et al.Study on characteristics of un- 系，并非传统上随埋深呈双曲线形式分布.我国金属 derground in-situ stress distribution in Shanxi coal mining fields. 矿区的入值主要集中在1.50~2.00之间，但介于 Chin J Geophys,2009,52(7):1782 (康红普，林健，颜立新，等.山西煤和矿矿区井下地应力场分 2.50~3.00之间的数据也相对较多，入值近似服从正 布特征研究.地球物理学报，2009,52(7)：1782) 态分布. [12]Li X P,Wang B,Zhou G L.Research on distribution rule of (6)通过断层稳定性分析可知，在埋深小于500m geostress in deep stratum in Chinese mainland.Chin J Rock 范围内，有一些最大水平主应力值已进入逆断层和走 Mech Eng,2012,31 (Suppl 1)2875 滑断层摩擦滑动的临界区，尤其是在埋深200m以内， (李新平，汪斌，周桂龙.我国大陆实测深部地应力分布规 有少量最大水平主应力值甚至超过了走滑断层的上 律研究.岩石力学与工程学报，2012,31（增刊1）：2875) 限，两类断层均有滑动的可能，这一情况值得继续关注 [13]Wang Z Q.Yan E C,Lu G D,et al.Statistical analysis of in-si- tu stress field for underground water-sealed storage cavern in Chi- 和深入研究.埋深超过500m时，逆断层有滑动失稳的 nese mainland.Rock Soil Mech,2014,35(Suppl 1):251 风险，而走滑断层不易发生瞬间滑动，总的来看，两类 (王章琼，晏鄂川，鲁功达，等.我国大陆地下水封洞库库址 断层基本处于相对稳定状态 区地应力场分布规律统计分析.岩土力学，2014,35（增刊 1):251) 参考文献 [14]Sibson R H.Frictional constraints on thrust,wrench,and normal [Cai M F,He M C,Liu D Y.Rock Mechanics and Engineering. faults.Nature,1974,249:542 Beijing:Science Press,2002 [15]Yin Z M,Ranalli G.Critical stress difference,fault orientation (蔡美峰，何满潮，刘东燕.岩石力学与工程.北京：科学出 and slip direction in anisotropic rocks under non-Andersonian 版社，2002) stress systems.J Struct Geol,1992,14(2)237 Cai M F,Qiao L,Li C H,et al.Results of in situ stress measure- [16]Zang S X,Li C,Wei R Q.The determination of theological me-工程科学学报，第 39 卷，第 3 期 述分析并未完全考虑断层的实际产状与理想滑动角之 间的 差 别，而 是 假 定 断 层 沿 着 夹 角 为 φ 的 面 滑 动 失稳． 3 结论 ( 1) 以应力解除法得到的数据分析我国金属矿区 垂直主应力随埋深分布规律． 垂直主应力与埋深具有 较好的线性关系，我国金属矿区垂直地应力与埋深分 布规律与全球实测地应力随埋深分布规律十分相似， 垂直主应力在数值上基本等于或略小于上覆岩体 重量． ( 2) 最大水平主应力的取值范围为 2. 16 ～ 60. 26 MPa，平均为 22. 21 MPa; 最小水平主应力的取值范围 为 1. 66 ～ 28. 90 MPa，平均为 10. 85 MPa． 2 个水平主应 力随埋深呈线性增长关系． 根据实测数据统计得到我 国金属矿区应力场类型主要有 2 种: σh，max ＞ σh，min ＞ σv 型和 σh，max ＞ σv ＞ σh，min型． ( 3) 最大与最小水平主应力之差 Δσ 的大小范围 为 0. 50 ～ 33. 80 MPa，平均为 11. 37 MPa． Δσ 随埋深的 增加有增大的趋势，但规律性不明显． 高水平应力以 及高差应力可能导致不良结构面、岩体的变形破坏，容 易引发岩爆等工程灾害． ( 4) 金属矿区的 Kh，max主要集中在 1. 00 ～ 2. 50 之 间，Kh，min 主要 集 中 在 0. 50 ～ 1. 50 之 间，Kh，av 基本 在 1. 00 ～ 2. 00 范围内． 随着埋深的增加，3 个侧压系数 的变化幅度逐渐减小，Kh，max趋向于 1. 83，Kh，min趋向于 0. 80，Kh，av向 1. 31 逼近． ( 5) 最大与最小水平主应力之比 λ 分布较离散， 主要集中分布在 λ = 2. 1 的两侧，与埋深没有显著的关 系，并非传统上随埋深呈双曲线形式分布． 我国金属 矿区 的 λ 值 主 要 集 中 在 1. 50 ～ 2. 00 之 间，但 介 于 2. 50 ～ 3. 00 之间的数据也相对较多，λ 值近似服从正 态分布． ( 6) 通过断层稳定性分析可知，在埋深小于 500 m 范围内，有一些最大水平主应力值已进入逆断层和走 滑断层摩擦滑动的临界区，尤其是在埋深 200 m 以内， 有少量最大水平主应力值甚至超过了走滑断层的上 限，两类断层均有滑动的可能，这一情况值得继续关注 和深入研究． 埋深超过 500 m 时，逆断层有滑动失稳的 风险，而走滑断层不易发生瞬间滑动，总的来看，两类 断层基本处于相对稳定状态． 参 考 文 献 ［1］ Cai M F，He M C，Liu D Y． Ｒock Mechanics and Engineering． Beijing: Science Press，2002 ( 蔡美峰，何满潮，刘东燕． 岩石力学与工程． 