加载速率与断层倾角对断层矿震失稳影响的试验研究

研究断层黏滑过程力学特征及规律,对预测断层矿震的发生具有重要的理论意义和现实意义。试验以粗晶正长花岗岩为例,采用双轴加载的方式进行直剪摩擦滑动试验,研究了不同断层倾角黏滑失稳特征,分析了不同侧压下加载速率为0.5、1.0、5.0μm/s时对断层错动黏滑失稳的影响。研究结果表明：断层黏滑失稳时临界剪应力随着加载速率的增大是先减小再增大,而应力降随着加载速率的增大呈下降趋势,低速加载、高侧压时,断层发生黏滑所需的临界剪应力最大,断层发生黏滑时产生的应力降最大。侧压增大时,临界剪应力增大,平均应力降增大,平均黏滑周期增大。加载速率越低,平均应力降越大,同一侧压下平均黏滑周期越大,侧压变化对平均黏滑周期的影响越显著。黏滑周期与加载速度之间满足负对数线性关系,且不受侧压影响。断层倾角由56°变为45°时,在相同的侧压下临界剪应力增大,平均应力降减少,平均黏滑周期增大。断层倾角为34°试样达到峰值应力时,断层发生瞬间失稳现象,随着围压的增大,发生失稳时能量的释放也越大。大倾角断层易发生断层矿震,但释放能量小、震级低,而小倾角断层不易发生断层矿震,一旦发生失稳,释放的能量大震级高。开采速度对断层矿震...     

爆破振动对任意形状地下洞室的影响研究

根据应力波理论和复变函数方法,建立了求解爆破地震波作用下任意形状洞室动态响应的解析方法。即通过保角变换的方法,将物理平面上任意形状的洞室映射到像平面的单位圆,将问题转化为应力波与单位圆形洞室的相互作用问题。以爆破地震波与一半圆直墙拱形洞室相互作用为例,求解了不同频率的爆破地震波以不同方向作用于地下洞室时围岩的应力和振速分布,结合围岩的抗拉强度,求解了各种工况下围岩的临界破坏振速。     

ADINA在矿震对建筑影响分析中的应用

文章介绍了矿震相关知识与结构地震响应分析理论。根据抚顺老虎台矿1995~2003年的矿震监测数据,针对矿区附近一栋七层砖混结构住宅进行了矿震响应分析。应用ADINA软件模拟了矿震对建筑结构的作用,将分析结果以剪力图、弯矩图及结点位移时间函数形式显示在图中。结果表明,在近些年频繁的矿震作用下,抚顺地区矿震对砖混结构影响较大,未来几年内结构的累积损伤有加大趋势,应及时进行加固以免造成较大的损失。该研究方法可用来模拟矿震对建筑结构的作用,对今后预测矿震对建筑结构的影响程度研究具有一定的参考价值。     

抚顺煤田极值矿震影响范围预测

矿山地震是矿山开采诱发的一种地震活动,为矿山开采的伴生动力地质现象之一。抚顺煤田矿震事件频繁发生,1968年12月开始对矿震作监测记录,截止2002年12月31日,共记录到ML>0级的矿震81522次。其中ML>3.0级64次,最大震级为ML3.7级。研究预测,抚顺煤田矿震的最大震级可能达到ML3.9~4.2级。当发生ML4.2级极值矿震时,极震区的烈度将超过Ⅶ度。文章依据以往矿震调查资料及地震烈度衰减理论,推导出抚顺煤田矿震烈度衰减模型,用该模型预测了极值矿震事件发生时的影响范围。有望为矿山及矿山城市减灾防灾决策提供参考。     

平面P波入射下浅埋平行双洞隧道注浆加固减震机制

地震动作用下小净距隧道双洞之间存在动力放大效应,依托某强震区小净距盾构隧道工程,基于傅里叶贝塞尔级数展开法,给出了平面P波垂直入射下地下半空间弹性介质中圆形双洞复合式衬砌洞室动应力解析解,深入研究了洞室间距、隧道全环注浆加固参数对衬砌动应力集中的影响。研究表明：洞室间距对衬砌的动应力有显著影响,随着洞室之间距离减小,左右洞室衬砌动应力明显放大;2.5倍洞径可以作为双洞洞室动力临界净距,当洞室间距小于2.5倍洞径时,应进行抗减震设计;注浆全环加固隧道周边土体,可以明显降低衬砌动应力,随着注浆加固区土体刚度增加,衬砌动应力幅值减小;结合工程实际,建议注浆加固区厚度取0.5倍的洞室半径值,加固区岩体和围岩剪切波速度之比取1.2。     

