隐伏地裂缝破裂扩展研究综述

日益增多的地裂缝灾害受到人们的普遍关注,而隐伏地裂缝数量更加巨大,其破裂扩展的随机性及潜在的灾害效应是我们必须面临和解决的问题。隐伏地裂缝的破裂扩展方式受多种因素影响,包括地裂缝的位错量、倾角和活动速率,上覆土层的性质、厚度和地层结构,以及表水下渗、开采地下水、地震动和时间效应等,这些因素的组合和叠加,导致隐伏地裂缝的破裂力学机制复杂,破裂扩展过程难以再现。目前隐伏地裂缝的破裂扩展研究方法主要采用现场调查与勘探、模型试验、力学综合分析与解析和数值模拟等综合手段,研究内容包括地裂缝破裂扩展各种形成条件和诱发因素的影响效应。通过分析隐伏地裂缝破裂扩展在其形成的复杂环境地质条件、多期活动性、长期蠕动性和多种诱发因素共同作用下的综合效应与力学机制,研究其破裂扩展过程,追踪不同深度的破裂位置及影响带宽度,确定一定条件下隐伏地裂缝扩展引起的地表最大位错量和最小安全覆盖层厚度,制定统一的地裂缝影响带宽度确定方法和标准,可为解释实际地裂缝破裂现象和地裂缝灾害综合防治提供依据,也是今后的研究重点。     

隐伏地裂缝破裂扩展物理模型试验边界效应

物理模型试验是研究地质灾害变形破裂特征、动力学过程和成因机制的有效手段,受制于模型箱尺寸,试验过程中边界效应问题显著,如何减弱边界效应影响一直是研究者所关注的焦点问题。本文以隐伏地裂缝破裂扩展物理模型试验为研究对象,通过物理模型试验现象分析以及数值模拟验证等手段,对物理模型箱体边界效应进行了系统分析。结果表明,模型箱体边界效应的主要控制因素为箱体边壁阻尼与箱体尺寸比,其中：边壁阻尼与边界效应幅值呈正相关,边壁摩擦角小于土体内摩擦角时,黏聚力是边界效应影响的主要因素,边壁摩擦角大于土体内摩擦角时,摩擦力是边界效应影响的主要因素;箱体尺寸比影响边界效应幅值,长宽比与边界效应幅值呈正相关,并确定试验模型箱设计最优尺寸比为5∶3∶2.2。箱体边界效应对隐伏地裂缝破裂扩展物理模型试验结果存在显著影响。     

不同活动速率下隐伏地裂缝的模型试验研究

目前国内外已查明的地裂缝大都是在地表能直接看到的地裂缝,然而埋藏在地表之下不易被人类所察觉的隐伏地裂缝发育数量更为众多,并且隐伏地裂缝因活动速率的不同可能招致不同程度的地质灾害,进而不同程度地影响人类的工程建设活动。为了研究活动速率不一样的隐伏地裂缝之间有什么发育特征上的不同,进行一组物理模型对比试验。结果显示当隐伏地裂缝以不同速率活动时,其所形成的反倾裂缝和直立裂缝的形态特征、地表土体位错量以及土体对深部沉降的吸收作用均有明显的不同。并且当隐伏地裂缝慢速活动的一个活动周期内,其地表土体位错量随深部底板的的活动过程会出现典型的三次"稳定"阶段。     

隐伏裂缝对互层胶结土中正断层扩展影响研究

基岩断层错动引起上覆土体变形,互层胶结土体中断层破裂机制认识不足,隐伏裂缝影响规律掌握不明确。基于4个离心机试验,针对黏土与砂土构成的9层互层土,对比土体胶结特性和隐伏裂缝上断点埋深影响。试验结果表明,正断层错动影响下,互层非胶结土体受剪切作用发生变形破坏,在断层上方形成一倒梯形分布的不均匀沉降区,并形成集中剪切带。当不均匀沉降传至地表时,顶层非饱和黏土层形成地表张拉破裂。而互层胶结土则观测到受弯变形破坏,从而产生剪切破裂和张拉破裂。其中,地表张拉破裂的深度远大于互层非胶结土体的观测结果。互层胶结土中,随着隐伏裂缝上断点埋深的增加,由上断点扩展形成破裂的倾角随之增加,地表破裂向上盘一侧偏移。     

构造重力扩展机制的地质力学模拟研究

本文采用相似材料的地质力学机制模拟试验,再现并验证了西安地裂缝的构造重力扩展机制,得出了构造重力扩展机制是西安地裂缝形成的根本成因,同时还得出了工程建筑物只要避开地裂缝一定距离就可以安全布置,以及地裂缝最大可能延深为老第三系地层的中上部等重要结论,初步揭示了现今西安市异常地面沉降的成因,具有一定的理论价值和社会效益。     

