穿越活动断裂带深埋隧道围岩地震响应分析

西南艰险山区道路和铁路隧道工程占比大,存在着埋深大、地质条件复杂、地震活动频发的特点,还存在隧道工程与活动断裂小角度穿越的工程问题,且近场地震对不同埋深的围岩影响不同,因而活动断裂近场地震对隧道工程顺利施工和安全运营存在显著不利影响。基于此,本文首先基于国内外发生的多次灾难性地震对隧道工程的影响,分析归纳了历史地震震级对穿越发震断裂隧道围岩(围岩埋深、岩性和级别)破坏的影响规律。其次,结合活动断层等特性,获取了能够反映区域断层特征和脉冲特性的地震动记录。最后,采用有限差分软件FLAC3D研究了活动断裂近场地震对深埋隧道工程围岩的影响规律。研究结果表明:隧道埋深的增加使得隧道围岩更加稳定,对于隧道围岩的塑性变形有抑制作用。不同地震动作用下的最大剪应力和最大主应力走势基本相同,断层段隧道围岩应力均大于普通围岩段。IV级及以下围岩在200 m埋深、PGA在0.3g以上时发生了较大的位移和应力响应。响应水平随着PGA的增大而增加,PGA从0.2g到0.39g的过程中有一个较大的增加,增幅接近50%,此过程是隧道产生塑性变形的主要过程,塑性区面积也随着PGA的增大而逐渐增大,因而在穿越活动断裂深埋隧道需认真考虑其近场地震的影响。研究成果可为隧道抗震优化设计提供技术支撑。

活动断裂带大调整量无砟轨道设计与试验研究

研究目的:为满足跨活动断裂带线路铺设无砟轨道需求,提升该地区无砟轨道的线路平顺性与舒适性,提出一种大调整量活动承轨台式无砟轨道。采用ANSYS有限元软件建立整体和轨枕局部有限元模型,分析活动承轨台式无砟轨道的受力特性,在此基础上进行大调整量无砟轨道结构参数优化研究以及疲劳试验研究,分析结构刚度、位移和应变变化情况。研究结论:(1)活动承轨台式无砟轨道在列车荷载与温度荷载叠加作用下,最大拉应力出现在轨枕位置,为3.47 MPa,各部件应力均满足强度要求且在轨枕尺寸和材料优化后进一步降低;(2)疲劳试验中随着疲劳加载次数增加,结构横、纵向刚度在疲劳前后变化分别为3.4%和24.2%,结构应变小幅增加,未见塑性变形与明显损伤;(3)仿真与试验结果可为活动断裂带地区无砟轨道设计提供参考和借鉴。

滇藏铁路沿线重要活动断裂带晚第四纪活动性初步研究

滇藏铁路位于青藏高原东南缘板块碰撞和构造活跃的地形急变带,沿线活动断裂发育,地震频发,地震烈度强,且地质灾害频繁,其规划施工建设和长期运营面临的地质安全风险问题严峻。滇藏铁路香格里拉—波密段沿线发育了哈巴—玉龙雪山东麓断裂带、中甸—龙蟠断裂带、德钦—中甸—大具断裂带、维西—乔后断裂带、金沙江断裂带、巴塘断裂带、澜沧江断裂带、怒江断裂带、边坝—洛隆断裂带、嘉黎—察隅断裂带等10余条活动断裂带。受断裂黏滑位错、蠕滑变形和引发强震风险的突出影响,迫切需要厘定区域活动断裂带的几何展布和活动性。基于前人资料、遥感解译和野外调查,本文总结分析了沿线10余条活动断裂带的几何展布、运动性质、滑动速率和古地震历史等,以期为滇藏铁路等国家重大工程规划建设与安全运营提供基础资料。

活动断裂带下聚氨酯固化道床受力与变形传递规律及其影响

为研究活动断裂带下聚氨酯固化道床结构的受力和变形传递规律及其影响,针对活动断裂带地质特征和聚氨酯固化道床结构特点,基于有限元法和仿真分析软件建立相应的有限元模型。研究结果表明:断裂所致的基础错动将直接映射到轨面,形成明显轨道不平顺,轨面不平顺线形与断裂面线形相近,但不完全重合;断裂位移导致轨面高低、方向变化率增量大于断裂角影响,断裂位移由5 mm增至20 mm,轨面高低、方向变化率增量分别为2.18,0.77 mm/m,断裂角由30°增至90°,轨面高低、方向变化率增量分别为0.11,0.03 mm/m,断裂位移是影响轨道不平顺的主要因素;正断层和走滑断层形成的钢轨变形波长分别为6.1~7.0 m和17.0~19.6 m,后者约为前者的3倍;正断层作用下,固化道床底部离缝宽度随断裂竖向位移v的增加而增大,断裂位置离缝明显,断裂位移为20 mm时,最大离缝宽度达10 mm以上;固化道床纵向应力分布连续,变形曲率最大处应力最大,但应力水平整体较低。

