隐伏裂缝对互层胶结土中正断层扩展影响研究

基岩断层错动引起上覆土体变形,互层胶结土体中断层破裂机制认识不足,隐伏裂缝影响规律掌握不明确。基于4个离心机试验,针对黏土与砂土构成的9层互层土,对比土体胶结特性和隐伏裂缝上断点埋深影响。试验结果表明,正断层错动影响下,互层非胶结土体受剪切作用发生变形破坏,在断层上方形成一倒梯形分布的不均匀沉降区,并形成集中剪切带。当不均匀沉降传至地表时,顶层非饱和黏土层形成地表张拉破裂。而互层胶结土则观测到受弯变形破坏,从而产生剪切破裂和张拉破裂。其中,地表张拉破裂的深度远大于互层非胶结土体的观测结果。互层胶结土中,随着隐伏裂缝上断点埋深的增加,由上断点扩展形成破裂的倾角随之增加,地表破裂向上盘一侧偏移。     

基岩逆断层错动引起的上覆土体变形预测

基岩逆断层错动引起上覆土体变形会导致地表及地下建筑的破坏,相应的变形预测模型仍较为缺乏,相关因素的影响规律尚未掌握。本文通过补余误差方程来表征逆断层错动引起的上覆土体变形,建立可预测不排水条件下上覆土体的变形理论计算模型,并通过离心机实验数据、数值模拟数据加以验证。对比分析结果表明,补余误差方程能表征基岩逆断层错动所引起的地表及地表以下土体变形。参数分析结果表明:基岩错动量的幅值对地表不均匀隆起区域范围的影响并不显著;形状参数的增加会使得地表不均匀隆起区域趋向集中;断层倾角的增加会使得地表不均匀隆起区域向断层上盘一侧偏移。     

正断层与逆断层错动引起的上覆黏土变形特性离心试验

采用土工离心机试验,研究正断层和逆断层错动引起上覆饱和黏土层在20步连续断层错动作用下的变形特性以及裂缝扩展的规律。研究结果显示,正断层错动后地表呈现多条且平行断层面的张拉裂缝,随着错动量的增大,正断层破裂逐渐偏离基岩断层的错动方向,偏向上盘一侧,裂缝逐渐向上盘的方向开裂,裂缝主要发生在断层延长线附近;逆断层错动后地表裂缝均分布在上盘,而且离断层尖端延长线较远,产生的裂缝较细、数量较少,随着断层错动量的增大,地表位移增大,靠近断层下盘一侧的地表受断层错动影响较小,位于断层上盘一侧的地表则随着断层错动显著移动;随着断层错动量的增大,最大地表坡度随之增大,正断层引起的最大坡度的位置逐渐向上盘方向移动,逆断层引起的最大坡度的位置逐渐向下盘方向移动,逆断层的影响范围比正断层的影响范围更广。     

跨越走滑断层黏土地层动力响应离心机试验研究

地震中基岩走滑断层活动引起跨断层地下结构物破坏,上覆土层的非一致响应机制尚不明确,隐伏裂缝影响规律认识不足。基于可模拟走滑断层活动的层状剪切箱,针对黏土地层展开两个离心机振动台试验,对比上覆土体中隐伏裂缝的影响。试验结果表明,当地层中不存在隐伏裂缝时,基岩走滑断层错动对两盘地层的非一致振动的影响不显著。当地层中存在隐伏裂缝,错动盘一侧土体的振动加速度幅值随振动循环次数的增加逐渐减小,固定盘和错动盘两侧土体出现非一致振动响应,固定盘一侧土体产生的超静孔压大于错动盘一侧。隐伏裂缝对土体非一致振动响应的影响范围受限于其在地层中的分布范围,探明隐伏裂缝上断点的埋深具有重要工程意义。     

正断层错动诱发上覆黏土中隧道变形破坏数值模拟研究

针对隐伏正断层活动引发上覆黏土中的隧道位错破坏研究相对不足,基于不排水条件的总应力分析方法,展开隧道破坏的有限元计算。数值计算结果与试验数据表明,正断层错动影响下,上覆黏土变形由下盘一侧向上盘一侧可划分为静止区、剪切区和刚体位移区。上覆土体中产生的不均匀沉降区域随埋深逐渐减小,使得地下结构物的影响范围随埋深而减小,但破坏程度则逐渐增加。当隧道与周边土体可近似为绑定接触时,基岩断层投影附近区域以受弯变形破坏为主,而远离基岩断层投影的两侧区域则呈现受拉破坏。隧道拱顶衬砌在基岩下盘一侧受拉,在基岩上盘一侧则为受压。拱底与拱顶的轴向应变分量呈反对称分布。     

