断层对采空区地表沉降影响的模拟

断层是影响采空区地表沉降的重要因素。针对这一问题,采用数值模拟的方法,建立矿山地层、断层和采空区的三维地质模型,对比有无断层时,采空区地表沉降的变化规律,并详细分析了断层倾角、断层与采空区相对位置关系、断层摩擦强度等因素对沉降规律的影响。研究表明：断层不仅对采空区沉降起放大作用,同时对地表沉降变形起隔断作用。断层的存在使地表塌陷盆地中心向断层方向偏移。断层倾角在40°~50°时,地表沉降量出现最大值;断层倾角在35°~40°时,采空区顶板下沉量出现最大值。随着断层抗剪强度的减弱,采空区地表沉降量增大;但当断层的内摩擦角大于或等于周围地层的内摩擦角时,断层内摩擦角的增大对地表沉降量的影响不明显。     

地震荷载作用下斜坡响应研究:以四川青川东山—狮子梁剖面为例

在对青川地震监测剖面实测数据进行系统分析的基础上,运用大型通用有限元分析软件ANSYS建立东山—狮子梁监测剖面的数值模型,分析了地震作用下斜坡的动力响应规律。结果表明:地震荷载作用下,斜坡的地震响应不是单调的随斜坡高度的增加而增加,而是与斜坡地形地貌及岩体中裂隙的发育程度有密切关系;斜坡的地震响应由坡内向坡外逐渐增大,且坡向与地震波传播方向相同时斜坡的地震动力响应要大于坡向与地震波传播方向相反的情况。研究结果为地震荷载作用下边坡稳定性评价提供了理论支持,为提出更加合理的地震动稳定性评价方法提供依据。     

既有桩基荷载对邻近浅埋隧道开挖效应及支护内力影响的研究

建立了包括地层模型、桩基荷载模型、浅埋隧道开挖模型和支护模型以及桩基荷载、地层压力、地层沉降、支护应变量测装置的平面应变模型试验系统;通过模型试验,研究了不同水平、竖向相对位置处的既有桩基荷载对附近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力的影响特征。另外,采用FLAC3D软件,对模型试验及不同工况进行了数值模拟。结果表明：（1）与没有桩基荷载的自由地层中的隧道开挖试验相比较,地层中的既有桩基荷载会明显地改变邻近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力;（2）对于桩径和水平相对距离都相同,但桩长不同的桩基荷载,桩长与隧道埋深比值为1.0时,对隧道开挖效应影响最大,二者比值小于1.0时,其影响程度随着比值的减小而减小,二者比值大于1.0时,桩长的改变对隧道开挖效应影响较小;（3）对于桩径和桩长都相同的桩基荷载,对地层压力、地层沉降及支护内力的影响随桩基荷载与隧道的水平距离的减小而增大,桩基荷载距隧道的水平距离与隧道直径比值介于0.5～4.0时,桩基荷载对隧道开挖效应影响较大,隧道较危险,比值介于4.0～6.0时,影响较小,比值＞6.0时,影响可以忽略不计。     

粉细砂地层对地铁列车荷载的动力响应及长期变形研究

为探明地铁列车荷载作用下粉细砂地层的动力响应特征及长期累积变形发展规律,首先基于南京地铁2号线沉降监测数据,分析了位于粉细砂地层中某区段隧道结构的沉降发展规律;然后采用2.5维数值方法,模拟分析了地铁列车荷载作用下粉细砂地层的振动响应特征;最后,基于振动荷载作用下粉细砂的累积变形经验公式,采用分层总和法研究了粉细砂地层由列车荷载诱发长期累积变形的发展规律。研究结果表明:(1)列车运行引发地铁隧道地基粉细砂地层的动偏应力随着深度的增加呈先增大后减小的变化趋势,其最大值通常出现在隧道底部以下1 m处,最大值约为3.5 kPa;(2)列车振动荷载诱发粉细砂地层的长期变形在运营初期发展较快,并在运营1年左右达到稳定,随后缓慢增长,其稳定后的地基总变形量约为15.1 mm;(3)由列车振动荷载长期作用诱发的隧道粉细砂地基沉降量约占运营7年后总沉降量值的26%。     

GMS在地下水数值模拟及断层处理中的应用——以盖孜河水源地为例

GMS（Groundwater Modeling System）是国际上流行的地下水模拟软件,且与ARCGIS属性数据有很好的兼容性,GMS3DGrids中的MODFLOW模块下的barrier边界条件可用于模拟地下含水层系统中薄层、垂向和低透水性、对地下水水平流具有阻碍作用的物体。在盖孜河研究区,近南北向分布的断层对地下水流具有控制阻碍作用,应用障碍边界处理断层,对研究区进行地下水流数值模拟,计算结果表明,地下水流受断层的影响很明显,应用barrier障碍边界对断层进行处理,模型中能够较好地反映出断层的这种影响作用。     

