隐伏正断层错动与抽水致地表破裂的数值模拟.pdf

摘 要 地裂缝往往是先在断裂构造的基础上初步形成，然后在抽水作用下加剧活动。研 究隐伏断层错动和抽水作用下地表土体的破裂变形效应，对确保工程建设的安全运行 具有重要意义，也为工程地质环境的分析评价提供科学依据。论文通过建立三维有限 元数值模型，分别对隐伏正断层错动作用下、抽水作用下以及二者共同作用下土体的 变形破坏效应开展了研究，经过深入分析土体的应力应变特征和变形破坏过程以及影 响因素，得到以下主要结论： （1）通过对应力 lode 参数的分析，研究了隐伏断层错动过程中上覆土体应力状 态的变化，研究表明：在断层错动过程中，断层两盘土体的应力状态呈现压剪→纯剪 →拉剪→纯剪→压剪交替变化。 （2 ）通过变换土层性质和厚度、断层错动模式和倾角，研究了工程建设“避让 带”与“关注带” 的宽度和起始位置，研究表明：“避让带”受土体厚度与断层倾角的 影响最大，“关注带”受土体的弹、塑性质影响最大。 （3 ）采用控制变量法，研究了抽水活动中土体的先期断裂、抽水深度以及井与 断裂的位置关系对地表变形的影响，研究表明：先期断裂加剧了地表的差异沉降，倾 角为 60时影响最大；在上盘一侧抽水对断裂的影响随井与断裂距离的增大先增强后 减弱；抽水深度越大，形成的影响越大。 （4 ）通过对土体应力应变状态的分析，研究了隐伏正断层错动与抽水共同作用 下的地表变形效应，研究表明：断层带附近地表的变形最大，尤其当上盘一侧抽水时， 处于组合作用下的土体比仅被断层错动作用的土体更容易产生变形，靠近断层带的底 部土体极易发生破裂并向上扩展到砂层。 关键词：地裂缝；隐伏正断层；抽水；地表破裂；数值模拟 I ABSTRACT Ground fissures are usually formed initially on the basis of fault structures, and then intensified by pumping-water. It is important to study the effect of rupture and deformation of surface soil under the action of the fault bedrock diastrophism of buried fault and pumping, which is of great significance for ensuring the safe operation of engineering construction, and also provides scientific basis for the analysis and evaluation of engineering geological environment. By establishing three-dimensional finite element numerical model, the deformation and failure effects of soil under the action of the diastrophism of buried normal fault, pumping and combination of them are studied respectively. Through in-depth analysis of stress-strain characteristics, deformation and failure process and influencing factors of soil, the following main results are drawn: