断层错动对隧道的影响分析

隧道通过潜在地震地区时.存在活动断层的错动形成的重大工程地质问题的威胁.基于断裂儿何学和震源的运动学特征,以广州地区活动断裂为研究背景,通过在断层左右盘施加一定的速度荷载,模拟了断层错动达到0.28 m时对隧道的影响.得出隧道结构在断层错动影响下的位移和应力的变化规律.分别建立隧道结构距离断层50 m、100 m、150 m三个模型,比较了三种情况下的位移和应力状况.归纳出隧道与断层之间的安全距离.     

逆断层错动对隧道工程影响的数值模拟

由于断层错动导致的围岩永久变形会对隧道结构产生危害,为研究隧道在逆断层错动下的变形与受力特征,本文以成兰铁路穿越北川—映秀断裂的跃龙门隧道工程为研究对象,利用Abaqus软件建立穿越逆断层隧道结构的数值模型,选择参数和设定边界条件,模拟分析在逆断层错动作用下隧道衬砌结构的受力与变形情况.结果表明:逆断层错动引起隧道衬砌...     

断层错动下盾构隧道抗震措施研究

采用混凝土塑性损伤本构模拟盾构管片,建立三维有限元壳-弹簧模型,开展了在45°断层错动下盾构隧道结构响应的静力弹塑性分析。研究表明,在正断层和逆断层错动下,衬砌受压损伤最大值均分布在拱顶处,衬砌受拉损伤最大值均分布在拱腰处;正断层错动下,环间螺栓易发生受拉破坏;逆断层错动下,混凝土管片易发生拉压损伤破坏。替换断层附近土体为软土的同时提高螺栓强度等级,可有效抵御较大的断层错动位移。研究对断层错动下盾构隧道的抗震措施具有一定参考价值。     

山岭隧道断层错动及地震响应模型试验研究

东非大裂谷处于持续扩张运动中,断层错动和地震作用活跃.对此依托内马铁路2号隧道工程,设计断层错动和地震作用下山岭隧道振动台试验.综合确定长度相似比0.05、密度相似比0.8、弹性模量相似比0.03,设计了一种新型的断层错动装置和隧道震动裂缝声发射监测方法.试验结果表明:断层错动装置较好的模拟了岩层错动,声发射监测技术较...     

断层错动引起的上覆土体破裂演化规律研究

断层引起的地面永久大变形是工程特别是生命线工程地震破坏的重要原因之一, 而研究断层错动下上覆土体变形和破裂的发展演化规律, 则是预测地面永久变形状态和分析断层危害性的基础． 本文采用有限元方法对垂直断层错动引起的上覆土体破裂演化规律进行了研究, 建立了垂直断层作用下上覆土体模拟的有限元模型, 对断层错动作用下上覆土体的破裂发展过程进行了模拟分析, 并分析了加载速率、 土体特性及断层倾角等参数对上覆土体的破裂演化发展过程的影响． 结果表明: ① 断层倾角越陡, 地表出现破裂时需要增加的垂直位移越大; ② 由于惯性力的影响, 断层加载速率对地表破裂所需施加位移和土层破裂角产生一定的影响; ③ 断层类型对土层地表破裂角与膨胀角、 摩擦角之间的关系有很大影响． 该分析结果可为新建工程的抗震设计和已建工程结构的抗震加固等工作提供依据．     

断层水平错动下河流演变过程的数值模拟研究

在活动构造区, 河流地貌对构造活动具有明显的响应, 地貌形态和水系形态能够很好地记录构造活动信息。 基于地貌演化理论, 考虑断层的左旋错动作用及降雨等因素, 利用数值模拟方法, 定量研究河流形态在断层水平错动及流水侵蚀内外力作用下的动力学演变过程。 初步的计算结果显示了河流形态与断层走滑运动的耦合效应。 断层发生水平左旋滑动促使该处河道两侧的陡坎发生相对错动, 形成弯转水系, 伴随河流的侧向侵蚀作用, 河道上下游连续被拓宽, 河道下游右侧堆积了较厚的沉积物, 而河道上游左侧由于受到较强流水侵蚀作用很难堆积沉积物。 分别对河道上游和河道下游的横剖面形态进行对比分析, 表明由于断层水平错动效应, 使得河道下游两侧呈现不对称特征, 而河道上游依然保持着明显对称性。 同时, 河道剖面形态对断层水平错动作用有积极的响应, 由于断层持续左旋走滑运动, 断层处剖面的高程突然增加, 坡度也随之突然变陡。 数值模拟结果与实际地质考察结果有着很好的一致性, 证明了理论和数值模型的可靠性。     

