水作用下地裂缝成因机制及数值模拟
  • 【DOI】

    10.7666/d.y2132853

  • 【摘要】

    水是地裂缝形成及加剧发展的重要因素,这是大家所公认的,但是关于其具体的作用机制问题,一直以来却争议颇多。究其原因,一方面是水土相互作用的机理很复杂,二是各个地区地质环境条件各异。开展水作用下的地裂缝综合成因机制的研究,具有重要的科学意义和社会价值。
       本文所作的主要工作,一是对水土相互作用的类型及模式进行了分析,总结了水作用下土体物质流动、物理力学性质和地质环境场变化的成因机制;二是分... 展开>>
    水是地裂缝形成及加剧发展的重要因素,这是大家所公认的,但是关于其具体的作用机制问题,一直以来却争议颇多。究其原因,一方面是水土相互作用的机理很复杂,二是各个地区地质环境条件各异。开展水作用下的地裂缝综合成因机制的研究,具有重要的科学意义和社会价值。
       本文所作的主要工作,一是对水土相互作用的类型及模式进行了分析,总结了水作用下土体物质流动、物理力学性质和地质环境场变化的成因机制;二是分别采用理论分析、数值模拟等方法对水作用下地裂缝的成因机理进行了研究;三是结合西安地裂缝、三原双槐树村地裂缝的实例分析,验证了理论模型的正确性,并对一些传统的认识进行了科学的解释。
       主要的工作及创新性成果如下:
       (1)基于随机介质理论对抽水沉降致裂机理进行了研究,结果表明由于抽水作用将在沉降中心区形成挤压区、在沉降边缘区形成张拉区,张拉区的应变在地面沉降漏斗的曲率变化最大处达到最大值,从而引起自上而下发展的张性地裂缝。
       (2)采用考虑偶应力的Mohr-Coulomb理论对抽水致裂机理进行了分析,结果表明抽水作用下产生的差异沉降,将会在土体单元中产生附加偶应力的作用,该作用使得单元应力呈现非对称的特点,从而使得强度曲线中的摩尔圆偏转,加大了土体剪切破坏的可能,从而在土体中形成剪切地裂缝。
       (3)首次采用基于弱面破坏和塑性滑动的理论对地裂缝活动进行了研究,结果表明具有先期断裂存在的地裂缝在抽水等扰动力的作用下,由于弱面抵抗变形和破坏的能力差,断裂容易再次破坏并沿破裂面发生滑移,该效应是西安这类具有先期隐伏断裂的地裂缝形成及发展的最主要因素。
       (4)通过建立考虑水土耦合作用并考虑先期断裂的数值计算模型,作者模拟计算了单裂隙抽水作用下的发展过程,并对其影响因素进行了敏感性分析计算,结果表明先期断裂对地面沉降具有诱导,隔离和放大的作用;地裂缝的强度参数内摩擦角和几何参数倾角对地裂缝活动的敏感性强。
       (5)通过对西安祭台村地裂缝段水文、地质、地貌等条件的分析,建立了考虑两条地裂缝的精细计算模型,计算结果与实际吻合较好。模型计算验证了很多问题,并取得了一些新认识:
       ①西安地裂缝与抽水作用直接相关,但其活动的主要因素是下伏断层控制作用下的弱面破坏和滑移效应,抽水沉降漏斗和地层差异导致的差异沉降只是次要的因素;
       ②西安的梁洼地貌对地裂缝的发展有一定的影响,梁洼相对高差大的先期发展要快一些,但总的量值相差不大。
       (6)浅表水作用下地裂缝的形成机制包括黄土湿陷致裂机制、冲蚀溶蚀致裂机制、水压致裂机制、失水收缩开裂机制等,三原双槐树村地裂缝暴雨开裂的分析表明,该地裂缝是在隐伏地裂缝的优势控水作用(包括阻水、截水作用,导水与强渗水作用)下,暴雨时引起的劈裂效应,冲刷效应和拖曳牵引效应的综合作用而造成的。 收起<<

  • 【作者】

    蒋臻蔚 

  • 【学科专业】

    地质工程

  • 【授予学位】

    博士

  • 【授予单位】

    长安大学

  • 【导师姓名】

    彭建兵

  • 【学位年度】

    2011

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    地裂缝  水土作用  成因机制  数值模拟  Mohr-Coulomb理论