逆断层地裂缝在黄土中破裂扩展的数值模拟

隐伏地裂缝在黄土中的扩展机理,其影响的范围、程度等问题,都是城市工作者所广泛关注和亟待解决的重要问题。为了研究黄土中逆断层地裂缝的扩展机理和扩展特征,参照正断层大型物理模型试验,利用数值模拟的方法,建立了三维数值分析模型,进行了黄土中逆断层的扩展机理研究。研究表明,隐伏逆断层地裂缝活动时,在地裂缝的上端,土体单元受到拉、压、剪的共同作用,裂缝很快被贯通,因而在其上端形成了破裂区,但向两侧的扩展有限;地裂缝的下盘在地裂缝活动时,受到的影响较小,即逆断层主要影响地裂缝的上盘,而对下盘影响甚微;同时,逆断层的影响范围和深度都明显小于正断层。由此可见,逆断层地裂缝活动特征明显区别于正断层,在黄土中的扩展有其独特之处。      

地裂缝活动作用下地层应力和位移传递规律研究

以西安地裂缝典型地段为研究对象,建立基于实际地裂缝活动方式的地质力学模型,通过FLAC3D数值模拟,研究地裂缝活动作用下地层应力和位移传递规律。结果表明:地裂缝活动作用下,地表竖向沉降变形曲线近似呈反“S”形,表现出“牵引挠曲”现象,水平位移曲线出现明显波峰现象;随着地裂缝位错量的增大,地表竖向和水平位移均逐渐增大;基于地裂缝活动引起的地表变形平均倾斜值,确定了地裂缝带影响区范围为上盘21 m和下盘13 m。地裂缝活动引起两侧地层断距由深部到浅表部逐渐减小,具有明显的变形传递衰减特征,且地层断距随埋深的变化曲线可近似概化为一个四次多项式方程。地裂缝活动导致上盘地层出现应力降低区,下盘地层出现应力增强区,上盘应力降低区范围大于下盘应力增强区,且上、下盘应力变化范围随着位错量的增大均逐渐增大。地裂缝活动作用下地裂缝两侧地层应力影响区随地层埋深的增大而增大,其与埋深之间关系近似满足三次多项式方程。研究结果可为盆地断裂控制型地裂缝发育区的工程防灾减灾提供科学依据。     

地裂缝活动对土体应力与变形影响的试验研究

通过进行西安典型地层环境下地裂缝活动的大型模型试验,研究了隐伏地裂缝活动引起附近土体应力与变形的规律。试验表明,地裂缝活动在上盘土体中产生负的附加应力,引起土体应力降低,而在下盘土体中产生正的附加应力,引起土体应力增强,且距离地裂缝越远由地裂缝活动引起的附加应力越小。地裂缝活动导致其两侧土体发生台阶状位移突变现象,随着地层由深至浅,土体变形范围明显增大,且影响区范围上盘大于下盘。地裂缝活动引起附近土体应力的分布在空间上大致分为4个区域即下盘原始应力区、应力增强区、应力降低区和上盘原始应力区,其中应力降低区范围约为应力增强区的1.5～2倍。同时,地裂缝附近土体沉降变形也可分为3个带,即下盘稳定带、差异沉降过渡带和上盘稳定带,其中上盘差异沉降带范围约为下盘沉降差异带的2倍。     

西安地裂缝地段浅埋暗挖地铁隧道施工沉降规律

地裂缝是西安市最典型的地质灾害之一,地裂缝地段地铁隧道施工引起地层及地表沉降是较为突出的工程地质和岩土工程问题。文章以西安地铁六号线浅埋暗挖隧道穿过f8地裂缝为工程背景,基于有限元数值模拟,对地裂缝地段交叉中隔墙法(CRD工法)暗挖施工引起的地表沉降和隧道变形进行了分析。结果表明:暗挖施工引起的地表沉降随开挖进尺呈反S型曲线变化特征,地裂缝带上盘的开挖进尺影响范围大于下盘;隧道中心线地表沉降在地裂缝带出现错台且靠近上盘5 m处出现集中沉降区;地裂缝地段隧道暗挖施工对地表的影响区范围约为80 m即上盘约45 m、下盘约35 m,在此范围应考虑暗挖施工对附近地表建(构)筑物的影响;开挖过程中地裂缝带上盘沉降过程变长且大于下盘;地表横向变形曲线符合高斯分布,上盘沉降大于下盘,在上盘靠近地裂缝位置处地表沉降槽宽度、沉降量明显增大;距地裂缝带5 m处上盘拱顶出现最大沉降,其值为25 mm,而在地裂缝位置处拱底出现27 mm的隆起变形,拱顶和拱底变形在地裂缝带附近出现错台;地裂缝带隧道暗挖施工对拱顶、拱底影响区范围分别为50 m和55 m,靠近上盘地裂缝位置附近隧道暗挖施工衬砌应及时支护,防止土体塌落与隧道变形。研究结果可为西安地铁隧道穿越地裂缝带暗挖施工提供科学依据和技术指导。     