耦合型地裂缝活动特征与成因机制模拟研究——以北京宋庄地裂缝为例

以北京通州区宋庄地裂缝为原型,研究以断裂活动和抽水为主要诱因的耦合型地裂缝的发育活动特征和成因机制,揭示了不同位错量和水位下降量引发的地层位移场和应力场的变化特征。通过实地踏勘,阐明了地裂缝造成的地表平面及地层剖面的破坏现象;运用有限差分法模拟研究了断层错动和抽水2种工况下的模型地层的变化响应过程,最后讨论了该类型地裂缝与各诱因之间的关系。结果表明：（1）该类型地裂缝具有三维活动等特点,一般造成浅表地层及墙体的水平张开量为0.3～1.2 cm,深部地层的垂直位错量随埋深而逐渐增大;（2）断裂活动引起的应力变化在裂缝发育区集中,并造成上盘地层出现明显的竖向位移,裂缝区地层出现较大的剪切牵引变形,且其两侧的竖向位移差异量最大;断层位错量的增加造成隐伏裂缝向上逐渐延伸扩展,并在上盘浅表层引发次级裂缝,致使地裂缝整体呈具有一定宽度的带状展布;（3）地下水位下降对地裂缝的竖向延伸和水平扩张均有加剧作用,裂缝两侧地表产生持续的沉降响应,并导致沉降漏斗中心成为地裂缝集中发育区,且该处的模型地层沉降量也最大,为10.2 cm,上盘地层的沉降范围宽度约38 m,下盘约16 m;(4)该类型地裂缝受断裂控...     

正断层破坏在砂土中传播规律试验模拟

断层错动不仅可以引起地震灾害,而且带来的地层永久性变形,对结构物特别是线性构造物,如地下管线,隧道等,造成很大影响,因此,研究断层破坏在上覆土层中传播规律是十分必要的。本文依据正断层砂箱模型试验,对断层在砂土中传播模式,断层在地表的露头位置,断层垂直位移与土体厚度关系等内容进行了分析,并认为:(1)砂土中正断层破裂面不唯一,出现分叉; (2)传至地表所需的断层垂直位移与倾角无关; (3)正断层传播形成三角剪切带,其宽度随断层倾角减小而增大。     

正断层黏滑错动对地铁隧道结构影响的模型试验研究

以乌鲁木齐市轨道交通1号线地铁区间隧道穿越九家湾断层为工程依托,开展地铁隧道分段式衬砌结构穿越倾角60°正断层的大型剪切错动模型试验,对断层错动模拟过程中的隧道结构变形、应变分布特征、围岩压力、开裂形态等关键力学特征进行监测分析,获得了正断层黏滑错动下的隧道结构响应规律。研究结果表明:(1)正断层黏滑错动影响下,断层面处的隧道拱脚处于压剪状态,断层面附近的上盘仰拱及下盘拱顶处于纵断面内的受拉状态,断层面两侧较大范围内的隧道仰拱内侧及墙脚外侧处于横断面内的大偏心受力状态;(2)断层错动后,隧道开裂破坏形态主要包括斜裂缝、纵向裂缝及环向裂缝;(3)正断层黏滑错动达到7.0cm(相当于实际错动量1.75m)后,上盘隧道结构的破坏范围为4.2D(D为隧道跨度),下盘破坏范围为2.4D,上盘破坏范围明显大于下盘。     

陡倾断层上下盘开挖引起地表变形的数值模拟分析

考虑地下开挖区与断层相对位置关系,采用简化数值模型对陡倾断层上下盘开挖引起的地表变形特征进行了数值模拟。结果表明,当断层位于地下开挖引起地表变形的压缩区且开挖区位于下盘时,地表出现不连续变形的可能性小;当断层位于地下开挖引起地表变形的压缩区且开挖区位于上盘时,随下向开挖进行地表断层处裂缝有减小趋势;而当断层位于地下开挖引起的地表变形拉张区时,断层出露处水平拉张明显,表现为拉张裂缝,随下向开挖深度增加、规模增大,不论开挖区位于上盘还是下盘,极可能导致地表出现正断层式的错动．     

