定降深抽水引起的泰斯承压含水层水平运动

根据Darcy-Gersevanov广义渗流关系式，导出了单井定降深抽水引起的泰斯含水层水平位移和水平应变解析表达式。数值计算分析表明，定降深抽水引起的含水层水平运运方向沿径向向内，水平运动速度随抽水时间增长呈指数衰减，位移量则随抽水时间增加呈指数增长。定降深抽水引起的含水层径向应变在空间上具有近井挤压，远井拉张的分区特征，且近井挤压区随抽水时间增加不断向外扩展；切向应变主要表现为环向挤压，且其应变大小随半径增大迅速衰减，随时间增长呈指数增大。     

西安市承压含水层高压渗透模拟试验研究

为了揭示在地下水头升降过程中西安市承压含水层的物理及力学性质,采用自行设计的高压渗透固结试验设备模拟西安市承压含水层中细砂高压渗透,研究了在不同竖向压力和孔隙水压力条件下砂柱应变与时间的关系、应力与应变的关系以及砂样的渗透性,同时对比探讨了试验前后砂样微观结构。结果表明:孔隙水压力降低或竖向压力增大时,砂柱发生压缩变形且表现出分段线性的特点;在一定应力范围内,增大孔隙水压力,砂柱变形几乎没有发生回弹或者恢复。根据试验前后颗粒分析曲线、双目镜照相及电镜扫描照片的对比,可以推断砂样在压缩过程中除产生颗粒滑移和位置调整外,部分颗粒被压碎或压裂,由此导致了砂样在地下水头升降过程中颗粒级配发生改变、渗透系数急剧降低以及砂样在不同应力下表现出的分段线性、粘滞性和部分不可恢复等非完全弹性性质。     

地下水径向辐射渗流单井排放诱发地壳形变的解析表达

本文把地下水径向辐射渗流单井排放诱发的地壳形变问题化为多孔弹性介质点源力诱发的平面应变问题来处理，利用多孔介质的本构方程和弹性半平面的Ｇｒｅｅｎ函数，在Ｓｅｇａｌｌ工作的基础上，导出了通过地下水水位降深Ｓ表达的地下水径向流排放诱发的地面垂直位移和水平位移的解析表达式。     

井水位对气压响应的滞后及其机理

通过井口空气压力变化对井水位影响的试验,分析了井水位对空气压力变化响应幅度和滞后时间,认为在相同的井口空气压差情况下,压力变化周期越大,井水位响应幅度也越大,而位相滞后越小。水平层状承压含水层的理论研究表明,井水位对气压响应的滞后时间主要取决于含水层的导水系数和气压变化的周期,这两种参数越大,则滞后时间越小。因此,井水位对气压响应的滞后是由于水压井孔与含水层间渗流需要一定时间造成的,而不是由于地面气压传递到含水层时产生衰减和滞后引起的。     

矩形顶管管周差异摩阻力对地层纵向水平位移的影响

矩形顶管施工过程中管周摩阻力是引起周围土体扰动的重要影响因素。为了更加准确地预测矩形顶管施工对地层位移的影响,结合管节受力分析和泥浆运动规律,假定“U”字形泥浆套状态,基于弹性力学Mindlin解建立土体水平位移计算公式,对正面附加应力、管周摩阻力等因素引起的地层纵向水平位移进行计算,最后与苏州某矩形顶管工程实测值进行对比分析。结果表明:在顶管机头顶进穿过某一断面前,正面附加应力对周围土体的影响大于管周差异摩阻力,而在穿过该断面后,由于管节数量的增多以及已穿过部分的管节管周摩阻力产生的“拉力”作用,后者的累计影响占比逐渐大于前者;管周差异摩阻力情况下比管周均一摩阻力情况下的计算值更贴近实测值,预测效果更好。      

降雨促发黄土滑坡的启动机制模拟

黄土滑坡和降雨关系尤为密切。为深入研究降雨入渗对滑坡的促发作用,在对陕西西安地区“9·17”灞桥滑坡现场勘察的基础上,利用数值模拟方法系统研究了黄土边坡在降雨入渗条件下土体相关物理力学指标的变化响应特征及时空分布规律;从滑动面安全系数变化的角度分析了边坡的失稳过程,并揭示了该类滑坡的启动机制。结果表明：(1)降雨入渗首先引起坡面土体的基质吸力逐渐降低,而且不同分布位置的降幅不同;(2)滑坡启动前,坡体的高体积含水量范围随降雨明显扩大,且体积含水量表现出从古土壤层向邻近黄土层递减的规律;(3)边坡的水平方向位移自坡面中部向坡体的上下部呈放射状递减特征,垂直方向位移由上至下逐渐减小,而临界滑动面的安全系数也随降雨入渗过程逐步递减;(4)节理处土体的孔隙水压力和体积含水量的变化响应时间及幅度都早于且强于坡体其他区域,坡体内最大剪应变的区域分布与坡面基本平行,模拟结果与原型滑坡一致;(5)基于黄土独特的水敏性、地质构造和人类工程活动等诱因的影响,加上节理裂隙为水的入渗和运移提供了优势通道,降雨加速了黄土潜蚀和坡体结构破坏过程,改变了边坡内部应力场、位移场和水文地质条件,进而促发了滑坡。     