泾阳-渭南活动断裂带场地形变与地层应力特征数值分析

西安地铁十号线穿越的泾阳—渭南断裂,该断裂为全新世活动断裂,黏滑发震与同震位错对地铁线路构成潜在安全威胁。为揭示泾阳—渭南断裂带黏滑发震和同震位错作用引起的场地形变与地层应力特征,以西安地铁十号线穿越泾阳—渭南断裂带为工程背景,建立断裂带场地同震位错与黏滑发震地质力学模型,考虑不同位错量及发震强度,开展断裂带场地形变及应力场特征的数值模拟分析。结果表明:同震位错下场地在断裂带附近上、下盘分别出现应力降低区和增强区,场地呈反“S”形差异沉降破坏,差异位移在断裂带处达到峰值且塑性区集中,上盘变形范围与塑性区分别为下盘的1.67倍和2.50倍;黏滑发震作用下场地在断裂带附近位移量及差异形变均达到峰值,大震时场地位移影响范围约为中震的6.50倍,且具有典型的上盘放大效应,远离断裂带时位移呈线性递减;大震时地表峰值加速度放大系数受影响范围为中震时1.14倍,场地呈“V”形剪切破坏,上盘塑性区范围约为中震时1.40倍,而下盘则为1.00倍。研究结果可为西安地铁线路穿越泾阳—渭南断裂带场地的抗震设防提供科学依据与参考借鉴。

重力勘探在银川平原活动断裂构造调查中的应用

活动断裂是地震、滑坡等地质灾害的直接诱因。为进一步查明活动断层的空间分布对浅地表活动的影响,评估地质灾害危险性以及城市建设区域选址,本文以银川平原1∶20万重力数据为基础,采用小波分析手段在研究区内截取6条重力剖面,选取的剖面穿过区内主要断裂构造,运用边界识别、欧拉反演、人机交互反演等多种方法对重力异常数据进行处理。根据处理结果对研究区内断裂构造进行解释,明确了区内银川断裂和芦花台断裂的顶面埋深、倾角和位置等具体参数,进一步补充、完善了对银川平原断裂体系的认识。

大临铁路区域活动断裂地热特征与地质选线研究

大理至临沧铁路跨过澜沧江后穿行于云县—临沧花岗岩体,地形地貌和地质条件复杂,铁路长大隧道设置不可避免,工程艰巨,深大活动断裂及高地温热害控制线路方案。结合白石头隧道地质勘察,分析了区域花岗岩体的多期次叠加侵入和形成机理,以及凤庆-云县—临沧水热活动带内活动断裂、地热分布特征和地热成因,开展高原艰险山区铁路综合地质选线研究,成功避开了区域地热异常带,推荐了常温带作为隧道线路方案,经过施工验证,推荐方案合理、可行。

高分辨率遥感技术在川西毛垭坝地区活动断裂研究中的应用

高分辨率遥感技术对构造微地貌精细结构的识别能力大大地提高了活动断层调查的效率。该文在系统总结活动断裂遥感影像标志的基础上,综合利用Landsat8和GF-2这2种影像数据,采用宏观地貌到微地貌的遥感解译方法,结合前人研究成果和野外实地考察,对川西毛垭坝地区的活动断裂进行了分析与研究。研究表明,除义敦—理塘断裂带以外,研究区还发育数条呈近EW向具正断裂性质的活动断裂。综合区域地质背景分析认为,在印度板块与欧亚板块的强烈碰撞挤压背景下,青藏高原东南缘地壳物质不断横向挤出,发育了右旋走滑的巴塘断裂和左旋走滑的理塘断裂2组共轭断裂。在2者的共同控制作用下,研究区正处于局部伸展阶段,并发育了近EW向的断裂构造,这些断裂控制了大毛垭坝、小毛垭坝以及北侧的措普盆地的发展与演化。