伸展断层传播褶皱研究现状

伸展断层传播褶皱是伸展环境中重要的一种褶皱类型,是由于隐伏基底正断层活化向上传播而引起上覆地层发生的弯曲。多年的研究认为这是一种向上变宽的三角形分布式剪切调节过程,断层的上端点限定了三角剪切区的顶点。运用三角剪切的速度模型很好地拟合和描述变形区内物质的运动,三角剪切区的顶角和断层向上传播/断层向下滑移比值（p /s）是控制伸展断层传播褶皱变形过程和几何形态的重要的运动学参数。伸展断层传播褶皱的发育过程可以根据断层是否切穿上覆盖层而划分为两个阶段。在沉积过程中,伸展断层传播褶皱作用对生长地层的几何形态和叠置样式有较强的控制作用。通过对保留的生长地层几何形态的分析,可以确定隐伏基底断层的初始破裂点和断层传播量,并最终重建伸展断层传播褶皱的变形过程。     

Effects of the tip depth of a pre-existing fracture on surface fault ruptures in cemented clay

Ground deformation due to faulting can cause serious damage to buildings and structures. Much attention has been devoted to understanding fault rupture propagation in uncemented soil. However, the effects of a pre-existing fracture in cemented soil on surface fault ruptures are not fully understood. This paper describes a numerical parametric study to investigate the mechanism of normal fault rupture propagation through cemented clay. Special attention was paid to the effect of the location (or tip depth) of a pre-existing fracture on the mechanism. The numerical model and model parameters adopted were verified through two centrifuge model tests. The results show that a zone of influence consisting of a tensile failure zone and a differential settlement zone was induced by normal faulting in cemented clay both with and without a pre-existing fracture. The width of this zone of influence increased with the tip depth of the pre-existing fracture. The effects of the tip depth of a pre-existing fracture on the width of the zone of influence were more significant when the tip was located at a shallow depth.     

2010年玉树地震(Ms7.1)地表破裂特征、破裂机制与破裂过程

2010年4月14日,青海省玉树地区发生Ms7.1级地震,造成大量人员伤亡和财产损失.地震发生后,我们对地震地表破裂带进行了详细的考察,并对同震位移量进行了精确的测量.根据野外考察和测量的结果,对玉树地震的地表破裂特征、同震位移量及其分布特征进行了分析,并对地震的破裂机制和破裂过程进行了探讨,取得如下认识:(1)玉树地震形成了沿鲜水河断裂带西北段(甘孜-玉树断裂)分布的东、西两条地表破裂带,西段破裂带分布在微观震中附近的隆宝湖拉分盆地中,长约19km;东段破裂带沿扎曲河南岸及巴塘河西岸山坡展布,长度约31km;上述两条破裂带之间存在约15km的地表破裂空区;(2)野外测量获得玉树地震的最大同震位移量为2.3m,位于东段地表破裂带中部郭央烟宋多附近;(3)地表破裂和野外构造地貌特征均反映了发震断层处于走滑伸展环境,断层左旋走滑过程中伴随正断作用;(4)地震波反演结果和地表破裂分布特征表明,玉树地震的破裂过程包括两次子事件,分别在地表形成了隆宝湖破裂带和扎曲河、巴塘河破裂带,隆宝湖及玉树县城西侧的山间谷地是在甘孜-玉树断裂长期活动的破裂带阶区转换拉张过程中形成的两个拉分盆地.     

