低地应力区地下洞室开挖围岩剪应力静态数值模拟研究

本文以西北某市大型水利地下洞室工程为例,采用弹塑性二维有限元法对低地应力区洞室开挖后围岩剪应力分布与围岩变形破坏进行了数值模拟,总结出了低地应力区地下洞室开挖后围岩剪应力大小、分布规律与围岩变形破坏的关系.该项研究它将有利于进一步研究低地应力区地下洞室开挖后围岩稳定性,同时对保障地下洞室工程的圆满进行具有重要的理论价值和现实意义.     

俯冲带库仑楔形体力学

楔形体理论研究楔形体在底部摩擦力、重力和边界外力共同作用下内部的应力状态,有助于我们定量分析断层强度和岩石性质与楔形体稳定状态之间的关系.本文首先简要介绍基于不同楔形体材料而得出的应力解析解.然后介绍基于理想弹塑性材料的俯冲带库仑楔应力解析解.最后介绍基于该解析解而提出的动态库仑楔形体理论.俯冲带地震反射剖面数据表明,弧前靠近海沟部分地表坡度比较陡,其内部经历复杂永久塑性变形（称为外部楔形体,outer wedge）.而靠近内陆部分地表坡度比较平缓,反射剖面显示沉积层呈水平规则分布,常伴随沉积盆地（称为内部楔形体,inner wedge）.动态库仑楔形体理论认为弧前这种地表形态和内部构造特征的不同,可能反映了断层面摩擦性质的差异性.内部楔形体对应于断层面上的生震带,在地震周期可能主要经历弹性变形.而外部楔形体对应于断层面上的无震蠕滑部分,在地震发生时可能产生塑性破坏、永久变形.

     

华北地区库仑应力演化与强震活动关系

采用更加符合长期变形和震后短期变形的Burgers流变模型,模拟了华北地区1303年以来6.5级以上地震引起的同震和震后库仑应力演化.结合华北地区历史地震期幕活动特征,分析了不同活跃期之间、同一活跃期内不同地震之间的库仑应力加卸载效应.结果表明：华北地区不同活跃期的强震主体活动区受控于历史强震的库仑应力加载作用;每个活跃期内强震活动主体区在空间上的迁移与该活跃期内首个7.5级以上地震的触发作用有关;华北地区每个活跃期内强震活动在时间上表现出的"平静期—活跃警告期—高潮期—剩余释放期"应该是区域动力加载过程的一种表现.岩石圈流变松弛效应引起的库仑应力变化对华北地区强震活动时空演化有显著的促进作用.本研究讨论了库仑应力变化在华北地区历史地震活动时空演化过程中可能扮演的角色,为探索华北地区强震活动空间迁移和韵律特征蕴含的构造动力学过程,以及与之相关的地震危险性判定提供参考依据.     

由环境应力值寻找地震危险区的尝试

作者根据位错理论,采用二维矩形破裂模式,在导出了平均震源速度谱的基础上,导出了用地震波计算环境剪应力τ_0的公式。计算了1987—1991年中国和邻区大约1000多次4级以上中强地震的环境剪应力值τ_0,并把τ_0≥10MPa的地震看作是高剪应力值地震。自1987—1991年5年内,我国及邻区共发生M_s≥6.0的强震45次,和160余次高剪应力中强地震(M=4.0-5.0,τ_0≥10MPa),大约有1/4的强震和1/3的高应力值地震发生在台湾地区。说明台湾地区是一个高地震活动区和高应力值地区。新疆的喀什—乌恰—乌什地区也是高地震活动区和高应力值地区。我们对发生在其地区的强震,向前追溯了环境应力值τ_0的变化。发现有11个强震事件(约占全部事件80%)在震前1—5年内,在以强震为圆心,半径为200km范围内(个别略远),均有1—2个或多个高应力值地震出现。说明当高应力值地震发生时,该地区环境应力在增高,它可以作为将要发生强震的前兆。据此,推测了今后3年内大陆强震发生的可能地区是:①中印缅三国边境地区;②西藏波密地区;③青海北部到宁夏北部地区;④新疆伊宁地区;⑤纵贯新青藏90°E±2°线地带;⑥晋北忻州地区;⑦苏北及黄海地区;⑧山东长岛地区。     

不同轴压比钢筋混凝土圆柱桥墩地震易损性分析

以墩顶漂移率为指标运用ABAQUS有限元软件对钢筋混凝土桥墩进行地震易损性分析。对钢筋混凝土桥墩模型进行精细网格划分,运用循环往复Pushover方法模拟钢筋混凝土桥墩破坏界限值,以此界限值为标准对轴压比为0.20、0.22、0.24、0.26和0.30钢筋混凝土桥墩进行增量动力分析（IDA）。研究结果表明:结构的破坏超越概率,随着轴压比的增大而增大;考虑钢筋混凝土桥墩延性抗震性能,设计轴压比不宜超过0.30;轴压比为0.24~0.26时,钢筋混凝土桥墩破坏概率增加不大,宜为合理的轴压比。     