深部开采隐伏构造扩展活化及突水试验研究

深部开采突水具有突发性、滞后性和强致灾性等特点,研究突水通道成因、演变规律和致灾机制成为控制深部开采底板突水的关键。大量的防治水实践和理论证实,构造突水通道一般发生在构造与岩层接触面处,为此建立隐伏构造条块体突水判据模型,应用剪切破坏理论方法得到突水理论判据;借助深部承压水上底板断层扩展活化及导水通道演化物理模拟试验,研制了固-流耦合相似材料,选取模拟断层破坏活化的材料并进行了模拟材料的可行性分析;试验直观地展现了含隐伏断层底板在采动应力扰动和高承压水共同作用下底板裂隙形成、隐伏断层扩展、突水通道贯通的全过程。通过对试验监测数据和现象的解读,揭示了应力场-渗流场耦合作用下承压水体上采煤底板滞后突水的机制,并对突水路径形成的时空规律进行了分析探讨,为研究深部开采构造突水提供了新的方法和认识。     

利用原位浸水试验计算非饱和黄土基质吸力方法研究

精确计算非饱和土渗透系数时需要考虑土体的负孔隙水压力水头值,即基质吸力。然而基质吸力的准确测定有一定难度,通常室内试验与现场测定的结果相差较大,影响实际工程应用。提出一种全新的算法,即利用原位浸水试验数据对土体基质吸力进行计算,利用Green-Ampt入渗模型结合浸水坑水面下降速率和水分传感器测定的浸水渗透速率之间的差值计算出地层负孔隙压力水头值。选取黄土–古土壤互层场地开展原位浸水试验,根据试验数据计算出第一层厚度为4 m的黄土的负孔隙压力水头值为233 cm,第二层为厚度2 m的古土壤层的负孔隙压力水头值为124 cm;应用该算法预测出在浸水坑以下8.4m处地层基质吸力消减为零。本研究是对黄土地层基质吸力计算的一种新尝试。     

表水侵蚀地裂缝物理模型试验研究

地表水入渗侵蚀是地裂缝出露地表的一个重要诱发因素。肯尼亚裂谷区因其特殊的构造环境背景,降雨侵蚀地裂缝极其发育。本文以东非肯尼亚裂谷地裂缝为原型,建立了降雨侵蚀条件下隐伏岩土体破裂扩展出露地表的地质模型,通过物理模型试验揭示了地裂缝发育过程中土体内部水力侵蚀破坏的演化规律。试验结果表明：(1)表水侵蚀地裂缝可将其破裂扩展过程分为3个阶段：均匀入渗阶段,侵蚀掏空阶段、塌陷致灾阶段。(2)隐伏岩土体破裂的影响区域是表水入渗的优势通道,该区域水力侵蚀强烈。(3)当侵蚀塌陷形成时,土体内部含水率和孔隙水压力出现同步的陡变。土体内部含水率的突变反映了裂隙的发育以及局部塌陷的形成,从而可以揭示土体内部侵蚀塌陷的进程。此次基于表水入渗的物理模型试验研究可为地裂缝的监测防控提供科学理论支撑。     

构造重力扩展机制的地质力学模拟研究

本文采用相似材料的地质力学机制模拟试验再现并验证了西安地裂缝的构造重力扩展机制,得出了构造重力扩展机制是西安地裂缝形成的根本成因,同时还得出了工程建筑物只要避开地裂缝一定距离就可以安全布置,以及西安地裂缝最大可能延深为老第三系地层的中上部等重要结论,初步揭示了现今西安市异常地面沉降的成因,具有一定的理论价值和社会效益。     

兰州轨道交通扰动场地黄土浸水试验研究

由于受长期地表降水与排水下渗、前期施工、拆迁等加卸载作用及车辆交通荷载的扰动影响,城市拆迁场地土体的特性与处于原始地形地貌和地层分布的土体情况有所不同。目前尽管已经发表了大量黄土浸水试验的成果,但基本都是在原状黄土场地进行,而在这类扰动场地黄土中开展浸水试验的研究尚不多见。在兰州东岗轨道交通车辆段建设场地进行了累计观测时间超过100天的试坑原位浸水试验。结合室内土工试验和现场测试结果,讨论了该扰动场地黄土浸水产生沉降变形的特征。结果表明:该扰动场地浸水发生沉降变形的时间发展过程具有"缓慢增长-突增-趋于稳定"的特点,其总沉降也远小于既有原状黄土场地的实测结果,应理解为广义的浸水增湿湿陷,其变形包括压缩变形和湿陷变形两部分,二者比例近似为7:3;前期扰动导致的较低的孔隙比和试坑开挖造成的卸荷是其总变形量较小的原因,但是其浸水沉降变形增长过程中突增的湿陷变形和土层空间分布不均匀引起的差异沉降值得引起注意。研究结果对于进一步加深对黄土湿陷变形与水稳定性的理解,选择扰动场地黄土地基处理和防排水措施具有一定的参考价值。      