玉树地震地表破裂特征及其破裂方式

北京时间2010年4月14日玉树Ms7.1级地震产生了长约50km的地表破裂带,地表破裂系统非常典型。本文通过对果庆益荣松多村附近河滩与结古镇西南河道两岸2个地表破裂点的野外观测和地表破裂的力学分析,探讨玉树地震地表破裂特征和方式。在果庆益荣松多村附近河滩地表破裂与地震陡坎呈间隔式左行右阶排列,具转换压缩性质;在结古镇西南河道北岸主地表破裂带中地表破裂非常发育,出露一处古断层面。地表破裂的野外调查与应力分析结果表明,玉树地震同震地表破裂带总体走向为125°,属于典型的左行走滑破裂带,最大左行走滑位移量1.75m,主压应力为近东西向,这一结果与美国地质调查局和中国地震局地震地球物理研究所公布的结果基本一致。     

建立在雷达卫星影像判读基础上四川龙门山断裂晚第四纪活动特征研究

介绍了应用雷达卫星影像对四川龙门山活动断裂开展断错地貌判读结果,展示了龙门山构造带4条分支断裂9个点位的雷达卫星影像图像、11个点位的野外调查结果及6个点位与断层活动性有关的地层测年。在11个野外调查点位中,位于青城山北面4条断裂8个点位均出现2008年5.12汶川MS8.0地震的地表破裂,其中包括沿青川断裂青溪段及金山寺断层沟谷出现的两条地表破裂,沿后山断裂带茂县北断层和汶川南七盘沟断层出现的地表破裂;   沿中央断裂带北川和小鱼洞南2个点位出现的地表破裂;   以及沿前山断裂汉旺台地前缘和青城山山前地表破裂点位。在这些地表破裂中,中央断裂带地表垂直位移为 2～6m,青川断裂、后山断裂和前山断裂多数段地表断错垂直位移量为 10～40cm。后者位移量虽小,也不应被忽视。本项研究结果表明,雷达卫星影像显示青川断裂与后山断裂带和中央断裂带右旋走滑明显。雷达卫星影像实地调查表明,前山断裂带南段的水口场－横山庙断裂带醒目的断错地貌引人注目。     

Relationship between the Pre-existing Active Kunlun Fault and Co-seismic Surface Ruptures Produced by the 2001 Mw 7．8 Central Kunlun Earthquake，China

Field investigations allow to constrain the co-seismic surface rupture zone of ～400km with a strike-slip up to 16．3 m associated with the 2001Mw 7．8 Central Kunlun earthquake that occurred along the western segment of the Kunlun fault,northern Tibet．The co-seismic rupture structures are almost duplicated on the pre-existing fault traces of the Kunlun fault．The deformational characteristics of the co-seismic surface ruptures reveal that the earthquake had a nearly pure strike-slip mechanism．Theg eologic and topographice vidence clearly shows that spatial distributions of the co-seismic surface ruptures are re-stricted by the pre-existing geological structures of the Kunlun fault．     

汶川地震对现代河流形态的影响与水文效应

2008年5月12日14时28分,我国四川发生里氏8.0级大地震,发震构造为龙门山断裂带.形成了NE向映秀-北川断裂地表破裂带,彭县-灌县断裂破裂带以及NW向的小鱼洞破裂带,表现为逆冲-走滑性质.目前,有关地表破裂、次生地质灾害及堰塞湖等开展了大量的调查工作,而地震对河流形态的影响还缺少较为系统的分析.在野外地震地貌考察的基础上,根据河流走向与断层位置关系,并结合地表破裂特征,总结了汶川地震对现代河流形态影响的几种地貌类型:顺向陡坎跌水,河道错动,断寨湖(塘),河流改道等,并对其演化趋势进行了讨论.分析了汶川地震的河流水文效应:地震增加了河流泥沙含量,改变了河流水质,同时,也使得河流与地下水系统之间的联系更为紧密.     

龙首山南麓新发现的地震地表破裂带——兼论1954年山丹MS 7?地震发震构造

基于详细的遥感解译和野外调查,发现龙首山南缘断裂发育有较新的地震地表破裂遗迹,包括断层坎、地震鼓包、河道的系统位错等断层地貌标志,破裂带总长度超过20 km,沿断裂走向其垂向位移介于0.35~4 m,水平位移介于0.3~1.9 m,龙首山南缘断裂主体表现为逆冲性质,仅在西端表现为局部左旋走滑的性质。通过剖面和探槽揭示,龙首山南麓地区全新世以来发生多次断层活动,最新的一次在约3.96 ka以来。经过与区域内的强震记录比对,认为此次新发现的地震地表破裂带可能是1954年山丹M_S 7?地震所致。1954年山丹M_S 7?地震在浅表沿两条断裂同时发生了地表破裂,表现为正花状构造的变形样式。这种同震位移分配现象以往多发现于走滑型地震中,此次在逆冲型地震中发现。龙首山南缘断裂地表破裂带的发现为揭示1954年山丹地震的震源过程和破裂样式提供了新的证据和思路。      

