地裂缝扩展方向及影响带宽度研究

论文摘要

目前,地裂缝已成为西安市城市建设的主要地质灾害,多年来给城市建设造成了巨大的经济损失,在城市规划发展方面也带来了一定制约。但随着控制开采地下水,地裂缝活动也明显减弱,人们希望能进一步利用地裂缝带土地资源与现有规范限制之间的矛盾日益加剧。所以,深入了解地裂缝的成因机理及影响范围,对促进该问题的研究和解决,降低经济损失都有十分重要的意义。本文研究的目的是分析出裂缝发展的一般性规律,包括裂缝的扩展方向和地裂缝上下盘的变形范围等问题,为进一步提高地裂缝带土地资源的利用率提供参考。研究思想是：万物有其相似的表现则必有其共同的本质。地裂缝的本质就是地层的断裂、开裂,它的形成机制类似于构造断层,但也有自身活动的个性：地裂缝的层地表展布和垂直形态与正断层相同,但由于过量开采地下水,地裂缝的活动量及其周期性又与正断层不同。本文运用材料力学、弹性力学的理论,基于地裂缝监测结果并使用有限元软件作为计算辅助,从静力学角度进行分析。首先,对于破裂面已存在的情况,分析了为何无论是大尺度的断层还是小尺度的地裂缝,其均是上盘比下盘破碎更严重,变形范围更大；并分析了土体压缩模量、边界位移、破裂面倾角和断面摩擦力等因素与地裂缝影响宽度的关系。其次,对于破裂面尚未形成的情况,分析了为何地裂缝破裂面的倾向和上部建筑裂缝倾向相反及近地表裂缝发展的形式多样的原因。提出裂缝扩展方向的主要影响因素是水平应力,但近地表裂缝扩展的多样性控制因素不仅有水平应力,还有土层力学性质。文中也浅谈了研究尺度和分析精度的问题,在一定程度上说明了本文建立的各线弹性模型的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 地裂缝国内外的研究现状
• 1.2.1 地裂缝成因说的提出
• 1.2.2 各成因说下的多种形成机制
• 1.2.3 西安地裂缝研究的工作开展
• 1.2.4 断层的研究现状
• 1.4 研究内容和意义
• 1.5 研究思路和方法
• 第二章 西安地裂缝概况
• 2.1 地质环境背景
• 2.2 西安地区地形变特点
• 2.3 地区水文地质条件
• 2.4 盆岭地貌与梁洼地层结构差异
• 2.4.1 盆岭地貌
• 2.4.2 梁洼地层结构差异
• 2.5 西安地裂缝分布及其活动特征
• 2.5.1 西安地裂缝的空间分布特征
• 2.5.2 地裂缝的剖面形态
• 2.5.3 西安地裂缝活动特点
• 第三章 地裂缝上下盘破坏现象的研究
• 3.1 地裂缝上下盘破坏的一般现象
• 3.1.1 断层破裂的一般现象
• 3.1.2 地裂缝上下盘的破坏范围
• 3.2 从材料力学角度分析
• 3.3 从土体中任一点的应力状态分析
• 3.4 数值模拟分析
• 3.4.1 模型设计
• 3.4.2 数值模拟分析
• 3.4.3 变形与边界条件的对应关系
• 第四章 地裂缝扩展行为研究
• 4.1 地裂缝及上部建筑破裂的不同现象
• 4.2 理论计算及数值模拟
• 4.2.1 强度理论及破坏判据的选择
• 4.2.2 深部地层的破坏
• 4.2.3 地裂缝上部建筑破坏分析
• 4.2.4 浅部地层的破坏
• 4.3 地表多种破裂面形成的力学机制浅析
• 4.4 分形几何及尺寸效应
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