北京: 科学出 版社，2002) ［2］ Cai M F，Qiao L，Li C H，et al． Ｒesults of in situ stress measure￾ment and their application to mining design at five Chinese metal mines． Int J Ｒock Mech Min Sci，2000，37( 3) : 509 ［3］ Cai M F，Chen C Z，Peng H，et al． In-situ stress measurement by hydraulic fracturing technique in deep position of Wanfu Coal Mine． Chin J Ｒock Mech Eng，2006，25( 5) : 1069 ( 蔡美峰，陈长臻，彭华，等． 万福煤矿深部水压致裂地应力 测量． 岩石力学与工程学报，2006，25( 5) : 1069) ［4］ Cai M F，Peng H，Qiao L，et al． Distribution law of in-situ stress field and its relationship to regional geological structures in Wanfu Coal Mine． J China Coal Soc，2008，33( 11) : 1248 ( 蔡美峰，彭华，乔兰，等． 万福煤矿地应力场分布规律及其 与地质构造的关系． 煤炭学报，2008，33( 11) : 1248) ［5］ Hast N． The state of stress in the upper part of the earth’s crust． Tectonophysics，1969，8( 3) : 169 ［6］ Worotniki G，Denham D． The state stress in the upper part of the Earth’s crust in Australia according to measurements in mines and tunnels and from seismic observation / / Symposium on Investiga￾tion of Stress in Ｒock: Advances in Ｒock Measurment． Sydney， 1976: 71 ［7］ Brown E T，Hoek E． Trends in relationships between measured in-situ stress and depth． Int J Ｒock Mech Min Sci Geomech Abstr， 1978，15: 211 ［8］ Hoek E，Brown E T． Underground Excavations in Ｒock． London: Institution of Mining and Metallurgy，1980 ［9］ Zoback M L． First-and second-order patterns of stress in the litho￾sphere: the world stress map project． J Geophys Ｒes Solid Earth B，1992，97( 8) : 11703 ［10］ Huang L Y，Yang S X，Cui X F，et al． Analysis of characteris￾tics of measured stress and stability of faults in North China． Ｒock Soil Mech，2013，34( Suppl 1) : 204 ( 黄禄渊，杨树新，崔效锋，等． 华北地区实测应力特征与断 层稳定性分析． 岩土力学，2013，34( 增刊 1) : 204) ［11］ Kang H P，Lin J，Yan L X，et al． Study on characteristics of un￾derground in-situ stress distribution in Shanxi coal mining fields． Chin J Geophys，2009，52( 7) : 1782 ( 康红普，林健，颜立新，等． 山西煤矿矿区井下地应力场分 布特征研究． 地球物理学报，2009，52( 7) : 1782) ［12］ Li X P，Wang B，Zhou G L． Ｒesearch on distribution rule of geostress in deep stratum in Chinese mainland． Chin J Ｒock Mech Eng，2012，31( Suppl 1) : 2875 ( 李新平，汪斌，周桂龙． 我国大陆实测深部地应力分布规 律研究． 岩石力学与工程学报，2012，31( 增刊 1) : 2875) ［13］ Wang Z Q，Yan E C，Lu G D，et al． Statistical analysis of in-si￾tu stress field for underground water-sealed storage cavern in Chi￾nese mainland． Ｒock Soil Mech，2014，35( Suppl 1) : 251 ( 王章琼，晏鄂川，鲁功达，等． 我国大陆地下水封洞库库址 区地应力场分布规律统计分析． 岩土力学，2014，35( 增刊 1) : 251) ［14］ Sibson Ｒ H． Frictional constraints on thrust，wrench，and normal faults． Nature，1974，249: 542 ［15］ Yin Z M，Ｒanalli G． Critical stress difference，fault orientation and slip direction in anisotropic rocks under non-Andersonian stress systems． J Struct Geol，1992，14( 2) : 237 ［16］ Zang S X，Li C，Wei Ｒ Q． The determination of rheological me- · 233 ·