三峡水库应力场对水田坝断裂影响的数学－力学模型研究

水库蓄水后，在一定空间范围内形成了应力场、应变场和渗流场。我们建立了一个数学一力学模型，以描述水压应力场的特征。通过运用弹塑性岩土体非线性应力一应变和稳定性静力分析ＮＯＬＭ８３二维有限元程序发现，水库水压应力场的最大主应力从水库中心向两侧、从水库表面向深部逐渐降低。在此基础上，研究了在未来三峡水库水压应力场影响下，水田坝断裂的应力、应变和影响范围。研究表明，平面影响范围为该断裂两侧５～—６ｋｍ。由于岩体的浮托作用，地表面的累积位移量少于１０ｍｍ，并向下逐渐减小。因此，水田坝断裂完全能够承受三峡水库蓄水后产生的水压应力，不会出现中－强度水库诱发地震，不会影响三峡工程的安全。     

从断裂构造形迹分析汶川地震构造应力场特征

通过对四川汶川地震野外断裂构造形迹的实地考察的部分资料,结合汶川地震震源机制解等,分析了该区域构造应力场特征,对研究该区域地震活动有一定的指导意义.     

断裂构造控矿的数学和力学分析：以山东新城——河西金矿区为例

以山东新城－河西金矿区为例,通过新城、河西和候西矿床容矿断裂的形态、断裂活动、构造因素、构造应力场和变形场的数学、力学半定量及定量分析,探计断裂构造控矿规律以及成矿的力学机理。提出了金矿成矿受主断裂面形态、次级小断裂、节理的发育强度,断裂构造的力学特征、变形强度等控制。矿体多位于波状起伏的主断裂面凸峰的下盘、凹谷的上盘。矿化强度与次级断裂、节理的发育强度正相关。断裂构造带和次级构造裂隙带是内应力低     

丽江地震区应力场研究

通过现场调查工作,研究了丽江地区主要活动断裂的特征及现代活动性,分析了该地区构造应力场演化历史及现今构造应力场特征,探讨了丽江地震产生的机制,然后用离散元方法对该地区现今应力场进行了二维模拟,并进而深化了对丽江地震区应力场的认识。丽江地区处于川滇菱形断块的西南部,巨甸-九子海断块二级断块中的玉龙雪山-九子海三级断块上,该断块介于近南北向的楚波-白汉场断裂、北东走向丽江-小金河断裂和北西向中甸-永胜断裂之间,平面上成一顶角向东的三角形。在近南北向现今应力场的作用下,北东向的丽江-小金河断裂左旋走滑,北西向的中甸一永胜断裂右旋走滑,使两者所夹持的巨甸-九子海断块的主体部分发生向西的位移,在两者的复合部位,即断块的尖端附近,形成了局部的近东西向的拉张应力环境,从而使处于该部位的南北向玉龙雪山东麓断裂于1996年2月3日因发生了正断错动而导致了7．0级地震的发生。该地震后第三天,在其震中的正南方又发生了一次6．0级余震,其地震破裂是由北向南的一种撕裂,进而说明,本次地震的发生是由于玉龙雪山东麓断裂与中甸一永胜断裂复合部位拉张应力的强烈集中造成的。     

玉树地震震前甘孜—玉树断裂局部应力场时空偏转特征的离散元模拟研究

区域地质构造活动会改变地壳的应力状态, 构造地震是区域地质构造活动的极端方式, 了解震前发震断裂局部应力场的变化规律对断裂活动性的表征具有重要意义。为此, 利用颗粒离散元软件PFC2D, 以玉树地震台站YRY-4钻孔应变仪的监测数据为依据, 模拟2010年4月14日玉树MS 7.1级地震发震断裂, 甘孜—玉树走滑断裂, 震前局部应力场最大主应力方向的时空偏转特征。研究表明, 震前玉树台站位置的模拟最大水平主应力SH方向出现逆时针偏转, 在积累了一定应变能后偏转逐步恢复, 模拟局部应力方向的变化趋势与现场实际观测结果基本一致。断裂处不同位置SH变化规律不同, 距离断裂构造越近, 局部应力受到的扰动越明显; 位于拉应力集中区的SHT和压应力集中区的SHP同时向两者所在区域的分界方向旋转, 且偏转角随时步的增加逐步增大; 不同区域的应力积累程度不同, 且随着加载时间的推移而增强, 并在不同时刻发生破裂, 具有明显的时空异步效应。     