非圆形地下洞室地层特征曲线近似构建法

弹塑性地层特征曲线完整地描述了围岩对开挖的响应特征,是地下洞室稳定性分析及支护设计的关键,但目前仅圆形洞室具有完整的地层特征曲线解析形式,非圆形洞室需要通过复杂的数值方法拟合。为提高非圆形洞室计算效率,拓展解析法的适用范围,文中基于等代圆理论探讨了非圆形洞室近似解析地层特征曲线的构建方法。首先,利用数值分析,得到地下工程中常见非圆形断面在不同跨高比条件下,洞室周边围岩压力与变形的关系,建立基于数值分析结果的地层特征曲线;然后,基于和数值分析相同的初始条件,建立各种等代圆方法对应的近似地层特征曲线;最后,通过对比及相关影响因素分析,揭示不同工况下各种等代圆方法的适用性,为构建非圆形断面地下洞室地层特征曲线的最佳近似解析形式提供了一条简便有效的途径。     

地下洞室开挖过程围岩应变能调整力学机制

深埋洞室岩体开挖过程中,围岩应变能的聚集和释放是洞室发生灾变破坏的重要诱因。针对圆形洞室开挖,分析和比较初始地应力准静态和动态两种不同卸载方式下围岩应变能的调整过程,基于能量角度判定了围岩损伤范围。研究表明：伴随地下洞室的开挖,岩体能量靠径向应力做功的方式在围岩中由远及近传递,并导致近区围岩应变能聚集;初始地应力动态卸载诱发围岩应变能先减小后增大,先对靠近开挖面的相邻岩体通过径向应力做功的方式释放自身的应变能,随着卸载应力波的继续向前传播,远离开挖面的相邻岩体又通过径向应力对其做功的方式促使其应变能聚集;相比初始地应力准静态卸载,动态卸载条件下高应变能聚集程度导致围岩损伤破坏范围更大。     

基于双岩模式的抚顺煤田矿震成因机理探讨

矿震是由采矿活动所引起的,产生于某些特定岩体,一定深度受高应力影响的微震.抚顺是我国著名的"煤都",但由于开采深度的加大,产生的矿震对城市的影响日益严重,并产生了强烈的破坏作用,影响了城区的发展和人们的正常生活.本文在介绍抚顺矿震特征类型基础上,提出了产生矿震的可能潜在条件,借用双岩模式对抚顺煤田矿震成因机理进行了探讨,并借鉴日本Miike煤矿认为矿震可能主要产生于1140 m以上,煤层中的巷道表面高应力集中地带为矿震发生的主要区域.     

深井开采地质灾害及矿山地震研究

矿山地震，又称为“矿震”，是深井开采中的地质灾害。它具有震源浅，震级小，烈度大，破坏性强等特点。文章基于地球动力区划的理论和方法，以北票台吉矿的实际研究资料为例，对地质动力引起的矿山灾害及矿震的发生规律进行了研究。认为“矿震”的发生是受区域构造应力场的影响，与地下采矿活动密切相关的一种地质动力突变现象，一般发生在地质构造比较复杂、断裂新活动比较显著的地区。文中还讨论了矿山地质动力的作用特征、井下活动断裂的变形与错动规律和对岩层与地表移动的影响。研究了“矿震”的震源机制、断裂错动及其与构造应力场和区域地方震之间的关系。     

双圆形洞室群开挖过程围岩应力场变化分析

洞室群稳定性是水利水电、铁路公路、国防工事、能源开发与储备工程等领域的研究热点问题。结合新疆某水电站洞室群工程,利用3D-Sigma软件建立了5个洞室群模型(每个模型均含有两个圆形洞室),模拟了洞室开挖过程中围岩应力场变化状况,通过在拱顶、拱底、左右拱脚等区域设立应力监测点,详细分析了前期洞室开挖过程中围岩应力场的变化、后期洞室开挖对前期洞室围岩应力场影响以及随两洞室间距增大应力场的变化规律,得出了洞室群开挖过程中的应力集中分布特征。研究成果对深部洞室群稳定性控制具有一定的参考价值。     