北京平原区高丽营地裂缝带活动性及灾害特征研究

通过对北京地区地裂缝规模最大、致灾最为严重、具有典型特征的高丽营地裂缝带调查监测数据的分析,探讨了高丽营地裂缝带的活动特征,分析了该地裂缝带与地面沉降的相关性。该地裂缝受控于黄庄—高丽营断裂,具有断裂活动的继承性,具有以垂直变形为主、横向变形为辅的三维活动特征,地裂缝活动具有年际的周期性和年内变化的跳跃性,每年4~6月变形量占全年的60%~70%。高丽营地裂缝带上下盘的最大影响带宽度分别为49.5m和17.4m。研究结果为地裂缝地质灾害的防治奠定了基础。     

山西太原盆地地裂缝群发机制与深部构造关系

地裂缝是太原盆地主要的地质灾害之一,自20世纪80年代以来,到2012年8月共发现地裂缝107条带,地裂缝所过之处建筑设施遭到严重破坏。本文以太原盆地裂缝为研究对象,发现地裂缝主要沿太谷-祁县-平遥和清徐-交城-文水呈带状群发,地裂缝发育区位于盆地地下水降落漏斗的边缘和第四系地层沉积厚度变化较大的区域。太原盆地深部莫霍面隆起,导致基底断块掀斜,地震勘探显示两大地裂缝群发带沿交城凹陷边缘断裂分布。我们认为太原盆地地裂缝呈带状群发的特征可能与莫霍面隆起导致的基底断折掀斜相关,或许还受盆地持续的区域拉张应力作用影响,但现今的超常活动应当是人类超采地下水诱发的。 更多还原     

河北平原典型地裂缝场地动力响应特征研究

河北平原地裂缝分布广泛、致灾严重,给当地工程建设和人民生活造成了严重影响。目前对于河北平原地裂缝的研究主要是发育特征、成因机理以及分布等方面,对该区域场地动力特性的研究不足。为讨论河北平原地裂缝对场地动力响应的影响,分别选取该地区具有代表性的地裂缝(高丽营地裂缝和隆尧地裂缝(构造成因)、大名地裂缝(古河道成因)、唐山地裂缝(地震成因))进行野外地脉动测试,并通过傅里叶谱分析、反应谱分析和Arias烈度分析,揭示了不同类型地裂缝场地的动力响应特征。结果表明,地裂缝对场地卓越频率和卓越周期的影响较小,但对场地动力响应强度的影响较大。在地裂缝附近区域具有放大效应,上盘放大倍数达到2.2~2.7,下盘放大倍数达到1.7~2.4,并随着与地裂缝距离的增大逐渐衰减,一定距离后趋于平稳,且活动性更强的上盘的放大效应更明显。不同类型地裂缝对场地动力响应的影响趋势基本一致,但影响范围不同:构造地裂缝场地的放大效应影响范围最大,约24 m,地震地裂缝次之,约22 m,古河道地裂缝最小,约20 m。综合考虑河北平原地裂缝对场地影响范围:上盘约24 m,下盘约20 m。场地放大效应及其影响范围可以为河北平原地裂缝场地工程结构的合理抗震设防提供依据。      

河北平原隆尧地裂缝成因机理与模式研究

隆尧地裂缝是华北平原地区规模最大、活动性最强、灾害程度最为严重的构造地裂缝,但其与断裂之间的成因研究一直缺少系统的证明材料和完整的理论分析,即隆尧地裂缝与断裂之间是怎样的成生关系仍较为模糊。文章根据现场调查、探槽、地球物理探测和钻孔联合剖面等方法,分析了隆尧地裂缝几何运动特点和深部构造特征,探讨了隆尧地裂缝的成因机理和模式。研究结果表明:隆尧地裂缝（主要指西段）的发育位置与隆尧活动断裂基本重合,地裂缝走向近EW,倾向南,倾角60°~80°,南盘相对北盘下降,具正断性;同时,地裂缝面处黏土层中发育擦痕,上盘发育的分支裂缝与主裂缝相交成“y”型,地裂缝上下盘位移差随深度增加;地球物理探测解译隆尧活动断裂上断点埋深40~50 m,钻孔联合剖面揭示隆尧地裂缝向下延伸与隆尧活动断裂上断点吻合。地裂缝发育位置、产状、几何特点、运动特征与物探解译、钻孔联合剖面揭示的隆尧活动断裂一致,因此,隆尧地裂缝与隆尧活动断裂直接相连。根据上述成因理论,提出了构造地裂缝的一种成因模式——断层直剪式,即:在区域应力加强或转变的基础上,基地隐伏断裂开始蠕滑运动,断层面或断层带向地表延伸,切穿第四系岩土层,在地表形成陡坎。并据此分析了隆尧地裂缝的形成、显现和发展过程,为断层直剪式地裂缝成因研究提供理论指导。     

