根据烈度分布确定华北历史地震破裂区的经验准则及其应用

地震破裂区是地震时沿发震断裂带的同震错动面或破裂面在地表的垂直投影区域,指示了震源断层/破裂的位置与尺度。确定过去长期的强震/大地震破裂区是鉴别地震空区、研究与预测强震危险性的重要基础。对于现代强震,破裂区可运用多种现代技术方法确定,但对于历史强震,破裂区确定的方法需要探索与发展。以华北地区为例,研究利用烈度/等震线资料、结合地震构造与震区地表地质环境等信息确定历史强震破裂区的方法,并开展应用试验。结果表明:研究区现代地震破裂区延伸的烈度区间与极震区烈度、震区环境之间存在密切关系,基于这种关系建立了2条经验准则,可分别用于根据烈度分布确定华北2类震区环境(基岩区和厚层第四纪松散堆积覆盖区)历史强震破裂区的位置与延伸。文中还提出通过综合地震构造、现代小震/余震分布等信息,辅助确定历史强震破裂区横向宽度的思路与途径。作为应用试验,文中确定了5次历史地震的破裂区,结果表明本文发展的经验准则及相应方法适用于华北地区历史强震破裂区的确定。

断续节理岩体中围岩破裂区的试验研究

为了研究断续节理对围岩破裂区形成与扩展以及破裂区大小的影响,采用真三轴巷道平面应变模型试验台,运用数字照相进行变形量测的方法,研究分析了断续节理岩体中裂纹的产生、扩展与贯通机理及其围岩的破坏失稳行为.结果表明:在断续节理岩体中,围岩破裂区是由于新生裂纹与原有节理相互贯通,导致岩体中产生纵横交错的贯通裂隙所致;在断续节理的影响下,巷道围岩破裂区并不是均匀发展,而是首先产生于顶板节理附近,然后向巷道周边其它相邻部位发展;最终的破裂区厚度在平行于节理方向最大,而在垂直于节理方向的厚度最小.

煤巷煤体破裂区厚度的一种计算方法

通过对煤巷两帮煤体受力特点的分析研究 ,从理论上导出煤体破裂区厚度的计算公式 ,分析了各相关因素对煤体破裂区厚度的影响 .与实测破裂区厚度比较 ,相对误差为 10 %左右 .结果表明 ,减小巷道高度、增大煤体与岩层接触面的摩擦角是减小煤体破裂区厚度的有效途径 .

2003年云南大姚两次强震破裂区重叠程度的研究

地震破裂后,破裂区应变能是否已经充分释放,能否在破裂面内再次发生震级接近的地震,是双主震研究的重要问题.通过对2003年云南大姚两个地震序列的双差定位,发现余震区扩展,但两余震区无论在深度上还是在水平位置上基本不重叠.又通过相对定位的方法,发现7月21日主震位于10月16日主震的北西西方向.此外,还通过P波初动极性分析的方法,发现两次主震破裂面的走向略有差别,这与余震区重定位后的分布一致.这些结果表明,大姚两次地震有可能发生在断层系统的不同段落上,虽然距离很近,但是两破裂区基本没有重叠.

2011年日本M_W9.1地震前后破裂区内视应力时空变化

2011年3月11日,一个M_W9.1地震袭击了日本本州地区,为了分析这次地震前后主震破裂区内应力时空变化,我们选取1996年1月~2016年6月期间发生在破裂区内的563个5.0≤MS≤6.9地震,研究了视应力随时间的变化和空间分布。日本M_W9.1地震前从2002年中起视应力开始呈趋势性上升变化,到2009年初以0.18 MPa/a的速率从0.6 MPa上升到1.76 MPa,相差约3倍,直到地震发生前夕一直保持在1.5 MPa之上。地震发生之后,直到2016年6月在破裂区内视应力呈缓慢下降变化,但仍保持在1.5 MPa之上较高水平。视应力在地面上和断层面上的分布显示,1996—2005年间破裂区仅存在个别视应力高值,从2006年到2011年2月,破裂区大面积出现视应力高值。在日本M_W9.1地震发生之后的近3个月内,破裂区视应力整体处于高值水平,之后在较高的水平上缓慢减弱。视应力是地震断层面上平均应力的下限,视应力的高低在一定程度上反映的是震源断层面上平均应力的高低。在日本M_W9.1地震前,发生在破裂区内的地震,其断层面上的平均应力经历了大约8.5年的趋势上升变化过程。这次大地震前破裂区所在的地壳应力逐渐增加,最后导致断层面错动发生日本M_W9.1地震。

柱状节理岩体开挖卸荷效应及破裂区分布规律

为了分析柱状节理洞室的变形和破裂区分布特征,研究岩体开挖扰动后的卸荷效应.在构建的复合型多弱面本构模型的基础上,建立柱状节理岩体开挖卸荷过程中弹性模量随应力水平的变化机制,提出适用于柱状节理岩体的理论公式,并成功嵌入本构模型,实现了柱状节理岩体的卸荷效应.结合取得的研究成果,进行柱状节理洞室开挖的计算分析,获取了围岩的变形特征及塑性区分布规律,发现节理面的屈服破坏与节理的倾向关系密切.研究各组节理面在塑性区开展过程中的影响,结果表明,垂直于开挖面的主节理面影响最大.揭示了柱状节理洞室围岩破裂区的开展过程及分布规律,即主节理面破裂贯通的过程并伴随次节理面的破裂扩展及岩体的开裂.