湘潭九华奔驰路剖面第四纪小断裂及其构造应力场研究

湘潭市九华开发区奔驰路北侧有1条长约130 m的EW向人工开挖倾斜剖面,剖面下部为白垩纪戴家坪组紫红色细砾岩,上部为第四纪白沙井组砾石层和网纹红土.通过对该剖面进行详细的野外地质调查,发现剖面发育24条第四纪小断裂.这些断裂产状陡立,断面倾角一般为70°~88°;根据走向和性质可分为NW向左行平移断裂、NE向右行平移断裂、EW向左行平移断裂和NNE向正断裂等4组.根据交切关系,这些断裂可分为3期:第一期为NNE向正断裂,第二期为NW向左行平移与NE向右行平移断裂,第三期为EW向左行平移断裂.根据切割地层时代并结合区域地质背景,认为第一期NNE向正断裂大体形成于中更新世中期,构造环境为区域伸展,可能与第四纪洞庭盆地及周缘伸展断陷有关;第二期NW向左行平移断裂和NE向右行平移断裂形成于区域EW向主压应力场,形成时代为中更新世—晚更新世,可能与青藏块体向东挤压产生的应力远程传导有关;第三期EW向左行平移断裂形成于区域NE向主压应力场,形成时代为晚更新世—全新世,可能与印度—澳大利亚板块向NE的挤压有关.奔驰路小断裂研究揭示了区域第四纪构造变形特征、构造体制及动力机制的复杂性.     

巢湖北部耙子山-马家山区域断裂构造演化特征研究

巢湖北部的耙子山-马家山区域,由于不同时期不同性质的构造相互叠加,呈现出相对复杂的地质构造现象。研究认为：该区主要经历了印支、燕山两期构造运动,多期次构造运动相互干扰、相互叠加,从而形成了复杂多变的断裂构造演化特征。     

元谋‒昔格达断裂及其附近上新世以来的构造应力场特征及地貌响应

基于传统的古构造应力场重建方法,依据元谋?昔格达断裂及其附近的构造形迹,恢复了区域构造应力场.结果表明,研究区自上新世以来,主要受早期(中更新世之前)的NNE-SSW向和晚期(中更新世以来)的NNW-NWW向水平主压应力作用;而江边?下雷弄、化同?秧田井、一平浪?罗川一带的元谋?昔格达断裂晚第四纪倾滑特征与相应段落处的...     

岩爆的动力断裂判据－D判据

本文应用脆性断裂力学中的自持续断裂概念和能量原理,建立了地下洞室岩爆的脆性断裂判据－Ｄ判据。分析和具体列出了静水应力场中园形洞室的岩爆判据表达式,并将其应用于锦屏水电站引水隧洞的岩爆分析中。     

稠油油藏热-流体-力学耦合模型研究及应用

在稠油油藏开发中,由于原油黏度高一般采用注蒸汽开采。基于连续介质力学理论,考虑了热对流的影响,建立了蒸汽注入条件下对地层压力、变形和有效应力定量评价的改进的热-流体-力学耦合数学模型;应用全隐式顺序Galerkin有限元数值解方案对注蒸汽井热-流体-力学耦合过程进行了数值模拟。计算结果表明,由于地层流体高温膨胀引起的高压力,会导致位移、变形,甚至地层结构破裂;温度对地层破裂形态的影响显著。研究表明,这个改进模型比传统模型更加准确、实用,可以用于蒸汽注入速率优化和油藏、地质、热-流动力反应、地应力水平等综合作用效应研究。     