小尺度断层定量预测及对注水开发的影响——以渤中34油田为例

大尺度断层往往控制了沉积盆地的形成和油气成藏,而小尺度断层则影响着注水开发效果和剩余油分布.大尺度断层可以通过二维或三维地震资料识别,而小尺度断层的识别则特别困难.本文提出了一种基于断层分形生长模式和三维地质力学模拟相结合来确定小尺度断层的数量、发育位置和方位的方法,并根据油田开发动态资料来确定小尺度断层对注水开发和剩余油分布的影响.将地震上识别的大尺度断层引入到三维数值力学模型中,模拟大尺度断层形成时期断裂带附近的应力扰动作用,然后结合破裂准则来建立最易发生破裂的方位和最大库伦剪切应力网格,以这两套网格和断层尺度的幂律分布确定的小尺度断层数量为约束条件来确定随机模型,对小尺度断层的密度、产状和发育位置进行定量预测.研究表明:利用分形理论和三维地质力学模拟可以对大尺度断层伴生小尺度断层进行有效预测;小尺度断层对注水开发效果和剩余油分布的影响取决于小尺度断层的规模(断距)以及小尺度断层方位和注采方向的关系.     

叠瓦状逆断层的变形规律和力学机理物理模拟试验——以龙门山断裂带为例

为了揭示叠瓦状逆断层在地质过程中的变形和应力变化规律,为地震预报和地质灾害防治提供参考,以龙门山断裂带为研究背景,采用大型物理模拟试验,再现了叠瓦状逆断层的演化过程。通过对模型内部位移和应变的实时监测,得出了叠瓦状逆断层的变形和应力分布规律:1)除下伏断层的下盘局部斜向下外,整个构造区的变形以沿断层带斜向上为主;断层带同侧,变形量深部大于浅表层;水平向变形随与挤压端距离的增大而逐渐减小,并伴有瞬间的跳跃性增大。2)研究区除在断层上盘的浅层出现局部的拉应力外,其余都处在压应力状态,深部应力及其释放量都大于浅层;应力不是线性的增大或减小,而是随挤压端位移的增大沿某个趋势上下震荡。地应力在下伏断层带附近更容易发生聚积和释放,在变化时间上深部先于浅层。浅层地应力呈现出先增大后减小再增大再减小的规律;深部地应力的释放在上覆断层两侧出现了跳跃性的减小,而下伏断层的两侧先出现瞬时的增大,然后才逐渐减小。3)浅层变形量和应力变化具有相同的规律和同步性,但均滞后于深部应力的变化。     

城市地面沉降对给排水管道变形的影响——以天津市塘沽区响螺湾地区为例

受地面沉降的影响,敷设在不同位置的给排水管道差异沉降明显.运用GEO-SLOPE软件中的SIGMA/W模块,对天津市塘沽区响螺湾地区敷设给排水管道的地面沉降特征进行数值模拟,分析给排水管道沉降破坏的机理,总结给排水管道的变形规律,指出响螺湾地区给排水管道的规划要点.通过层次分析法确定给排水管道的工程地质要素权重,综合评价给排水管道的分布,为给排水管道规划提供合理的工程地质依据,减少地面沉降引发的环境工程地质问题,指导响螺湾地区的总体规划.     

油气盆地内小断层识别及发育机理研究——以惠民凹陷江家店地区为例

在传统地震剖面精细解释的基础之上通过方法创新和蚂蚁体技术应用,总结出了江家店地区小断层的识别特征以及小断层的发育规律.通过江家店地区构造平衡剖面恢复工作,对小断层形成控制因素以及形成时期有了新的认识.通过构造物理模拟实验对江家店小断层的形成机理进行了进一步的验证.在江家店油田小断层的识别过程中,运用上述方法识别出了许多常规地震解释难以识别的小断层,并取得较好的应用效果.     

基于不同开采方式作用下采动斜坡变形特征研究——以贵州发耳煤矿为例

煤层开采顺序和开采方式对采动斜坡起着一定控制作用,影响着采动斜坡的稳定性。近年来,大量学者对采动斜坡的研究仅限于采动斜坡自身原型的变形破坏模式研究,考虑煤层开采顺序和方式对采动斜坡的控制作用不够深入。贵州省发耳煤矿是典型的在多层开采作用下发生变形的缓倾结构采动斜坡。本文以贵州六盘水发耳煤矿尖山营变形体为例,基于离散元数值模拟原理,采用颗粒流数值模拟方法,对比了不同开采方式下对采动斜坡的变形破坏影响。结果表明：在进行煤层开采时,一次开采和分布开采对斜坡变形有着较大影响,分布开采时煤柱发生破坏后会加剧斜坡变形,不利于斜坡稳定;在分布开采时,正向开采对于坡体的损伤更为严重,斜坡变形更加明显;煤层开采后,上覆岩体竖直位移略大于煤层开采厚度,斜坡合位移受水平位移影响较大,坡脚及坡肩位置的煤层开挖对斜坡的变形影响显著。     