断层对地下水渗流场特征影响的数值模拟

断层的存在影响着地下流场的运移和分布。 该文建立了一个理想地区的地下含水系统模型, 应用Modflow软件, 考虑断层倾向、 走向、 渗透系数等因素的影响, 采用数值模拟方法研究并探讨了断层对模拟区渗流场水头分布的影响特征。 研究结果表明: ① 倾向不同的断层, 以垂直断层对流场水头值的影响最为显著; ② 不同走向断层对流场的影响, 主要受断层走向与流线夹角的控制, 夹角越大, 对流场的影响越显著; ③ 断层的导水性质对模拟区流场水头值分布的影响较大, 断层表现为导水或阻水性质, 主要取决于断层渗透率与周围介质渗透率的关系; ④ 断层附近的流场梯度变化较大, 距离断层越近, 流场受断层的影响就越明显, 随着离断层距离的增大, 影响效应逐步减弱。 这项研究结果有助于深入认识断层对地下流体动态的影响, 以及对地震前兆特征的解释。     

第四纪地层中断层同震错动行为的离心机试验研究

运用试验地球物理学的原理和方法来研究认识当地震发生时在第四纪地层中断层同震错动行为的有关特征,为减轻地震灾害相关问题进行基础研究.原创了在试验模型中预制断层的方法来模拟第四纪地层中存在的断层,用离心机模拟试验研究第四纪地层中不同活动年代、不同上断点深度断层的同震错动行为,特别是地表破坏(地表形变和破裂)特征,取得了新的明确认识,给出了不同场地条件下建设工程应对地震地表破裂造成直接破坏的避让距离.因此这项工作不但有着基础科研意义,而且具有对工程建设防震减灾的实际应用意义.     

雁列断层应力场影响因素数值模拟分析

利用有限元法,建立具有黏弹性力学参数的断层接触对,采用对比分析的方法,通过改变雁列断层的几何间距和黏滞系数,分析影响雁列断层构造应力场的因素和分布状态,模拟出雁列断层在失稳过程中,地震所产生的应力降和应力应变等以及第一、第二、第三主应力与断层之间的角度关系等。     

地震动和断层错动联合作用下隧道纵向响应解析解

隧道穿越地震活动断层带时可能遭受严重破坏,以内马铁路一期三标段工程为依托,对地震动和断层错动联合作用下隧道结构纵向响应进行研究。针对穿越断层破碎带的隧道结构,基于地下结构抗震拟静力法,将其简化为弹性地基梁,并将地震动和断层错动位移简化为作用在隧道上的静荷载,建立地震动和断层错动联合作用下隧道纵向响应理论模型并进行求解,利用有限元数值模拟方法验证解析解的正确性。通过解析解进行参数敏感性分析,揭示断层错动位移、两侧围岩地基系数与断层破碎带地基系数比及围岩与隧道结构刚度比对隧道结构纵向响应的影响规律。研究结果表明,断层错动位移增加使隧道结构截面弯矩、剪力峰值接近线性增加,隧道内力沿隧道纵向分布的影响范围不变,且断层破碎带界面出现了截面剪力突变;两侧围岩地基系数与断层破碎带地基系数比对隧道结构截面剪力的影响较大,在地震动和断层错动联合作用下隧道结构剪力在断层破碎带界面急剧减小;随着围岩与隧道结构刚度比的减小,地震动引起的隧道挠度减小,断层错动作用引起的隧道挠度变化范围增大,同时隧道结构内力响应明显增大。     

常重力模型实验在模拟断层错动中的应用

断层错动是否会对工程造成影响是工程建设无法避开的问题,实验研究是解决这一问题的有效途径之一.常重力模型实验是指在自然环境1g条件下的模型实验,被普遍应用在模拟不同类型断层错动产生的地表变形破裂研究中,并获得了较为丰富的研究成果.文中系统地梳理了常重力模型实验在模拟断层上覆土体破裂研究方面的应用历史与现状,研究了不同因素...     

首都圈现今断层活动方式的数值模拟

利用三维有限元模型对首都圈断层水平运动方式和地壳应力场进行了模拟研究,认为该地区主要受张家口—渤海构造带左旋剪切的控制,且不同走向活动断层以左旋走滑为主.在此基础上,考虑可能发生的边界作用方式的改变,计算了相应断层活动方式变化.结果表明,如果华北平原相对于燕山块体东向运动增强会造成不同走向断层左旋运动加速;如果背景东西向挤压应力场增强会造成NW向断层左旋加速和一些NE向断层不同程度右旋滑动.     

大尺度断层活动性数值模拟及地震学类比

本文建立了大尺度断层（100～1000 km）的二维模型,利用ANSYS有限元软件平台,采用接触模式,模拟了百年时间尺度走滑断层的位错运动.结果表明,不同的断层力学参数,特别在断层强度非均匀分布的状态下,断层位错运动存在明显的非均匀时、空分布的特征.然而,不同模型的断层位错运动还显示出一些共同的特征,即断层位错运动表现为闭锁期、准静态预滑期和瞬间滑动,以及与之相应的应力（应变）的积累、调整和释放等等.这些结果也与实验室内小尺度的岩石物理实验相类似.与此同时,模拟结果与实际地震活动表现出的重复性和准周期特征较为相似.模拟发现,对于参数分布较为复杂的断层模型,其数值模拟提示的地震过程相对复杂得多.对于一个近尺度近1000 km,在接触面上设置了两个剪切强度相对较大区域的断层模型而言,模拟对应地震活动显示,其模拟地震断层位错分段发生,其高强度的区域基本控制了断层的地震位错运动.整个断层的模拟地震位错呈现出了地震触发、震中迁移、大震重复等与实际地震活动性相似的特征.     