地震滑坡危险性概念和基于力学模型的评估方法探讨

在我国大陆地区运用基于力学模型的Newmark位移分析方法开展地震滑坡危险性定量评估,尚处在起步阶段.为了进一步明确地震滑坡危险性概念和改进推广基于力学模型的评估方法,首先阐明了狭义的地震滑坡危险性预测评估与震后反演评估的关系; 同时为了应对地震应急、震后重建及潜在地震条件下的不同评估需求,初步提出了广义的地震滑坡危险性评估框架.随后申述了基于Newmark位移分析的地震滑坡危险性评估方法的理论基础、方法分类及最新进展,并以汶川地震滑坡危险性快速评估为例,剖析了目前影响评估有效性的不确定性及空间数据质量等问题,指出了基于力学模型的地震滑坡危险性评估方法的改进方向.建议开展潜在地震及其诱发滑坡危险性的耦合评估,建立适用于我国大陆地区地震滑坡位移分析的经验模型,以便为国家层面的地震滑坡危险性区划服务.     

甘肃及邻近地区构造应力场特征研究及有关问题的讨论

通过大量的实际资料，研究了甘肃及邻近地区的新构造应力场和现代构造应力场。并根据研究结果，对新构造应力场和现代构造应力场之间的继承性、随时间推移而发生的变化以及动力来源和构造应力场作用下活动断裂与地震的关系等问题进行了讨论。     

河间构造地裂缝应力场二维剖面模型研究

华北平原是我国地裂缝发育较为密集的地区,河北沧州河间地裂缝具有典型构造影响特征。为分析沧州河间地裂缝发育特征、成因机制,通过求解平面应力问题的有限单元方法反演了沧州河间区域构造应力场,确定了最大主应力场和最大剪应力集中区,从而探索分析构造地裂缝的潜在危险区,建立了地裂缝二维剖面模型,计算分析河间地区区域构造应力场及区域应力集中区与地裂缝的对应关系。研究了二维状态下区域构造应力场的总体特征和规律以及活动断裂对地裂缝的成生、扩展和发育分布的控制关系。分析认为,河间地区地裂缝是由下伏基底延展变形及随之产生的断裂活动提供内动力使应力集中区域发育,具有构造型地裂缝的典型发育特征,是河间地裂缝形成及发展的主要因素。     

基于混合物理论的水力-化学-力学污染物输运模型研究

由于废弃物的堆积以及填埋场上覆盖层的重量,衬垫因此承受一定的压力,发生力学固结;由于黏土本身的结构特性,当污染物通过黏土垫层时可能会发生化学固结,而固结作用可直接对污染物的对流输运产生影响,也会引起土层体积和结构的变化,从而改变其固有的输运性质。从混合物理论出发,建立了水力-化学-力学作用下的溶质输运理论框架,统一地描述了水力-化学-力学作用下变形、水的吸附或解吸附、对流和扩散现象。将输运系数考虑为有效孔隙率的函数,由此反映固结对输运参数的影响。对所建立的数学模型进行无量纲化处理,并使用有限元软件COMSOL Multiphysics进行求解,最后进行了参数分析。研究结果表明,垫层土体中吸附水和自由水之间的化学势差异越大,层间吸附水的解吸附量越大;当土体的软硬性质不同时,当层间吸附水解吸附后,土体固结程度不同,从而对污染物输运过程的影响不同。而当垫层上覆荷载增大时,土体宏观孔隙的扩张的限制作用增强,从而对土体产生一种修复作用,抑制污染物在土体中的输运。     

砂岩断裂及其亚临界断裂的力学行为和细观机制

通过三点弯曲的SEM试验,详细研究了砂岩断裂的力学特征和细观机制。结果表明：砂岩断裂是一个复杂的过程,它不但与砂岩的物理成分、微缺陷等有关,还与砂岩中碎屑颗粒的分布密切相关,存在明显的亚临界断裂。亚临界断裂裂纹和断裂主裂纹形态相似。亚临界断裂裂纹较多的样品呈现延性断裂破坏的特征,而亚临界断裂裂纹较少的样品则呈现脆性断裂破坏的现象。     