四川汶川MS 8.0大地震地表破裂带的遥感影像解析

2008年5月12日发生于四川盆地西部龙门山断裂带的汶川MS 8.0级大地震造成巨大的人员伤亡和财产损失,并形成了空间上基本连续分布的地表破裂带（地震断层）。根据地表破裂带的解译标志及影像特征,我们充分利用震后中国科学院航空遥感飞机所获取的高分辨率航空遥感图像以及我国台湾福卫-2卫星遥感图像进行详细解译分析,并结合震后的多次野外科学考察与验证,初步查明了四川汶川MS 8.0级大地震所产生地表破裂带的空间分布特征。遥感解译分析表明汶川大地震产生的地表破裂带总计长约300 km,其几何学特征十分复杂,主要沿先存的NE走向活动断裂带呈不连续展布;变形特征以逆冲挤压为主兼具右旋走滑分量。按同震地表破裂带所在断裂带位置,可将其分为两条： 中央地表破裂带：沿映秀-北川断裂带分布,从西南开始呈北东向延伸至平武县水观乡石坎子北东一带,长约230 km,最大垂直位移量达6.0 m左右,最大右旋水平位移达5.8 m;山前地表破裂带：沿灌县-安县断裂带分布,由都江堰市向峨乡一带开始呈北东向延伸至安县雎水镇一带,长约70 km,以逆冲挤压为主,最大垂直位移量可达2.5 m。此外,遥感图像分析还表明上述地表破裂带与地质灾害分布在空间上具有十分密切的相关性,因此,挤压逆冲-走滑型地震断层的致灾效应研究是未来应该加以重视的研究课题。     

四川汶川Ms 8.0地震地表破裂构造初步调查与发震背景分析

5月16-24日对川西汶川大地震震中区的发震断裂地带进行的实地考察和初步测量,获得了宝贵的地表变形和同震位移最数据资料,证实汶川地震属于逆冲断裂型地震,主破裂沿映秀-北川断裂带发育,前山地区滑灌县-安县断裂也有地表破裂,同震位移量在3～5m.汶川地震产牛的地表破裂构造和运动性质显示明显分段特性,映秀-北川段以挤压逆冲为主,而北川以北段则伴有显著的右旋走滑分量.     

Aftershocks of the june 20, 1978, Greece earthquake: A multimode faulting sequence

A 10-station portable seismograph network was deployed in northern Greece to study aftershocks of the magnitude (m_b) 6.4 earthquake of June 20, 1978. The main shock occurred (in a graben) about 25 km northeast of the city of Thessaloniki and caused an east-west zone of surface rupturing 14 km long that splayed to 7 km wide at the west end. The hypocenters for 116 aftershocks in the magnitude range from 2.5 to 4.5 were determined. The epicenters for these events cover an area 30 km (east-west) by 18 km (north-south), and focal depths ranges from 4 to 12 km. Most of the aftershocks in the east half of the aftershock zone are north of the surface rupture and north of the graben. Those in the west half are located within the boundaries of the graben. Composite focalmechanism solutions for selected aftershocks indicate reactivation of geologically mapped normal faults in the area. Also, strike-slip and dip-slip faults that splay off the western end of the zone of surface ruptures may have been activated.The epicenters for four large (M 4.8) foreshocks and the main shock were relocated using the method of joint epicenter determination. Collectively, those five epicenters form an arcuate pattern convex southward, that is north of and 5 km distant from the surface rupturing. The 5-km separation, along with a focal depth of 8 km (average aftershock depth) or 16 km (NEIS main-shock depth), implies that the fault plane dips northward 58° or 73°, respectively. A preferred nodal-plane dip of 36° was determined by B.C. Papazachos and his colleagues in 1979 from a focal-mechanism solution for the main shock. If this dip is valid for the causal fault and that fault projects to the zone of surface rupturing, a decrease of dip with depth is required.