跨黏滑断层隧道纤维混凝土衬砌抗错断技术研究

为提高跨黏滑断层隧道的结构安全性和稳定性,以都汶高速友谊隧道F 1黏滑断层段为研究背景,通过采用纤维混凝土衬砌对跨黏滑断层隧道抗错断技术进行研究。结果表明:同体积纤维掺量条件下,混杂纤维混凝土(SBFRC)立方体抗压强度比纤维混凝土(SFRC)略低,SBFRC抗折强度比SFRC略高;断层黏滑错动对隧道上盘的影响大于下盘;纤维混凝土衬砌对下盘隧道结构的抗错效果优于上盘隧道,SFRC二衬平均抗错效果为12.22%,SBFRC二衬平均抗错效果为15.81%。研究成果可为黏滑断层隧道的结构设计及施工提供参考。     

逆冲断层破裂规律的相似模拟试验与数值模拟

为了深入揭示逆冲断层在沉积层中的破裂规律,采用相似材料模拟试验和数值模拟相结合的方法,利用投影条纹法测量模型表面位移,利用ANSYS软件模拟了不同的基岩断层倾角θ和沉积层厚度δ条件下逆冲断层在沉积层中的破裂演化过程。相似试验和数值模拟结果表明:(1)基岩中逆断层的活动沿着逆断层倾角θ向沉积层内扩展,且基岩上盘破坏较下盘剧烈,断层间以挤压作用为主,θ和δ是影响逆断层破裂扩展的重要因素;(2)θ在一定范围内,且在相同沉积层厚度δ和外载条件下,θ增加使逆断层逐渐发育至沉积层表面,并在表面形成:宽度逐渐减小的变形带,宽度逐渐增大的等效应力带,表现为离面位移逐渐增大,沉积层的变形破坏更剧烈;(3)δ在一定范围内,且在相同θ和外载条件下,δ增加使沉积层的变形位移在垂向上降低并转为横向传递,且横向影响范围逐渐增大,逆冲断层破裂存在三种扩展形式。数值模拟结果与相似试验结果具有较好的一致性,研究结果为确定逆冲断层发震产生的变形和破坏提供了基本依据。     

鲜水河断裂带跨断层变形分析和数值模拟

鲜水河断裂带积累了20多年的跨断层变形资料, 如何解释这种变形是一个重要的问题。 该文采用了弹性上地壳覆盖在粘弹性Maxwell体之上的模型。 炉霍1973年M_S7.6地震按该粘弹性模型计算的震后形变曲线能够在很大程度上解释实测观测结果, 显示与一些断层(如圣安德烈斯断层某些段落)存在缓慢蠕滑而无大地震发生不同, 鲜水河断裂带观测到的跨断层变形, 有相当一部分可以用大地震后的粘弹性变形来解释。 当然, 计算得到的震后粘弹性形变幅度同跨断层短基线和短水准的实测形变幅度比较还存在一些差异, 不能完全解释, 表明了大陆断层活动的复杂性, 并值得进一步深入研究。     

走滑断层位移作用下山岭隧道非线性反应分析

为了研究穿越断层的山岭隧道结构在走滑断层位错作用下的反应,基于有限元和拟静力的基本原理,建立了隧道围岩的相互作用模型,提出了一种以围岩沿断层位错为输入荷载的跨断层隧道衬砌的反应分析方法。利用有限元分析软件ANSYS的位移荷载功能,使该反应分析方法得以实现。分析过程中以上盘为主动盘,通过给上盘施加强制位移来描述围岩的错动,采用荷载步为100步的逐步加载的方式来描述围岩错动的过程。对比研究了走滑断层工况下,加载断层位错由小到大的过程中,隧道衬砌各部分的应力反应状态。结果表明:当断层位错在20cm以下时,隧道衬砌各部分均处于安全状态;随着错动量的增大,衬砌不同部分的破坏顺序为:边墙先产生破坏,然后顶板产生破坏,最后破坏延伸至底板。     

几何弯曲断层活动性的模拟

运用有限元法建立大尺度几何弯曲断层（长约750 km）的二维模型,并利用接触单元技术模拟断层间的作用,模拟了几千年时间尺度内走滑断层的活动,探讨了具有一定几何形态断层对断层系统活动的影响.几何弯曲的断层导致了应力的集中,而且在断层的地震事件中起到了抑制作用,但是也为孕育大震提供了条件.和平直断层的模拟结果比较得知,断层的几何弯曲不仅影响地震破裂长度、改变了地震滑移量,也很大程度影响了能量释放的空间位置,改变了地震轮回周期.此外,弯曲断层应力的不均匀也使主震前往往有前震发生.另外通过模拟可以看出,弯曲断层活动表现出明显的特征地震,使得地震-频次曲线偏离G-R公式,说明了对单个断层而言,特征地震可能更能体现断层的地震活动,这对我们进行地震预测和危险性分析有着很重要的参考意义.