穿活动断裂带隧道抗错动易损性分析方法

活动断层错动作用是导致穿断层隧道结构破坏的主要因素,因此评估穿断层隧道结构的抗错动性能对于隧道抗震设计至关重要,然而目前研究尚缺乏针对穿断裂带隧道结构抗错动性能的评估方法。为此,提出了一种面向穿活动断裂带隧道结构抗错动性能评估的易损性分析方法。首先,基于概率断层位错危险分析(PFDHA)推导隧址区断层位错超越概率计算公式;其次,建立围岩-断层-隧道相互作用体系的有限元分析模型,并选定易损性分析指标,采用拟静力弹塑性分析方法得到隧道损伤与断层位错量之间的量化关系;最后采用隧址区断层位错超越概率计算公式计算出任意给定地震动水准条件下穿活动断裂带隧道结构的抗错动易损性。以某穿活动走滑断层隧道为例,依据所建立的易损性评估方法开展影响因素分析,探究了断层倾角对隧道结构抗错动性能的影响规律,结果表明:断层倾角越小,穿断层处隧道结构的易损性越小,且上盘侧隧道衬砌易损性显著高于下盘;隧道易损性对5~8级矩震级的变化更为敏感;隧道选线沿着近破裂带端部穿越可显著降低隧道结构的受损概率。该方法可以定量描述穿断层隧道在给定地震动强度下的易损性程度,可为穿活动断裂带隧道结构抗震设计与抗错动性能评估提供科学依据和分析手段。

初至层析反演技术在城市地质活动断裂调查中的应用

利用回折波法建立初始模型,通过菲涅耳带层析成像方法进行迭代。假设初至波在水平地表和垂向连续介质中以回折波的方式传播,使用勒让德多项式拟合初至曲线,利用Gauss-Legendre积分公式计算回折波的回折点深度和速度。初至层析反演成像处理在城市地质活动断裂调查中有两个主要目的:层析反演的静校正应用于叠加成像,清晰显示活动断裂的特征;提供准确的表层速度模型,确定活动断裂上下盘的速度异常带位置。只有同时实现这两个目的,初至层析反演技术才能被确认为适用的解决方案。利用城市地质地震勘探数据进行初至层析反演成像,获取0~200 m深度的地层结构,反演结果较清晰地反映了表层速度结构的横向变化和异常体的分布情况,叠加成像剖面能够准确识别断层位置,反演的结果明确揭示出多个断层的位置和走向,为城市规划和地下空间建设提供了参考依据。应用实例表明,初至层析反演技术是一种应用于城市地质活动断裂调查中的可靠技术手段,具有广阔的应用前景。

东昆仑活动断裂带玛曲段活动特征及其东延

东昆仑活动断裂是青藏高原东北缘一条重要的NWW向边界断裂。通过野外观测和遥感解译,发现东昆仑活动断裂带玛曲段主要由玛曲、迭部-武都和迭山-舟曲3条左阶斜列的活动断裂组成。该断裂带晚第四纪的活动性非常强烈,晚更新世晚期以来的平均左旋走滑运动速率达(10.15±0.34)mm/a,与该断裂带在西大滩、东大滩、花石峡和玛沁等地的运动速率基本相同,说明东昆仑活动断裂带延伸到玛曲段并没有逐渐消亡,而是继续向东延伸,最终与秦岭南缘活动断裂相接。

高速公路穿越安丘—莒县活动断裂综合勘察方法研究

新建潍坊至青岛公路及连接线工程穿越安丘—莒县活动性断裂,为查明该断裂在此区段的具体分布位置、构造特征及活动性,首先,对区域地质构造进行研究,初步判断安丘—莒县断裂在曹村附近通过,为断层精确定位与活动性鉴定奠定了基础;然后,通过遥感解译分析和现场地质调绘复核断层分布的微地貌及露头特征,通过浅层地震物探法推测断裂在地层中的分布形态,通过钻探揭露验证断裂具体分布特征及活动性;最后,通过参考邻近工程的C14及光释光试验测年成果进一步分析该断裂活动年代。研究结果表明,安丘—莒县活动断裂的东支和西支与新建高速公路分别相交于K24+900和K23+550附近,活动年代为第四系晚更新世晚期及全新世,其两侧的F1和F2断层为前第四纪断裂。经过分析论证,项目区内安丘—莒县活动断裂的东支和西支活动性较强,对拟建公路影响较大,而F1和F2断层活动性较弱,对拟建公路影响较小。根据研究成果,新建公路在断裂分布区段采取一般路基形式通过。

