基于光纤传感技术的地裂缝物理模型试验

苏南地区地裂缝成因机制较为复杂,且灾害活跃。以光纤光栅传感器为监测手段,建立基岩潜山条件下物理地质模型,模拟抽水差异性沉降过程,揭示地裂缝发育演化规律。试验结果表明:（1）地下水过量抽采导致的不均匀沉降是地裂缝发育的最直接因素,地下水水位降深越大、抽采速率越快,地面沉降越明显。（2）基岩潜山形态位置对地表沉降起控制作用;同时地面沉降最严重区域与地裂缝分布区域基本一致;基岩潜山的发育位置形态、地表的沉降曲线以及地裂缝分布情况基本一致。（3）模型试验结果与研究区地裂缝灾害发育规律基本一致。此次基于光纤技术的物理模型试验研究为地裂缝研究提供新的方法与手段。     

西安地裂缝近期超常活动因素及其量化分析

西安地裂缝近期超常活动，主要是长期过量抽汲深层承压水，引发地裂缝两侧地面不均匀沉降叠加到地裂缝正常活动过程中造成的。不均匀沉降量由地裂缝两侧土体松动程度不同造成的裂隙释水压密差异与两侧粘性土层厚度不同造成的孔隙释水压密差异共同构成。研究计算表明，地裂缝现今垂直活动量中，土体松动程度不同造成的裂隙释水压密量占有较大比例，而粘性土层厚度不同造成的孔隙释水压密差异所占有比例相对较小。     

不同成因地裂缝探地雷达图像特征

地裂缝灾害是隐蔽性的地面变形灾害.根据工程实例,总结了裂缝的探地雷达图像基本特征,在此基础上分析了结构开裂、不均匀沉降裂缝、地下介质错动裂缝、滑坡趋势裂缝、崩塌裂缝的探测机理和雷达图像特征.     

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。     

天津宝坻县隐伏岩溶区地下水开发与地裂缝成生关系研究

在调查分析地裂缝时空分布特征的基础上,研究地裂活动与区内水文地质条件、地下水开采过程的关系,认为过量开采奥灰水是产生地裂缝的主导因素。随着水位下降,盖层介质固结压密作用是导致地面压缩变形乃至地裂缝发生的直接原因。地下水系统结构特征以及固结压密作用的物质基础———松散盖层的厚度、岩性,是构成地面不均匀沉降的充要条件。当这种不均匀变形程度足以使土体连续性破坏时,则地裂缝便在沉降区应力集中的部位发生。     

地表均布超载作用下盾构隧道上覆土层竖向土压力转移分析

通过对地表均布超载的模型试验实测既有盾构隧道上覆土层竖向土压力、土体沉降进行分析,结果表明:地表均布超载作用下,与隧道顶部的垂直距离越近,隧道上覆土层中的竖向土压力分布不均匀程度越大,同时土体沉降的不均匀程度也越大。隧道上覆土层出现不均匀沉降时,土体单元之间发生竖向相对位移而产生竖向剪力,隧道上覆土中表现出竖向土压力转移现象,从而使隧道上覆土层中的竖向土压力分布不均匀。隧道上覆土层中土体单元之间的竖向剪力大小与单元之间的竖向相对位移及土体力学性能有关,因此,地表超载作用下隧道上覆土沉降的不均匀程度及上覆土的力学性能对隧道上覆土层的竖向土压力分布不均匀程度有影响,进而对隧道变形产生影响。     

油罐基础不均匀沉降主要影响因素的敏感性分析

在上部均布荷载作用下柔性基础基底压力是均匀分布的,基底以下土体在同一深度附加应力呈现中间大、周围小的分布规律,导致基础沉降中间大、周围小。刚性基础的沉降是均匀的,必然导致基底压力的分布为周围大、中间小。软基上的油罐筏板基础是具有一定刚度的基础,但并非刚性基础,因而基底压力分布应该介于柔性基础和刚性基础之间,沉降为中间大、周围小的不均匀分布。基于ABAQUS有限元分析,结合工程实际情况,采用UH模型作为土体本构模型进行了模拟分析,对筏板厚度、地基刚度等影响基础不均匀沉降的主要因素进行敏感性分析,探求变刚度地基在油罐基础不均匀沉降中的影响规律。     

广西来宾小平阳岩溶地裂缝研究

自８０年代以来,广西来宾小平阳地区出现了大量地裂缝,破坏了许多房屋与田地,成为一种主要地质灾害。这些地裂缝产生于岩溶发育区,与岩溶发育密切相关,其发生受土体性质、水、地形地貌、气候等多因素控制,其中浅层地下水的开采是地裂缝发生的重要诱发因素。地裂缝的形成与岩土界面上各种物理、化学作用有关。在阐述土洞形成基础上,建立起地裂缝形成机制的理论概化模型,根据地裂缝形成的土体应力状况,论述了从溶洞、土洞产生到自下而上开裂的地裂缝形成机制      

