活动断层作用下地表强变形与破裂的机理研究

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摘要:我国经济的快速发展带动的城市化运动使得我国城市规模逐渐扩大化和人口逐渐密集化,城市附近的地下活动断层作用对城市的影响也越发显得必要。经济发展带动现代科技的发展,使得城市活断层的探测技术有了较大的发展;同时基于地下结构模型和断层构造的研究,城市活断层的危害性研究也趋于成熟。经过分析前人研究城市活动断层作用下对城市的影响所用的的理论分析、数值模拟、实验研究、现场调查等方法之后,提出了自己的一套结合理论分析和数值模拟的方法:在数值模拟中引用无限元边界条件,同时将岩体和土体分开来,取代在以前的研究中将岩土体作为一个整体的计算思想。活动断层作用下,岩体表面的位移通过Okada方法来实现,土体表面的位移通过有限元的方法来模拟。在三维建模的过程中,文中引入了BIM的建模思想,通过ArcGIS等进行模型数据的收集,通过地质建模软件GOCAD建立土体的地质模型,然后通过有限元软件Abaqus的二次开发平台实现有限元模型的导入。通过这一套全新的方法比较系统地开展了不同断层机制对于典型上覆土层作用时的基本破坏过程和现象研究。使用无限元边界条件下的二维模型分析了不同覆土厚度、活动断层的断层倾角、错断位错量以及错断形式对地表面位移的影响。经过分析可知:除分析因素外的其他影响因素相同的情况下,上层覆土厚度越大,地表面的位移越小;错断位移量越大,地表面的位移越大;断层倾角越大,地表面的位移峰值越大,影响区域越集中;不同的错段形式,逆断层的上盘上覆土体的位移最大,并且位移随着地表距离的变化趋势更明显,也即位移曲线的斜率也最大,逆断层对其上盘的上覆土体的位移影响最大。同时文中结合“城市活动断层探测与地震危险性评价”项目,建立研究区域三维地质模型,运用静力有限元方法进行数值模拟分析,预测未来发生活动断层作用引起的地表破裂和强变形。通过本项目的研究,笔者对自己的研究方法和研究结果做了一定的分析,提出了研究方法中有待提高和修正的地方,为同类研究在研究方法和研究内容上均提供了借鉴。
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