地震断层粘滑错动对青藏铁路变形效应的有限元分析——以东昆仑活动断裂为例

东昆仑断裂是青藏高原北部现今仍在强烈活动的左旋走滑地震断裂之一,该断裂的未来地震活动及其突发性粘滑错动是青藏铁路面临的重大工程地质问题。本文基于断裂几何学和运动学特征,通过加入8m的水平左旋位移,模拟了东昆仑断裂未来地震活动震中位于铁路线附近时铁路变形效应。结果表明,震中位于铁路线附近时,基岩整体移动,而第四纪松散层和道床则发生了变形,靠近断裂带附近的第四系自下而上水平位移明显减小,而铁轨和道床没有明显的断错,表现为长度约为25m的连续左旋弯曲变形;在铁路东、西两侧形成NE向的张裂陷和NW向的地震鼓包。在断裂带附近,铁轨发生了严重扭曲,铁轨应力自断裂带向两侧逐渐降低,而且铁轨的最大剪应力平面与铁轨的延伸方向垂直,因而在地震影响下,铁轨最有可能发生的破坏是剪切性的,并提出加宽路基、置换土层等工程防治措施。

活动断裂地震危险性的研究现状和展望

本文综述了活动断裂地震危险性研究的历史、发展现状、存在的问题及发展方向。在活动断裂地震危险性研究中,重点论述了在概率分析研究阶段地震复发模式、概率模型、断裂间相互作用以及最大震级的评估等问题,指出未来活动断裂地震危险性分析研究的主要发展方向是多学科资料和研究手段、动力环境分析和力学模型的引入。

渤海海域主要新构造活动断裂带

渤海位于渤海湾盆地的东部，是我国华北地区新构造活动最强烈的地区之一，盆地内的沉积盖层（N—Q）中断裂极为发育。许多研究者从不同角度对渤海新构造进行过研究，但认识不一。笔者基于以往的工作，对该区新构造作了较深入的分析，确定渤海新构造运动起始于中新世晚期（12～10MaBP）。从三维空间分析盖层断裂，并按其与盆地基底断裂的成因关系，将新构造活动的断裂分为继续活动断裂和新生断裂，并划分出3条主要的新构造活动断裂带：北东（偏北）向营口-潍坊断裂带北段是继续活动构造带，右旋逆平移活动，活动性弱；北西西向北京-蓬莱断裂带亦为继续活动构造带，左旋正平移活动，活动性较强；北东向庙西北-黄河口断裂带为新生构造带，右旋平移活动，活动性强。后两者组成一对以庙西北-黄河口断裂带为主的偏共轭活动构造带，该区域地震活动与之关系密切。最后探讨了渤海地区新构造期北东东-南西西至近东西向水平挤压的构造应力场及其与新构造活动断裂带发育的关系。提出新构造应力场与古近纪盆地裂陷阶段的应力场截然不同，新构造为地壳共轭剪切破裂系统，古近纪盆地构造是发育于地壳上部的伸展构造系统，这是两期不同体制的构造系统。

青藏高原东缘活动断裂地质灾害效应研究

活动断裂的地质灾害效应是工程地质与地质灾害领域研究的重要内容。本文以第四纪以来构造活动最强烈的青藏高原东缘为例,阐述了活动断裂地质灾害效应的主要表现形式,包括:(1)活动断裂对地形地貌和岩体结构的影响;(2)断裂剧烈活动(地震)诱发地质灾害;(3)断裂蠕滑作用对斜坡应力场和稳定性的影响;(4)断裂活动是地质灾害链的源头,为地质灾害提供物源。上述表现形式及灾害成因机理和分布规律是活动构造区地质灾害防治中需要关注的关键问题。根据青藏高原东缘典型地质灾害案例研究提出,内外动力耦合作用成灾机理是未来地质灾害研究方向,将为活动构造区地质灾害早期识别和防灾减灾提供理论依据。

四川西部理塘—巴塘地区的活动断裂与1989年巴塘6.7级震群发震构造研究

四川西部的理塘-巴塘地区以近SN向的断裂构造为主,并发育1组NNE和NW向的共轭剪切破裂带.文中在详细的TM卫片和航空照片判译的基础上,以活动构造地貌学为主线,重点解析了该地区断裂构造晚更新世-全新世以来活动的表现形式,确定近SN向的金沙江断裂带晚第四纪以来的近EW向的缩短速率为2 ～3mm/a,NNE向巴塘断裂的右旋水平滑动平均速率为1.3 ～2.7mm/a,NW向理塘断裂的左旋水平滑动平均速率为2.6 ～4.4mm/a.结合地球物理场、震源机制解、GPS测量等资料,分析了该地区现今地壳运动的总体态势及其所导致的块体运移规律,指出1989年巴塘6.7级震群的成因,是由于NNE向巴塘断裂和NW向理塘断裂共轭剪切所派生的近EW向正断层的张性破裂所致,揭示了一个挤压构造环境内正断层发震的典型震例.