降雨矿震叠加作用下抚顺西露天矿边坡稳定性分析

夏季抚顺降雨频发且持续时间长,若遇上矿震,边坡极易失稳破坏。为分析雨季矿震作用对抚顺西露天矿的影响,采用极限平衡法整合渗流场,分析边坡稳定性。结果表明:相同雨强,持续时间越长,孔隙水压力等值线越密集,等值线闭合区域越多,边坡的安全系数越低;相同持时,雨强越大,孔隙水压力等值线图变化越快;降雨量相同,雨强越小雨水入渗影响的范围越大;加入水平矿震荷载系数后,随着矿震烈度增加,边坡安全系数降低。边坡降雨存在一个降雨临界值,降雨量未到达临界值时,边坡的安全系数下降缓慢,当到达临界值后,安全系数迅速下降。降雨和矿震对边坡安全影响极大,应当提前对边坡进行加固。     

圆形硐室岩爆的折迭突变模型

均匀围压下圆形硐室岩爆是传统意义上的软化区内岩环经过塑性变形局部化阶段完成的。当处于极限状态的塑性变形集中区承载能力下降时, 岩环中相对完好部分以弹性方式卸载,当后者释放的弹性能超过前者塑性变形所耗散的能量时便发生岩爆。简捷地通过等效应力 和等效应变 关系建立突变模型对硐室岩爆进行了分析, 将状态变量 用软化区半径 来表示。分析表明: 岩爆发生条件与硐室岩体的升降模量比 和岩体裂隙发育程度 的乘积有关; 对于特定冲击倾性的岩体,存在对应的临界软化区深度 , 即软化区深度达到 时便发生岩爆;还给出硐室岩爆释放地震能等计算式,岩爆释放的地震能量级则与硐室软化区深入程度有关。     

地震荷载作用下土钉支护边坡稳定性拟静力分析

在极限平衡分析框架内,使用滑动面搜索新方法和圆弧滑动面方法对地震作用下的土钉支护边坡进行稳定性分析。考虑地震作用时,采用拟静力分析方法,并根据不同的条分模式,推导出水平地震动态分布系数的计算公式。针对地震效应下圆弧滑动面竖直条分法的不足,采用水平和竖直条分法相结合的改进方式。通过算例对比分析,并研究土钉支护间距与不同地震烈度条件下土钉长度的变化对边坡静力和动力稳定性的影响,结果表明,滑动面搜索新方法计算得的最小安全系数与圆弧滑动面方法的计算结果颇为接近,且比以往研究成果要小,可说明滑动面搜索新方法的可行性;在土钉支护边坡的静力和动力稳定性分析中,滑动面搜索新方法计算得的临界滑动面与临界圆弧滑动面接近,但表现出非圆弧特性;在一定程度上可减小土钉支护间距和增大土钉长度,可有效地改善土钉支护边坡在地震作用下的稳定性。     

Variability of impact of earthquake on debris-flow triggering conditions: case study of Chen-Yu-Lan watershed,Taiwan

This study investigates the variations in the critical conditions for debris-flow occurrence before and after the Chi-Chi earthquake in the Chen-Yu-Lan watershed, Taiwan. Topographical and rainfall parameters such as the gully gradient, drainage area, rainfall intensity, cumulative rainfall, and rainfall duration in the Chen-Yu-Lan watershed were used to analyze the conditions of debris-flow occurrence over the past 25 years. A recovery equation was proposed on the basis of rainfall parameters and used to determine the variations in the critical line of rainfall that trigger debris flow after the earthquake and to evaluate the recovery period required for the rainfall threshold of debris-flow occurrence after the earthquake to return to that before the earthquake in the watershed. The critical line for the runoff parameter versus gully gradient in the watershed was also presented.     

模糊神经网络在矿震预测中的应用

矿震同天然地震一样会给矿山生产及人身安全等带来重大灾难。也是目前尚不能准确预测的矿山灾害现象之一。根据现有的研究成果可知，矿震是一个多输入、多干扰、单输出的复杂系统。由于干扰项的存在，使利用建模、神经网络等手段对系统进行预测时会导致很大误差。模糊神经网络系统在建立对象输入、输出关系时与传统数学方法不同。即可以建立在无模型基础上，并利用其较强的学习训练特性，自动获取对象的输入、输出关系表达；可以将专家的评价语言作为系统的干扰项引入。这在一定程度上缓解了人为因素对预测结果的影响，且平滑了观测数据的随机性。文章利用改进的模糊神经网络及抚顺老虎台矿的矿震资料，对矿震最大震级的预测方法进行了探索。‘初步探讨了改进的模糊神经网络在矿震预测中的应用。得出在运用模糊神经网络进行预测时，为减小预测误差，应综合多种因素并提高专家评判语言的精确度的结论。指出在建立矿震系统预测模型时，利用干扰项将人为因素引入系统是必需的。通过实际应用证明其可行性。     

