利用重力/GPS联合观测数据计算地壳垂向构造应力的新方法

本文提出一种基于重力/GPS联合观测数据计算垂向构造应力的新方法.计算步骤如下:(1) 通过重力/GPS联合观测数据计算布格重力异常;(2) 依据布格重力异常数据推算莫霍面深度;(3) 依据GPS观测数据,通过均衡理论计算均衡面深度;(4) 依据莫霍面与均衡面之间剩余物质(壳幔物质密度差)所承受的附加浮力,计算地壳承载的垂向构造应力.本文利用上述构造应力新算法,计算了巴颜喀拉块体东边界及周边地区垂向构造应力分布,发现龙泉山断裂带以东地区垂向构造应力基本为零,龙泉山断裂带与龙门山断裂带之间地区垂向构造应力为正值,巴颜喀拉地块东部垂向构造应力为负值.鲜水河断裂带东南段周边蓄积了-40~-50 MPa的垂向构造应力,且梯度变化剧烈;松潘高原蓄积的垂向构造应力大约为-10~-20 MPa,相对较小.     

水平单轴应力与横波反射系数

地球物理勘探中,地下应力的估测是非常重要的.本文利用应力诱导的弱各向异性的各向异性参数, 借助已有的具有水平对称轴横向各向同性介质顾及高阶小量的横波反射系数近似公式,针对下介质为各向同性受单轴应力作用情况随应力的增加求取应力精度降低的问题,从横波反射系数近似公式的推导出发,联合SH波与SV 波反射系数给出新的改进的单轴应力与横波反射系数的直观表达式;计算并对比了受单轴应力作用的各向同性介质的横波近似和严格的反射系数,并利用理论得到的横波反射系数对应力进行了估值.结果表明,利用改进后横波反射系数与应力的直观表达式, 当应力增加时,应力估值精度有了明显的改善,这为利用横波反射数据直观估测应力提供理论依据.     

青藏高原及周边2001年以来三次特大地震引起的形变场分布特征

基于地壳黏弹模型在GPS观测资料和地震位错数据为约束条件下,应用有限元数值模拟方法对2001年昆仑山8.1级、2008年汶川8.0级和2015年尼泊尔8.1级特大地震引起的地壳形变分布特征进行了模拟计算,获得了地震位移场和形变场.这3次大地震分别发生在青藏高原的北部、东部边界和南部边界,尽管震级大小基本相当,但发震区域和发震断层性质都各不相同,其各自产生的地壳形变场分布特征存在明显的差异,主要表现为形变场区域大小、幅值大小等的差异,以及在不同地壳深度也存在明显的差异,这些差异主要取决于地震断层性质和地下介质结构的不同.通过模拟计算,可以进一步了解大地震产生的应力加卸载区分布特征,对预测未来地震发生区域范围提供重要参考依据.     

典型隧道断面形态对拟建滇西大理至瑞丽铁路高黎贡山隧道稳定性影响的数值模拟分析

拟建的大理—瑞丽铁路穿越横断山区南段的滇西南地区,地形、地貌和地质条件都极为复杂,其中高黎贡山深埋超长隧道的工程稳定性问题一直是困扰铁路选线、设计和施工的重大工程难点。针对不同形态隧道断面可能对高黎贡山超长隧道工程稳定性产生的影响问题,在充分综合该区野外地质调查、地应力测量、岩石力学实验等成果与资料的基础上,利用ANSYS有限元应力分析软件对不同形态隧道断面的应力分布进行了有限元计算,给出了应力分布图像,分析了断面应力分布的特点和断面形状对应力分布的影响。同时,计算了围岩的应力与强度比,对2种不同断面的围岩稳定性进行了分析对比,最后根据分析结果对不同隧道断面形态下的隧道稳定性进行了综合评价,并据此提出了铁路隧道断面设计与施工中应重点关注的问题。     

隧道掘进面接近地质界面时围岩的应力特征研究

隧道开挖地层中往往呈现出明显的地质变异性,如软硬岩层的不均匀分布等,使隧道开挖后的力学行为十分复杂.本文采用FLAC3D初步分析了隧道掘进面接近地质界面时围岩的应力状态,并探讨侧向应力、纵向应力、断面形式对围岩应力的影响规律.分析结果表明:当隧道由硬岩往软岩或由软岩往硬岩向地质界面掘进时,掘进面前方围岩均有应力集中现象.隧道无论由硬岩往软岩还是由软岩往硬岩掘进至地质界面时,掘进面前方边墙位置围岩径向应力均随侧向应力的增大而增大,掘进面前方拱顶和边墙位置围岩纵向应力均随纵向应力的增大而增大.马蹄彤隧道开挖至硬岩与软岩的地质界面时,掘进面后方边墙位置围岩应力均小于圆形隧道相应位置的围岩应力.     