活动断裂的变形特征及其大地震复发周期的估算

活动断裂是晚更新世10-12万年以来一直在活动,现在正在活动,未来一定时期内仍会发生活动的各类断裂。活动断裂控制着大地震的发生,是不同类型地震的发震构造。从活动断裂的变形特征来看,不同性质的活动断裂具有不同的发震构造模型,研究这些问题对认识强震的发震条件,划分潜在的震源区或地震危险区,评估发震构造和发震地点具有重要的意义。基于国内外对不同类型活动断裂的认识,结合近10年来在青藏高原地区对活动断裂的研究,总结了活动断裂的基本变形特征和对大地震复发周期估算的认识。研究表明,东昆仑断裂库塞湖段类似2001年Ms8.1级大地震的强震复发周期为250-350年,阿尔金断裂康西瓦段类似Ms7.4级大地震的强震复发周期为370-500年,而在青藏高原东缘的龙门山地区,类似2008年5月12日Ms8.0级汶川大地震的强震复发周期为3000-6000年。这些结果可能暗示着走滑断裂大地震的复发周期远短于逆冲断裂大地震的长复发周期,这是值得高度重视和深入研究的新课题。

城市活动断裂探测的方法和技术

发生在城市范围内的直下型大地震可能产生巨大的灾害 ,包括高的振动破坏和强的断裂地表错动。因此 ,城市范围内的直下型活动断裂和隐伏活动断裂探测及地震危险性和危害性评价是十分重要的。立足于城市环境复杂、污染重、干扰强的特点 ,文中介绍了城市活动断裂探测的主要方法 ,包括地质地貌、地球化学和地球物理方面的多种探测方法。在地质地貌方法中 ,最新断裂活动面的断错地质地貌制图及针对断裂新活动和古地震研究的钻探和槽探具有特别重要的意义 ,年轻地质体和地貌面年龄测定是一项关键技术 ;地球化学探查 ,尤其是多种气体测项在隐伏断裂初步定位中起到先锋作用 ;在各种地球物理探测中 ,浅层地震勘探起着关键作用 ,而在探查活动断裂深部背景和孕震可能性时 ,各种深地震探测方法是十分重要的。在城市活动断裂探测这一新的工作中 ,必须更多地强调和更好地做到地质地貌、地球化学和地球物理探测的结合 ,做到多种探测手段和勘探方法的综合运用 ,这样才能做好断裂定位、断裂活动性判定及分析断裂孕震条件工作。

泛亚铁路滇西大理至瑞丽沿线主要活动断裂与地震地质特征

根据最新的遥感影像解译和地表调查成果,分析总结了拟建的云南大理至瑞丽铁路沿线区域最新的地表变形特征、主要活动断裂带的几何分布与运动学特征。结果显示,影响该区地壳稳定性的活动断裂带主要有10条,从东到西包括:点苍山东麓断裂、云龙-永平断裂带、保山断裂带、蒲缥-施甸断裂、太平-罗明坝断裂、镇安断裂带、龙新共轭断裂系、黄连河共轭断裂系、龙川江断裂和畹町断裂带,其中晚第四纪期间活动性最显著、对工程场地稳定性影响最大的是:点苍山东麓断裂带、保山盆地西缘断裂带、蒲缥-施甸断裂、畹町断裂带等。同时,通过整理分析近代强震资料发现,仅根据历史强震资料所揭示的高地震烈度区是不全面的,结合最新的活动断裂调查成果,对大瑞铁路沿线区域的地震烈度分区进行重新划分后,认为大瑞铁路工程场地区从东到西至少存在:大理-弥渡、保山、蒲缥-施甸、镇安-荆竹坪和瑞丽-畹町5个大于等于Ⅸ级的高地震烈度区,需要在铁路工程建设的抗震设防时给予重点关注。