四川眉山开采芒硝矿地下水的疏干与防治

眉山市芒硝矿以含钙量高、矿物晶体较大、埋藏浅、规模大为特点,目前采用洞室水溶法开采。钙芒硝生产过程中主要环境地质问题是地下水疏干。这给矿山及附近居民的生产、生活带来较大的影响。通过对其形成机制的分析,可采取工程措施进行治理。     

地质灾害中的应变局部化现象

首先介绍应变局部化现象及其研究进展，然后介绍地质灾害中常见的应变局部化现象，即边坡失效、圆形洞室失效、地震中的局部化现象和流固耦合应变局部化现象。采用材料的分叉分析方法和变形局部化的数值模拟研究，可望对地质灾害的机理分析、预测和控制提供新的思路。     

Increasing critical sensitivity of the Load/Unload Response Ratio before large earthquakes with identified stress accumulation pattern

The Load/Unload Response Ratio (LURR) method is proposed for short-to-intermediate-term earthquake prediction [Yin, X.C., Chen, X.Z., Song, Z.P., Yin, C., 1995. A New Approach to Earthquake Prediction — The Load/Unload Response Ratio (LURR) Theory, Pure Appl. Geophys., 145, 701–715]. This method is based on measuring the ratio between Benioff strains released during the time periods of loading and unloading, corresponding to the Coulomb Failure Stress change induced by Earth tides on optimally oriented faults. According to the method, the LURR time series usually climb to an anomalously high peak prior to occurrence of a large earthquake. Previous studies have indicated that the size of critical seismogenic region selected for LURR measurements has great influence on the evaluation of LURR. In this study, we replace the circular region usually adopted in LURR practice with an area within which the tectonic stress change would mostly affect the Coulomb stress on a potential seismogenic fault of a future event. The Coulomb stress change before a hypothetical earthquake is calculated based on a simple back-slip dislocation model of the event. This new algorithm, by combining the LURR method with our choice of identified area with increased Coulomb stress, is devised to improve the sensitivity of LURR to measure criticality of stress accumulation before a large earthquake. Retrospective tests of this algorithm on four large earthquakes occurred in California over the last two decades show remarkable enhancement of the LURR precursory anomalies. For some strong events of lesser magnitudes occurred in the same neighborhoods and during the same time periods, significant anomalies are found if circular areas are used, and are not found if increased Coulomb stress areas are used for LURR data selection. The unique feature of this algorithm may provide stronger constraints on forecasts of the size and location of future large events.     

An eyewitness account of the Bhuj earthquake

The occurrence of a severe earthquake is a rare event with its effect localized in a limited region. There are no prior indications of its occurrence too; hence experiencing such an event is just a matter of chance, which the author had by virtue of his posting at Bhuj. This paper presents a detailed account of observations made in the wake of the Bhuj earthquake of January 26th 2001, describing physical and mental reactions during the earthquake, the post-quake scenario, the nature and cause of damage to buildings, the trend of aftershocks, various deformities, including ruptures and fissures on the surface of the earth, etc. which may be useful for a detailed study of the seismological activity in the region.     

The Influences of Destruction Effects of Earthquake Faults on the Dynamic Stability of Highway Slopes

In highway projects, the common destruction effects of earthquake faults include the sand seismic liquefaction, the instability and failure of slopes. Thereinto, the dynamic instability of slopes induced by earthquake faults is most commonly seen. In order to research the influences of the destruction effects of earthquake faults on the dynamic stability of highway slopes, the distribution of previous earthquakes happening in the research area is qualitatively analyzed to establish the earthquake fault model and explore the kinematic characteristics. On this basis, representative slopes–cutting slopes in seismic damage areas are selected to calculate their earthquake response using the ABAQUS finite element program. The displacement field and acceleration output from the program are used to analyze the variation in the displacement of slope top and calculate the distribution coefficient of acceleration. Then, the stress fields output by the dynamic finite element analysis (FEA) are substituted in the genetic algorithm programmed by MATLAB to obtain the time history curves of safety factor of slopes and intelligently search the critical slip surfaces. By doing so, the changing rule of safety factor with seismic acceleration is obtained, together with the range of the safety factor of the envelope diagram of critical slip surfaces.