跨地裂缝墙体开裂形态分析

应用非线性有限元法对跨地裂缝的墙体开裂形态进行了分析,确定出了具有三维活动性的地裂缝垂直穿越墙基时,墙体出现裂缝的位置、倾向、倾角和后期的发展状况,以及随沉降量与张开量比值变化的规律。结果表明:地裂缝垂直穿越围墙时,墙体上出现的裂缝一般有两种形式:一是位于地裂缝下盘的墙顶竖直裂缝,二是出现在地裂缝正上方墙体底部的斜裂缝;当地裂缝两盘的土体活动以水平拉张为主时,墙体底部出现的斜裂缝以高角度向上扩展,当地裂缝两盘的土体活动以差异沉降为主时,墙体底部出现的斜裂缝则以较缓的角度向上扩展,倾向与地裂缝相反;只要地裂缝的上下盘土体有微小的错动,一般2～3mm时,就会引起墙体的破裂,且墙体裂缝扩展迅速,几个毫米的错动量,就能使墙体裂缝扩展数十厘米,甚至贯通整个墙体;墙体斜裂缝在产生初期较为平直,随着裂缝的迅速扩展,端部稍向下弯曲,倾角减缓,整体呈弧弯状。     

华北平原地裂缝影响因素分析

华北平原地裂缝近年来呈快速发展趋势,给人民的生产生活造成很大威胁。本文对地裂缝的影响因素进行分析,认为基底构造单元是地裂缝发育的控制因素、全新世地质环境控制非构造地裂缝的分布、基底断裂构造蠕滑控制地裂缝的规模。地形地貌、岩性结构、地表水、地下水、地震、地面不均匀沉降、持续干旱、地下岩溶和人类工程活动等因素影响地裂缝的发展。地裂缝的形成非单一因素造成,而是多种因素复合作用而导致。探讨地裂缝的影响因素对研究华北平原地裂缝形成机理与灾害防治具有重要意义。     

采水型地裂缝发育演化模型试验研究

为了研究苏南地区采水型地裂缝成因演化机制,设计建成了抽水与潜山条件大型物理模型系统,运用光纤传感监测技术手段,模拟地裂缝演化进程,并对其分布规律、成因机制做出总结归纳。试验结果表明:（1）模型试验中光纤传感技术能够较为准确地对水位、应力-应变分布等参数进行监测;基于光纤传感技术的模型试验系统为地裂缝研究提供新的方法与手段;（2）岩土体张应力集中区与地裂缝发育位置基本对应,岩土体的张应力集中是判断地裂缝发育阶段的重要标志;（3）通过地裂缝走向玫瑰花图显示,模型平坦区地裂缝发育方向沿排水孔呈放射状分布;而潜山区域地裂缝发育具明显的方向一致性,且与潜山等高线平行;（4）地裂缝分布同时受抽水差异性沉降及潜山形态位置控制。     

PS-InSAR技术在北京通州区地面沉降监测中的应用

地面沉降是通州区重要地质灾害,由此引发的地裂缝次生灾害现象严重影响通州区的发展建设.以TerraSAR-X卫星影像为数据基础,采用永久散射体干涉测量(PS-InSAR)技术获取通州区地面沉降2015—2018年监测数据,分析了通州区地面沉降时空分布特征以及地裂缝次生灾害的垂向形变特征.结果表明:(1)通州区地面沉降主要集中在西部和北部地区,形成了以通州城区—梨园—台湖为中心的西部沉降区和以永顺—宋庄为中心的北部沉降区,每个沉降区内又分布着多个小的沉降漏斗,在区域上具有不均匀沉降的特征;(2)宋庄地裂缝两盘各存在一个沉降漏斗中心,裂缝带沿线存在多个小沉降漏斗,由裂缝带向两侧沉降量逐渐增大,垂直裂缝带方向存在显著的沉降梯度变化,差异沉降特征明显,建议在宋庄地裂缝成因机理研究过程中考虑差异沉降对地裂缝形成的影响.     

饱和软土大变形非线性自重固结模型

基于分段线性方法,建立了饱和软土一维自重固结模型（简称SWC模型）。该模型能考虑自重固结过程中土体的大变形效应和材料参数的非线性变化。将该模型的计算结果与相关解析解、现场试验及室内试验结果进行了对比验证,证明了SWC模型能准确计算出大变形和非线性条件下饱和软土的自重固结过程,包括沉降量、平均固结度、孔隙比分布和超孔隙水压力分布等参数随时间的变化过程。随后,以现场试验为基础,采用SWC模型对饱和软土自重固结的4个主要影响因素（即土体初始高度、边界排水条件、初始孔隙比和土粒相对密度）进行了参数分析。结果表明,上述4个参数对软土自重固结过程均具有重要影响：土体初始高度越高,则自重固结沉降量和最终平均应变值越大;边界排水条件对土体自重固结的速度有重要影响,但不影响自重固结的最终沉降量;初始孔隙比越大,则自重固结沉降量越大,其完成自重固结所需时间越短;土粒相对密度越大,则土体的最终沉降量越大,完成自重固结所需时间越短。     