中国西部地壳水平运动引起的重力场空间变化特征

用数值模拟方法研究地壳水平运动与空间重力变化的关系,得出:地壳划分的长方体在单一方向上水平位移引起的空间重力变化呈负对称分布。结合中国西部地区的数字高程以及GPS观测速率数据,计算了中国西部地区地壳水平运动引起的重力场变化,将其与卫星重力观测结果进行对比并作出解释。     

基于高斯距离加权格网法研究华北地区地壳形变特征

分析了高斯距离加权格网法计算应变率的原理和特征,研制了相应的计算程序,并用于华北地区现今地壳应变特征研究。基于华北地区1999～2009年的GPS观测结果,研究了确定高斯平滑半径的原则和方法,并给出华北地区地壳形变多个应变率物理量的分布。结果表明,基于150 km高斯平滑半径计算水平速度梯度能够较好地分辨华北地区的应变率空间变化特征,首都圈地区地壳以张渤带上的左旋剪切为主,其中唐山-秦皇岛地区同时存在南北向的拉张变形;山西带整体表现为沿断裂的右旋剪切变形,同时兼具“南挤北张”特性;郯庐断裂带整体形变特征不显著,在南北两端局部区域存在较小的剪切形变;鄂尔多斯块体内部比较稳定,北缘以拉张和左旋剪切变形为主,西缘表现为左旋剪切以及EW向的挤压特征,南缘的秦岭块体南北两侧分别具有左旋剪切和右旋剪切的特性,东西两侧分别表现为正断拉张与逆断挤压特征。     

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东北地区近期水平形变应变场研究

根据2011年和2013年东北地区GPS观测资料计算得到的地壳水平运动场和连续主应变场,研究了东北地区地壳运动特征和应变应力状态, 求解块体运动参数,计算东北主要断裂带的错动速率和断层应变应力状态,分析断裂带活动性。研究表明,2011～2013年期间,东北地区东部运动规律性相对较好,且东部运动场收敛于珲春-龙井一带,向东位移;中部和西部运动场一致性较弱,位移方向相对分散。主应变反映出,东北地区2011～2013年主压应力轴优势方向为NE55°。两个水平主应变轴都缩短的挤压区分布面积较小,两个主应变轴都伸长的拉张区次之,最小主应变轴缩短的区域和最大主应变轴伸长的区域所占比重最大。该时段Ms≥5.0地震集中在2013年,地震多发生在运动方向转折带附近及挤压-剪切活动区,最大的5.8级地震发生在不同运动区交界带和挤压作用相对强烈的构造带。     

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无压含水层非稳定流诱发地壳形变的定量计算

基于无压含水层迟后疏干的Ｂｏｕｌｔｏｎ理论，导出了地下水无压含水层完整井非稳定流单井排放诱发的地表位移的解析表达式，讨论了公式的计算方案，给出了模拟计算实例。     

联合安徽CORS分析郯庐断裂带南段地壳形变与断层活动特征

使用GAMIT/GLOBK处理2013-01~2018-06期间37个AHCORS参考站观测文件,分别获取站点在ITRF2008和欧亚框架下的速度场。利用多尺度球面小波模拟出的速度场与实际速度场的误差在2 mm/a以内,说明此方法可有效反映该区域的地壳运动情况。采用多尺度球面小波法解算郯庐断裂带南段及周边地区的应变率并对其进行分析。结果表明,总体上看,郯庐断裂带南段以西除阜阳、徐州、枣庄等地,大部分地区呈面膨胀状态,以东地区大多表现为面压缩状态;应变方向变化异常的地区,均处于面膨胀与面压缩的交界地带;最大剪应变率沿郯庐断裂带南段两侧呈对称分布,西北和东南地区为高值区域,存在着较大的应变积累,有发生地震的可能,应予以关注;郯庐断裂带南段主要表现为右旋走滑,且北部存在着拉张,拉张分量向南逐渐递减,在最南部转变为压缩的状态。     

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