北京顺义断裂活动对首都机场地裂缝影响定量研究

顺义断裂是北京平原区重要的晚更新世活动断层。首都国际机场位于顺义断裂中段，2010年以来，机场跑道地裂缝逐渐加剧，地裂缝两侧最大垂直位移差高达20 cm,已经严重影响机场安全运行。当前，顺义断裂活动对首都机场地裂缝的影响仍以定性描述为主。文章以顺义断裂几何结构、第四纪活动性以及首都机场地裂缝调查研究为基础，依据断层位错理论，定量分析了顺义断裂蠕滑活动对机场地裂缝形成的贡献，研究了1996年12月16日顺义M_L4.5级地震对机场地裂缝可能产生的影响，并讨论了顺义断裂未来发生潜在强震时机场地裂缝灾害风险增加的趋势。分析认为，在0.6 mm/a的垂直活动速率下，顺义断裂蠕滑活动46年，在机场地裂缝两侧产生的差异沉降量不超过2.5 cm,对机场地裂缝形成和发展的贡献量约占20%;顺义M_L4.5级地震对机场地裂缝的形成影响甚微，顺义断裂若未来发生7.0级地震，估算在断裂两盘产生的差异沉降量最大达104 cm,机场地裂缝灾害风险将增加5倍；顺义断裂上盘中、深层地下水抽采引起的地面差异沉降在机场地裂缝形成和扩展中的贡献量为70%,仍是导致机场地裂缝加剧的主...     

高铁路基正交跨越地裂缝带动力响应数值分析

本文以大西客运专线高速铁路正交跨越地裂缝带为研究对象,基于有限元数值方法建立了高速铁路地基-地裂缝-路堤动力计算模型,模拟分析了高速列车荷载作用下有、无地裂缝带天然地基上路基的动力响应差异特征及影响规律。计算结果表明:列车荷载作用下无地裂缝带场地,路基动位移、加速度和动应力响应基本平稳,没有明显差异现象;而地裂缝带场地路基动位移、路堤本体内加速度均表现为上盘增大、下盘减小,垂直于线路走向路基动位移、加速度幅值衰减下盘大于上盘,地裂缝对加速度影响的临界深度约为地表以下15 m;地裂缝的存在引起其上盘路基出现动应力降低和下盘动应力增强现象,地裂缝场地沿深度方向路基动应力影响的临界深度为地表以下10 m。上述研究结果可为我国地裂缝发育区高速铁路建设与防灾减灾提供科学依据。     

山西大同与晋中盆地全新世活动断裂定量研究中热释光与14C测年方法应用

文章通过对山西断陷系内4条边界活动断裂带开展全新世活动定量研究中实测的67个热释光测年样品及20个14C测年样品的实例分析,讨论了在断错地貌研究和探槽全新世古地震研究中,地层测年样品帮助确定断层活动事件年代、判断探槽内古地震事件的时间跨度、古地震事件的完整性及垂直断距的不确定性等方面发挥的作用;并讨论了少量热释光样品出现年代倒置现象的原因。     

西安地铁正交地裂缝隧道的模型试验研究

以西安地铁二号线穿越地裂缝的区间隧道为对象,通过几何相似比尺50:1的物理模型试验,开展了地裂缝活动条件下地铁隧道骑缝（变形缝与地裂缝一致）正交穿越地裂缝时衬砌结构与围岩相互作用机制的试验研究。结果表明,在地裂缝发生各级错动位移条件下,不同围岩应力场的围岩土压力、衬砌结构应力及其不均匀沉降位移变化规律相似;上下盘内的衬砌结构之间具有明显的错断位移,下盘内衬砌结构的沉降量越小,上盘内衬砌结构的沉降量越大,均呈渐变趋势;上盘内衬砌结构应力、围岩土压力随地裂缝错动位移的增加而减小,下盘衬砌结构应力和围岩土压力随地裂缝错动位移的增加而增大,围岩土压力和衬砌结构应力的增量峰值均发生在地裂缝附近。模型试验研究研究结果对于分析地裂缝活动区间地铁隧道工程的运营及维护具有重要的理论与实际意义。     