饱和软土大变形非线性自重固结模型

基于分段线性方法,本文建立了饱和软土一维自重固结模型(简称SWC模型)。该模型能考虑自重固结过程中土体的大变形效应和材料参数的非线性变化。将该模型的计算结果与相关解析解、现场试验及室内试验结果进行了对比验证,证明了SWC模型能准确计算出大变形和非线性条件下饱和软土的自重固结过程,包括沉降量、平均固结度、孔隙比分布和超孔隙水压力分布等参数随时间的变化过程。随后,以现场试验为基础,本文采用SWC模型对饱和软土自重固结的四个主要影响因素(即土体初始高度,边界排水条件,初始孔隙比和土粒比重)进行了参数分析。结果表明,上述四个参数对软土自重固结过程均具有重要影响:土体初始高度越高,则自重固结沉降量和最终平均应变值越大;边界排水条件对土体自重固结的速度有重要影响,但不影响自重固结的最终沉降量;初始孔隙比越大,则自重固结沉降量越大,其完成自重固结所需时间越短;土粒比重越大,则土体的最终沉降量越大,完成自重固结所需时间越短。     

饱和软土大变形非线性自重固结模型

基于分段线性方法,本文建立了饱和软土一维自重固结模型(简称SWC模型)。该模型能考虑自重固结过程中土体的大变形效应和材料参数的非线性变化。将该模型的计算结果与相关解析解、现场试验及室内试验结果进行了对比验证,证明了SWC模型能准确计算出大变形和非线性条件下饱和软土的自重固结过程,包括沉降量、平均固结度、孔隙比分布和超孔隙水压力分布等参数随时间的变化过程。随后,以现场试验为基础,本文采用SWC模型对饱和软土自重固结的四个主要影响因素(即土体初始高度,边界排水条件,初始孔隙比和土粒比重)进行了参数分析。结果表明,上述四个参数对软土自重固结过程均具有重要影响:土体初始高度越高,则自重固结沉降量和最终平均应变值越大;边界排水条件对土体自重固结的速度有重要影响,但不影响自重固结的最终沉降量;初始孔隙比越大,则自重固结沉降量越大,其完成自重固结所需时间越短;土粒比重越大,则土体的最终沉降量越大,完成自重固结所需时间越短。     

循环动荷载下下伏空洞路面塌陷的模型试验研究

在循环动荷载作用下,地下空洞会逐步发展成为路面塌陷。针对此问题,本文建立了模拟路面塌陷发生发展全过程的模型试验。试验结果表明,随着动荷载值的减小,土体所能承受的极限振动循环次数呈指数型增加。而当地下存在一定尺寸的地下空洞时,即使动荷载值较小,在足够多次数的振动循环作用后,也有可能引发路面塌陷。最大粒径较大、不均匀系数较高土体的静力稳定性较强,体现在其能承受的极限静荷载较大;但其动力稳定性较弱,体现在其能承受的极限振动循环次数较少。反之,最大粒径较小、不均匀系数较小土体的静力稳定性较弱,而动力稳定性较强。地下空洞上覆土层厚度越大,则其静力、动力稳定性均较强。同时,循环动荷载作用下地表沉降与土体裂缝的发展呈现出三阶段规律。阶段1为初始固结沉降阶段,持续时间较短,土体受到振动压密作用,地表发生整体沉降,土体裂缝未见明显发展;阶段2为等速沉降阶段,持续时间较长,中心土体受到振动剪切作用,地表中心沉降与土体裂缝随时间呈等速发展;阶段3为加速沉降阶段,持续时间最短,中心土体受到振动破坏作用,地表中心沉降与土体裂缝快速发展直至发生塌陷。     

单井抽水加剧地裂缝上下盘差异沉降机理

西安地裂缝两盘的差异沉降是地裂缝活动主要方式之一,抽取承压水是加剧地裂缝两盘差异沉降活动的重要因素,但其具体作用机理尚不十分明晰。本文通过分析水平微元的受力条件和土体-地裂缝协调变形特征,并利用数值法,解释了地裂缝上、下盘的变形差异机理;然后采用数值法,得到了不同抽水条件、地裂缝透水条件下的地面沉降特征。研究表明：地裂缝较小的剪切模量导致近地裂缝处上盘单元所受上覆荷载及下侧反力较大,下盘单元恰好相反,从而使得相较于下盘,上盘沉降较大;抽水条件和地裂缝透水性通过影响抽水引起的力学扰动,放大了两盘的变形差异;当抽水井位于上盘时,地表出现明显的沉降差异,且地裂缝透水性越差,这种差异越显著。     

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。     

西安地铁二号线沿线地裂缝成因分析

西安地铁二号线沿线地裂缝主要包括西安地裂缝、长安地裂缝和次级裂缝f0。西安地裂缝总体为北东走向,活动方式为南倾南降,分布在临潼—长安断裂带(FN)上盘。长安地裂缝目前活动性较弱,处于隐伏状态。本文简要介绍了沿线地裂缝的基本情况,并在地裂缝勘察成果的基础上分析归纳得出,西安地裂缝的形成与深部构造活动有关,现今的超常活动与过量抽汲深层承压水导致地面不均匀沉降有关。长安地裂缝成因有两种:一种是构造成因,一种是重力成因。     

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。