岩石应力-应变过程中渗透率变化分析

岩石空隙率与空隙的几何性质是影响其渗透率的关键因素。通过分析渗透率-应变曲线与岩石破坏过程的对应关系,指出岩石的渗透率与岩石的体应变密切相关。在压密区间内,岩石的渗透率呈现为负指数下降;峰前膨胀区间内,渗透率快速增加,并在末期形成贯通性的渗透通道;在峰后阶段由于部分通道被堵塞,渗透率发生下降。同时,将断裂力学推广到考虑岩石介质的微观破坏不均匀性,指出岩石渗透率的变化主要是由尺度等级较小的微破裂的相互作用和生长引起的主干断裂,进而形成贯通性的渗透通道。     

断裂(带)对采空塌陷及地裂缝地质灾害的影响——以山东新泰市河山子村为例

新泰市河山子村东部较大范围集中发生地面裂缝和房屋裂缝,裂缝点沿莲花山断层呈线状分布,所在地段远离采空区,基岩裸露,经调查分析,排除了岩溶塌陷、区域构造活动引发的可能,结合有关研究认为,断层带的存在使采空塌陷及地裂缝的影响范围扩大,就本区而言,较传统理论预测范围扩大了243m,相当于采空地面变形影响角减小为48°.     

2017年九寨沟MS7.0地震对周围地区的静态应力影响

基于九寨沟M_S7.0地震的破裂模型及均匀弹性半空间模型,本文计算了该地震在周围主要活动断层上产生的库仑应力变化、在周围地区产生的应力场和位移场和同震库仑应力变化对余震的触发.结果表明：（1）九寨沟地震造成虎牙断裂中段库仑破裂应力有较大增加,已经超过0.01 MPa的阈值,虎牙断裂北段、塔藏断裂中段和岷江断裂北段北部的库仑破裂应力有较大降低,因此尤其要注意虎牙断裂中段的危险性.（2）水平面应力场在该地震震中东西两侧增加（拉张）,张应力起主要作用.在震中南北两侧降低（压缩）,压应力起主要作用.从水平主压和主张应力方向来看,均呈现出条形磁铁的磁场形态.从剖面上的应力场来看,在上盘的面膨胀区域内,大部分点的主张应力方向与地表是垂直的,在其他区域内,主张应力和主压应力均以震中为中心,向外呈辐射状.（3）从地表水平位移场来看,震中东西两侧物质朝震中位置汇聚,南北两侧物质向外流出,在震中处的最大水平位移量达43 mm.从地表垂直位移场来看,震中南北两侧出现明显的隆升,隆升最大值达56.8 mm.震中东西两侧出现明显的沉降,沉降最大值达74.5 mm.从剖面的位移场来看,九寨沟地震为左旋走滑地震,且有一定的正断成分.由分析可以推测该断层破裂在大致22~26 km的深度上就截止了.并推测下盘物质运动的动力来自震源北东东方向（四川块体）深度在6~30 km的下盘下层物质,上盘物质运动的动力来自震源北西西方向（巴颜喀拉块体）深度在0~6 km的上盘上层物质.（4）通过计算不同深度上主震对余震的触发作用可知,主震后的最大余震受到了主震的触发作用,多数其他余震也受到主震的触发作用.主震的发生促使了库仑应力增加地区余震的发生,抑制了一部分库仑应力减少地区余震的发生.

     

均匀弹性分层介质模型中的同震位移、应变以及应力

地震发生时产生的同震位移、应变以及应力变化,特别是同震应力的变化,在地震触发等问题的研究中有着重要的意义.本文进一步发展了基于均匀弹性水平层状介质,利用广义反射透射系数矩阵和离散波数计算同震位移的方法,使之可以计算相应的应变、应力以及同震库仑应力变化.可适用于多种情况,接收点可以位于地表以及地表以下,震源类型可以是剪切位错源以及拉张位错源.通过与半无限介质的解析解相比较,结果一致,验证了方法的可靠性以及计算精度,可以用于计算地震之后库仑应力变化,为判断余震分布提供参考.在计算同震位移时,使用了梯形积分与Filon积分相结合的积分方式,即提高了同震位移计算的速度,又保证了计算精度,有利于反演问题研究.     

某地区黑云角闪岩应力松弛特性研究

岩体工程失稳往往由工程岩体蠕变、应力松弛等时效力学行为下的损伤演化所致。本文以某坝基黑云角闪岩为研究对象,进行了2组单轴应力松弛试验,获取了不同应力条件下的应力松弛及其相应的应力松弛速率曲线。试验结果表明：根据应力松弛曲线形态可分为快速松弛,减速松弛及应力稳定3个阶段,应力松弛的演化与岩石裂隙的萌生和流变变形密切相关。在此基础上,提出了采用非线性Maxwell模型描述岩石应力松弛特性,模拟结果与试验结果吻合较好。本文研究可为类似工程的长期安全稳定性研究提供理论依据。