软土地区某场地扩底桩原型现场对比试验研究

为了解软土地区钻孔扩底灌注桩的工作机理,研究了申嘉湖杭高速公路练杭支线某场地扩底桩与直桩的竖向静荷载对比试验。通过对现场测试结果的分析,探讨钻扩桩的承载特性和竖向承载力,讨论单桩竖向承载力与桩侧摩擦力、桩端阻力的关系及发挥特性。研究结果表明,在软土地区应用扩底桩是完全可行的,扩底桩能够充分发挥持力层的承载潜力,对提高单桩承载力、减小桩体沉降效果显著;研究结果还表明,软土地区扩底桩工作机理与其他地区略有不同。     

隐伏地质异常地表间接显示的物理模拟实验

用物理模拟方法研究隐伏地质异常地表间接显示机理,探讨隐伏线性构造在挤压条件下的表面特征,在后期构造作用下,表面线性体破裂变形模式包含了 隐伏地质异常的成因信息,可以通过地和学分析方法提取和识别。     

堇青石低热膨胀机理研究

本文根据垄青石晶体结构特点和有关热力学资料,建立了堇青石热膨胀系数的理论计算模式:半定量计算方法,α=α_MgO × 1/3 × 2/3;定量计算方法,α=ΔS/ΔT/2/(a × b).分别计算了堇青石、印度石的线热膨胀系数,半定量计算结果:α=3.31 × 10^-6℃^-1(堇青石、印度石);定量计算结果,a=1.54 × 10-6℃^-1(堇青石),α=0.85 × 10-6℃^-1(印度石),与实验测定结果(堇青石:α=2.3 × 10-6℃^-1,印度石:α=1.0 × 10^-6℃^-1)吻合。     

ELASTIC ANALYSIS OF BURIED STRUCTURES SUBJECT TO THREE-DIMENSIONAL SURFACE LOADING

A method is presented which may be used to compute the displacements, strains and moments (both in-plane and transverse) in buried structures such as pipelines and culverts subjected to longitudinal bending. This type of bending can occur if a surface loading such as a vehicular loading or an embankment loading is applied to the soil above the pipe or culvert. Fourier transforms are used to reduce the three-dimensional problem to one involving only two spatial directions, thereby reducing the data preparation and computation time. Conventional finite element analysis is used to approximate the field quantities in the transformed two-dimensional plane. Two Fourier integral element types have been developed which have many applications in geotechnical engineering.     

隐伏地质异常地表间接显示模拟的遥感地质统计分析

根据隐伏地质异常表面产是接显示模拟实验的结果,经遥感地质定量分析表明,隐伏地质异常在地表的间接显示信息是以线性体复杂模式在被动遥感图像上得以显示的。     

冀中拗陷古潜山油田水化学研究

冀中拗陷油气田87%的储量产于海相碳酸盐岩古潜山中,在油气生成、运移、集聚和散失的过程中地下水起了重要作用。本文根据50个试样的水化学分析资料,运用对应分析方法对冀中拗陷古潜山油田水进行了分类并初步探讨了水化学成分演化与油气藏形成的关系。     

陈仓区地下水源地扩大开采可行性研究

本文在分析陈仓区地下水开采现状和水文地质条件的基础上,建立了水文地质概念模型,选用了承压水二维非稳定流数学模型进行描述,采用无越流的无界承压含水层干扰井群法求解该数学模型。     

民乐山前平原新构造运动及其对地下水埋藏的影响

民乐山前平原新构造运动十分活跃 ,新第三纪以来的断裂构造 ,造成了盆地基底形态变化 ,从而导致区内地下水位由南向北随断裂带的分布 ,形成了多级跌水陡坎。断层上盘水位埋深一般在 10 0m左右 ,断层下盘水位埋深大于 150m。进一步查明区内基底构造 ,对寻找利于开采的浅埋地下水有着重要的指导意义     

黄骅坳陷千米桥潜山碳酸盐岩储层的空隙特征研究

印支期—燕山早期的挤压逆冲使潜山构造抬升 ,石炭系—二叠系遭受剥失后 ,奥陶系长期遭受风化淋滤。由挤压逆冲形成的高角度裂缝和风化淋滤形成的粒间孔、溶蚀孔洞组成潜山储层的主要储集空间。钻井岩样由于地层静压力的降低而导致总体积发生膨胀。岩石骨架的压缩系数小 ,围压的释放主要导致岩石孔、缝隙空间的扩大 ,因此 ,在测算地下原始孔、缝隙度时应考虑地层静压力。我们测得的奥陶系潜山储层的综合空隙度为 4 .7%。以空隙度为主要评价指标 ,划分出四级储层 ,其中 、 级储层是本区储产能力最强的储层 ,能够获得稳定的高产油气     

大型倾斜楔体滑坡研究

基于工程地质水文地质条件 ,软弱夹层的微观结构与工程性质 ,变形机理的数值与相似材料模拟及变形监测与预测预报分析等几个方面 ,对一大型倾斜楔体滑坡进行了长期全面深入的研究 ,对保证矿山安全运营及防灾减灾起到了积极的作用