地震断层粘滑错动对青藏铁路破坏效应的数值模拟——以东昆仑断裂为例

论文题目: 地震断层粘滑错动对青藏铁路破坏效应的数值模拟——以东昆仑断裂为例

论文类型: 硕士论文

论文专业: 地质工程

作者: 欧阳永龙

导师: 胡道功,王连捷

关键词: 青藏铁路,粘滑错动,数值模拟

文献来源: 中国地质科学院

发表年度: 2005

论文摘要: 本文主要是在大量资料查阅的基础上，简要介绍了青藏高原北、中、南地区各个主要断裂带的特征以及青藏高原地震活动时空分布特点，尤其对昆仑山活动断裂及2001年昆仑山口西Ms8.1级地震的运动学和几何学特征进行了详细的描述。进而在此基础上，运用有限元的分析方法，借助通用有限元分析软件ANSYS，并以昆仑山活动断裂为例，对由于地震粘滑错动而导致青藏铁路的破坏效应进行了定量数值模拟。在整个的模拟计算过程中，取得了以下一些研究进展和认识：(1)青藏高原的北部区域内带有左旋性质的走滑活动断裂，如阿尔金断裂、海原断裂，鲜水河一安宁河一则木河一小江断层带，它们的左旋走滑速率约为10～15mm／a。东昆仑断裂走滑速率在随时间衰减，现在的平均左旋走滑速率为10～12mm／a。而青藏高原南部具有右旋走滑性质的走滑活动断裂。如嘉黎断裂、红河断裂，其右旋走滑速率较之北部的左旋性质的活动断裂略有下降，他们的右旋走滑速率约在5～15mm／a的范围之内。东昆仑全断裂带共发生古地震事件12次，重复间隔约为1000年，东昆仑断裂带西大滩断裂在全新世早期存在3次古地震事件，这3次地震的震级7.6级，7.6级，7.3级。对应的同震水平位移分别为9m，9m，4m。(2)在了解昆仑山活动断裂几何学和运动学的基础上，建立了由基岩、第四纪松散层，道床、混凝土枕、铁轨组成的一般性的地质模型和数学模型；并在模型中间以软件所提供的接触对的方式模拟出断裂带，以断裂带为界，将地质模型分为了断裂南盘和断裂北盘。确定了模型边界的约束条件和荷载的施加，即对模型的整个断裂北盘予以约束，而在断裂南盘施加由西向东的初始位移。(3)模拟过程主要针对地震震中所处位置的不同而进一步分为两种情况，第一种情况为地震震中远离铁路线，此时加入3m的水平左旋位移。模拟结果表明，震中远离铁路线时，断裂南盘基岩和第四系均发生3m的左旋走滑位移，而铁路附近的第四系水平位移明显减小，铁轨和道床没有明显的断错，表现为1～2m的连续左旋弯曲变形；铁路东西两侧形成NE向的张裂陷和NW向的地震鼓包，而道床和铁轨垂直位移幅度较小。在断裂带附近，南侧铁轨发生了顺时针方向的扭曲，北侧铁轨发生了逆时针方向的扭曲。第二种情况为地震震中处于铁路线附近，此时加入8m的水平左旋位移，结果表明，它的变形效应与震中远离铁路线时相似，但位移幅度却明显增大，铁轨和道床形成4～5m的连续左旋弯曲变形，而且此种情况铁轨的应力水平比震中远离铁路时要高出2.5倍左右。铁轨的扭曲也更厉害。因此，在未来，不管地震震中是处于铁路线附近，还是远离铁路线，一旦地震发生，其断裂的突发性粘滑错动都将导致青藏铁路的大变形和破坏。(4)根据模拟计算结果，对整个模型在地震作用下各种介质所发生的水平位移以及垂直位移作了定量的分析对比研究，对铁轨的应力变化也进行了探讨，并在这些分析的基础上提出了在断裂带附近加宽路基，置换土层，加密枕木等一些工程建议。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 前言

第一节 选题依据

第二节 技术路线

第二章 青藏高原活动断裂特征

第一节 青藏高原北部左旋走滑活动断裂

第二节 青藏高原中部活动断裂

第三节 青藏高原南部右旋走滑活动断裂

第四节 东昆仑活动断裂带

第三章 青藏高原地震活动特征

第一节 青藏高原地震活动时空分布

第二节 2001年昆仑山口西Ms8.1级地震

第四章 地震断层粘滑错动对青藏铁路破坏效应的数值模拟

第一节 有限元方法及ANSYS通用软件简介

第二节 地质模型的建立

第三节 数学模型的建立

第四节 同震位移3m时铁路变形破坏模拟

第五节 同震位移8m时铁路变形破坏模拟

第五章 工程稳定性评价及防治建议

第一节 工程稳定性分析

第二节 工程防治建议

致谢

参考文献

发布时间: 2007-12-20

参考文献

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