基于神经网络理论的三峡水库诱发地震预测研究

在地震地质背景研究的基础上,运用神经网络理论中改进的BP算法对三峡水库诱发地震强度进行了预测研究.预测结果表明,秭归盆地高桥断裂近库段有可能诱发Ms＞6.0级的地震,可能诱发4.5＜Ms＜6.0级地震的库段有庙河口-九湾溪、九湾溪-路口子断层沿线、瞿塘峡北岸库段、大宁河西岸近库段;仙女山断层沿线、高桥断裂灰岩区远库段、巴东以南灰岩区库段等;可能诱发3.0＜Ms＜4.5级地震的库段有巴东-官渡口砂页岩区、巴东以南灰岩区库段,其它库段均为Ms＜3.0级.     

断裂构造三维模型研究评述

从构造地质学的野外观测、构造物理学的实验模拟和数学模拟等三方面概述了因内外断裂构造三维模型研究的现状和进展,评述了模型研究的主要方法,建立了进行该项研究工作的一般流程,并对该领域内的主要问题和解决途径作了探讨。     

边坡桩-土相互作用的土拱力学模型与桩间距问题

桩-土相互作用机制是边坡抗滑桩设计需要考虑的重要因素之一。基于抗滑桩在侧向荷载作用下的受力条件,通过土力学和弹性力学的基本理论,导出了桩-土作用下桩后土体任意点的应力解析解,建立了土拱的力学模型;获得了土拱应力的等值线分布,得出了双曲拱、扩肩拱、马鞍拱和圆弧拱4种土拱形态,分析了不同桩间距、桩宽、桩后距离及土体力学特性对土拱效应的影响及其变化规律,阐明了土拱的作用机制。以拱体内土体破坏时的极限平衡状态为依据,基于Mohr-Coulomb抗剪强度理论建立了最大桩间距控制方程,并给出了具体的工程实例,对桩-土相互作用机制和抗滑桩设计理论研究具有一定的参考价值。     

填埋气体运移渗流场-应力场耦合模型及数值仿真

基于流固耦合机制和多孔介质流体动力学理论,根据Landgem产气方程、气体状态方程,结合达西定律、有效应力原理,建立了渗流场-应力场耦合填埋气体运移模型。利用伽辽金方法对模型进行了离散,通过有限元方法对耦合作用下填埋气体压力分布规律进行了数值仿真分析,同时对垃圾填埋变形介质参数以及垃圾降解系数对填埋气体产气量影响进行了定量评价,表明耦合作用下抽气时孔隙结构发生改变,阻滞气体的运移,导致耦合作用较未考虑耦合作用的气体压力低。垃圾填埋气体的产气量小,对变形介质参数和降解系数的定量评价结果表明,垃圾填埋气体的产气量随着渗透系数和降解系数的增大而增加,因此耦合作用不能忽略。这不仅为准确控制气体的挥发与扩散以及气体资源的再利用提供可靠的理论依据,而且对于生态环境的保护和垃圾资源化利用具有重要的理论意义和实际应用价值。     

U型地源热泵系统热-流-力学耦合模型研究

地下水源热泵井（ground source heat pump,简称GSHP）是一种新型的浅层能源利用技术。基于能量守恒方程和质量守恒方程,建立单井热泵系统的热传递方程、渗流方程、连续性方程以及THM（thermo-hydro-mechanical）耦合本构方程。通过COMSOL软件,对单井系统周围区域进行流动模拟,得到井体的整体热位移变形图和破坏准则图。研究结果表明,(1) 水压力梯度随着井体半径的增加而变大,最终趋于一个稳定的值;(2) 热传递模型的理论计算结果和工程现场的实测值具有较好的吻合性,证明该模型的合理性和有效性。