地下水开采及建筑物荷载综合作用诱发的地面沉降对建设工程的影响评价研究

地面沉降是一种典型的环境地质现象, 它严重影响了社会经济的发展, 阻碍了城镇化进程。本文基于山东省淄博市境内的黄金国际重点建设工程, 为评价此工程受地面沉降的影响程度, 以拟建工程区及外围0.6km2区域内40余米厚的第四系松散地层为研究对象, 根据地层的工程地质特性, 逐一划定压缩层, 并且基于一维固结理论及岩土压缩系统方法, 分别计算受水源地开采影响及在不同地面荷载情况下, 工程建设区的地面沉降量, 并对其发展趋势作了合理的预测。研究结果表明, 水源地开采及建筑物荷载综合作用诱发的地面沉降对工程建设的影响程度有限。该项工作, 一方面为该工程建设提供决策依据, 另一方面, 为受类似地面沉降问题影响的工程建设提供参考。此外, 针对山东省淄博市境内地下水开采及建筑物荷载综合作用下的地面沉降研究, 以指导其规划和建设, 有益于科学、快速、可持续发展。     

区域地面沉降对京津城际轨道交通工程的影响及防治对策

京津城际轨道交通工程是我国即将实施的第一条高速城际轨道交通铁路,沿线经过多个区域地面沉降漏斗,对工程和行车的安全产生重要影响。本文论述了工程沿线地质环境,区域性地面沉降的现状、产生原因、发展变化趋势,及对京津城际轨道交通工程的影响,并提出了防治对策。     

基于离散元的高速远程滑坡运动堆积特征及 能量转化研究 ——以三溪村滑坡为例

高速远程滑坡-碎屑流运动速度、堆积特征和能量转化是研究其致灾机制的重要因素,而模型试验、野外调查并不能全面揭示其成灾机理。文章以三溪村滑坡为例,采用PFC3D离散元模拟方法,揭示滑坡运动过程中的前部、中部和后部岩土体的速度演化分布、堆积特征和能量转化关系。研究结果表明:三溪村滑坡的残余摩擦系数为0.2时,模拟结果与实际堆积特征一致。前部、中部、后部岩土体到峰值速度存在差异,前部岩土体速度分布表现为显著的单峰型特征,而后部岩土体速度分布为双峰型特征。滑坡不同部位的岩土体堆积呈现层序分布;滑坡重力势能的转化中,摩擦耗能占总能量的52%,动能峰值时刻仅有15%的重力势能转化为动能。研究结果可为高速远程滑坡的运动机理分析和防灾减灾治理工程提供重要参考。      

相对海平面变化对腕足动物群落取代的影响——以吐哈盆地北缘桃西沟上石炭统祁家沟组—奥尔土组剖面为例

相对海平面的升降变化引起的相对水深及相关生态条件的改变对腕足动物群具有影响。相对海平面变化的速度和幅度是引起腕足动物群面貌变化的重要因素。相对海平面的持续缓慢上升有利于腕足动物丰度的增加和分异度的提高,海平面的大幅度快速变化对腕足动物群落则是一个不利的因素,是造成腕足动物物种丰度下降、新种增加量减少乃至彻底死亡的重要原因。吐哈盆地北缘晚石炭世发育的5个腕足动物群落全部与相对海平面上升期有关。在海平面的持续缓慢上升期,腕足动物的丰度不断增加,分异度迅速提高;而在相对海平面下降期,本区陆源粗碎屑物大量注入,不适合腕足动物的生存。     

“二元法”在构造裂缝定量预测中的应用——以松辽盆地青一段泥页岩为例

松辽盆地青山口组一段是一套重要的烃源岩层,也是盆地主要的裂缝性油藏和页岩油藏发育层。裂缝不仅是油气运移的主要通道,也是重要的储集空间,裂缝分布规律的评价对盆地今后页岩油和裂缝性油藏的勘探开发具有重要的指导意义。利用ANSYS与Suffer联合建模并采用Petrel软件对研究区岩石力学参数进行三维随机模拟的方法,对松辽盆地古近纪末期的应力场进行了三维数值模拟。结果表明,研究区最大主应力的变化范围为24~147 MPa,最小主应力变化范围为3.8~114.4 MPa;扶余隆起带附近为最大主应力低值区,大庆长垣附近为最大主应力高值区;最小水平主应力的应力低值区和高值区的分布与最大水平主应力大致相同。在此基础上,采用二元法对裂缝密度作了定量的预测,预测值与实测值吻合度较高。预测结果显示,齐家—古龙凹陷、大庆长垣以及梨树—德惠等地裂缝相对较为发育,是下一步勘探的重点。