同沉积断层研究综述

同沉积断层是沉积盆地最基本的地质构造形式,控制着盆地的空间展布、几何形态、沉积韵律以及油气储层的分布。结合国内外研究进展,本文从特征和分类、次生构造、研究方法、成因和演化理论等方面对同沉积断层的研究现状进行了总结和论述,认为同沉积断层的精细探测、定量评价和高精度模拟是今后研究的重点。基于一些构造地裂缝的发育特征和同沉积断层特点,提出了同沉积地裂缝的概念,并以西安地裂缝为例,阐述了同沉积地裂缝的特征,指出从同沉积作用出发研究地裂缝的发育模式、形成机制、破裂扩展效应以及影响带宽度是今后构造地裂缝研究的方向。     

高原季节性冻土区砂土液化探讨——以阿克陶MS6.7地震为例

2016年11月25日新疆阿克陶县木吉乡发生MS6.7地震,发震构造为公格尔山拉张系北端的木吉断裂,断裂总长度超过100 km,以右旋走滑为主兼有一定的拉张分量。文章在对震区进行了初步的地震地质灾害调查,总结砂土液化和地裂缝在高原季节性冻土地区的分布及发育特点的基础上,发现:1)在研究区Ⅰ维日麻村的砂土液化主要沿原有泉眼或沿地裂缝发育,沿泉眼形成的砂土液化其喷砂锥的覆盖面积达36.1 m2,占总液化面积的60%,研究区Ⅱ布拉克村的砂土液化则主要是沿草甸的根系喷出,在地表形成大面积的最新涌水结冻特征;2)对研究区Ⅱ布拉克村地裂缝的深度进行统计,反演出区域冻土层厚度,结合探槽揭露的地层剖面,推断冻土层发生大面积地裂缝是因为地震引起冻土层下部融土层发生砂土液化导致土层变形失稳,从而使冻土层发生形变产生一系列规律性的地裂缝。     

太行山北段岩溶裂隙水的富水性及其电性特征

为揭示太行山北段岩溶裂隙水富水性分布规律,采用电阻率、极化率、半衰时和偏离度分析不同含水层介质结构、不同含水岩组和不同地下水系统岩溶裂隙水与电性参数的关系,探讨研究区岩溶裂隙水富水性的影响因素及其电性响应特征。结果表明:含水层介质结构按照溶蚀孔洞型→断层型→褶皱型→岩体阻水型的排列顺序,半衰时值分布范围依次降低,而偏离度值分布范围依次升高;四种电性参数对奥陶系含水岩组、蓟县系含水岩组具有较强的分辨能力;极化率、半衰时和偏离度难以识别拒马河、界河－唐河以及瀑河－漕河三种岩溶裂隙地下水系统类型;奥陶系含水岩组的富水性优于蓟县系含水岩组;就含水层介质结构而言,溶蚀孔洞型富水性最佳,断层型和褶皱型次之,岩体阻水型富水性最差。      

基于年龄测试的黄庄—高丽营断裂活动性研究

黄庄—高丽营断裂是北京平原区一条重要的活动断裂,在庙城—高丽营段沿线发生地裂缝,造成大量房屋墙体开裂和道路破坏。在西王路村探槽揭示该断裂错断第四系地层,产生地表地裂缝。探糟断裂孢粉年龄测试,该断裂发生年龄大致在13～22ka,仍处于活动状态。     

陕西咸阳市某厂工程场地地裂缝初步研究

通过实际观察、探井揭露和电法、浅层地震勘探等物探手段对某厂工程场地发现的地裂缝的形态、平面和竖向的延伸和分布以及裂缝中的充填物等特征进行了较深入的研究，明确了地裂缝是地下断裂在地表的反映。根据区域构造及场区历史地震的活动特征，从地裂缝发育的细微特征入手，分析、推断地裂缝的成因和时代，确定该断裂属微弱全新世活动断裂。     

贵州大方县公鸡山地裂缝特征成因及防治

文章通过对贵州省大方县以公鸡山地裂隙实地调查，认为地裂隙的形成主要与公鸡山一带地下采煤有关。即采煤虚脱，沿先存构造断裂拉张而成。同时叙述了地裂缝特征及危害，并提出防灾减灾措施。