沟谷的隧道效应

深入研究沟谷应力场的一般规律对于岩爆机理和岩爆预测研究是重要的。V字型沟谷应力场的弹性解析解表明,在沟谷横断面上,存在一个大致平行于沟谷轮廊线的切应力高值区;在轮廊线的内法线方向,切应力单调减小,直至过渡到正常应力区,沟谷的隧道效应是显著的。沟谷的下切形成的二次应力场除了关于沟谷中线基本对称外,不具备轴对称特征,从坡顶到坡角,切应力高值区内切应力量级和高值区的宽度逐渐增大,在沟谷正下方达到最大,甚至有可能突然增大。沟谷深度和坡度越大、构造应力量级越高,切应力越大;在沟谷横断面上,塑性区的厚度具有明显的垂向变化,坡顶大,中间小,沟谷正下方又增大     

移动荷载下三维半空间动力安定性下限分析

针对交通移动荷载,基于第一动力安定性理论预测了弹塑性半无限空间动力安定性下限值。通过建立无限元边界的三维动力有限元模型,研究了移动荷载作用下弹塑性半无限空间的动应力分布,构造了稳态动应力下的残余应力场,基于残余应力场的构造提出了动力安定性下限值的预测方法,分析了交通动应力下的安定性下限值以及车辆移动速度对安定性的影响,同时分析了均布荷载和Hertz荷载分布对动力安定性下限值的影响。当荷载移动速度低于Rayleigh波速时,安定性极限值随着速度的增加而增加,而当速度超过Rayleigh波速时,随着速度的增加而减小。研究还发现,当荷载和总重相等时采用圆形均布荷载和Hertz荷载的安定性极限值较为相似。     

工程区高地应力判据研究及实例分析

对原地应力状态的准确把握是地下工程稳定性评价的重要基础,而选择可行的高地应力判据是进行地应力状态评价的前提条件。在详细分析现有各种原地应力评价判据的基础上,提出可行的高地应力判据,并在判据模型中引入了国际上认可度非常高的Shoerey模型,但该模型没有考虑岩体变形模量和岩石弹性模量的区别。通过广泛研究目前国内外关于岩体强度的理论和方法,引入Hoek-Brown岩体强度估算理论,补充完善了Shoerey模型。云南禄丰某工程隧道,工程区共布置两个地应力测孔,测试结果较为离散。利用应力状态评价和数据拟合方法,推算出最大埋深部位的应力值达19.29 MPa,而岩体整体强度仅为5.243 MPa。按照强度应力比和Shoerey模型的评判标准,该隧道洞身部位的应力状态均为极高应力状态,应引起重视。对原地应力状态评价的一般方法和步骤进行了概括总结,以方便其他工程参考使用。     

易门式大型铜矿床构造成矿动力学模型

针对金属矿床隐伏矿定位预测的关键问题,在提出构造成矿动力学的分支学术方向的基础上,以易门式大型铜矿床为例,从成矿地质背景、矿田构造、构造地球化学和成矿构造应力场等方面进行构造成矿动力学研究,阐述在构造应力场控制下成矿流体运移和聚集的规律。构造地球化学研究认为,构造地球化学异常反映矿体的原生晕;构造地球化学异常受构造控制,其分带特征可指示成矿流体的流向,并提供矿床成因和隐伏矿(化)体相对埋深的信息。构造应力场的控矿特征主要表现在:构造应力场导致控矿构造的形成,并驱动成矿流体的运移;构造应力场控制了成矿能量场;应力和能量的高值集中区分布特点可反映某些构造型式。在此基础上建立构造成矿动力学模型,概括隐伏矿成矿预测准则,据此提出若干重点找矿靶区和靶位,其中部分靶区得到工程验证,表明构造成矿动力学方法对隐伏矿定位预测和评价具有重要的指导意义。     

残积土含水率对其动力特性影响试验研究

选取厦门某建筑工程地基浅层残积土重塑试样,利用SDT-10微机控制电液伺服动态三轴测试系统,在呈正弦变化的动态荷载作用下,测试含水率分别为10%、15%、20%和23%时残积土试样的动应力-应变、动变形-作用时间(作用次数)、动弹性模量等动力学特性曲线与参数。分析试验数据表明:试样在动荷载作用下表现为黏弹塑性变形特性,且随着含水率提高,试样累积塑性轴向变形逐步增大,最大弹性模量逐步减少,但含水率由20%增至23%时,最大动弹性模量降低幅度不大。