历史大地震破裂区地震危险性的地震活动性定量分析——以南北地震带中北段为例

尽管地震空区理论在中长期地震预测中起着重要的作用,但大地震复发在时间上的丛集或非线性行为使得在中长期地震预测研究中依然需要同时考虑非地震空区的、历史地震破裂区的潜在大地震危险性。为了探索能基于观测资料分析的、鉴别历史地震破裂区(包括历史、史前地震破裂的地震空区)大地震复发危险性的技术方法,在南北地震带中北段挑选出8个具有不同离逝时间的历史大地震破裂区,分析这些破裂区现代地震活动性的量化特征,以初步探索判定潜在大地震危险性紧迫程度的地震活动性方法。结果表明,反映地震序列衰减状态的p值和反映地震活动率的a值与这些历史破裂区最晚大地震的离逝时间有较好的对应关系,但也有部分破裂区可能由于复杂的断层结构与运动性质,对应关系并不明确;反映构造应力积累状况的b值则难于反映离逝时间演化阶段的信息。b值的时间扫描结果显示,大部分历史破裂区的b值随时间演化平稳,但1879年甘肃武都8级地震破裂区的b值则表现为明显的涨落,并存在持续20年的降低趋势。对比分析认为,1933年四川茂县7.5级、1976年四川松潘—平武两次7.2级地震破裂区目前仍处于序列衰减期,不具备再次发生7级以上地震的背景;公元842年迭部7级地震破裂区北缘低b值的玛曲段比迭部段更具危险性;1879年武都8级地震破裂区的b值持续降低也可能反映该区处于新的一轮孕震期。

2019年四川长宁M_(S)6.0地震前破裂区内视应力和b值的变化

视应力和b值都可以反映地壳应力变化。当应力增加时,视应力会增加,而b值降低。因此,应力变化将导致视应力和b值之间呈负相关关系,即,根据视应力和b值之间的负相关关系可以研究地壳构造应力的变化。本文利用2000年1月—2019年12月长宁MS6.0地震破裂区内3.0≤M_(L)≤3.6地震的视应力和2.0≤M_(L)≤4.3地震目录,研究了视应力和b值随时间的变化,发现:2013年2月—2017年3月间,视应力呈趋势上升变化,历时约4年,在震前两年时间内,视应力仍维持在较高水平。在视应力呈趋势上升变化期间,b值则呈趋势下降变化。当视应力维持在较高水平时,b值则维持在较低水平。即,长宁M_(S)6.0地震发生前,破裂区内视应力增加,同时b值下降。这表明,2019年长宁M_(S)6.0地震发生前破裂区内存在明显的构造应力增加过程,对地震孕育过程的认识和地震预测研究都具有启示意义。

弯曲射线CT技术探测岩石破裂区域试验研究

在单向弹性约束下，对室内岩样加载至其单轴抗压强度的1/2和2/3应力水平后卸载，其内部形成了破裂区。使用SYC-3B型声波仪和高频传感器，应用完全投影方式采集了卸载后岩样弹性波走时数据，对此数据应用弯曲射线CT技术进行了反演，反演结果清晰地显示了破裂区分布规律，这表明弯曲射线CT技术探测岩样破裂区分布是可行的。

条带矿柱破裂区宽度影响因素敏感性正交方差分析

为研究矿柱破裂区宽度影响因素的敏感性,以上横山矿床V3矿体为研究对象,基于正交试验原理,选取采深、采厚、条带采宽、矿体力学参数以及矿体倾角等为主控因素,设计21个不同的模拟试验方案,根据相应的模拟试验方案建立矿床数值模型并对矿床进行模拟开采;运用FALC3D自带的fish语言编写莫尔库仑屈服接近度(YAIm-c)函数来模拟计算矿柱的破裂区宽度;对破裂区宽度模拟结果进行正交方差分析得到:采深对破裂区宽度的影响显著,条带采宽、采厚对破裂区宽度影响不显著;矿体抗拉强度对破裂区宽度的影响显著,抗拉强度、黏聚力、内摩擦角对破裂区宽度的敏感性主次顺序为抗拉强度>内摩擦角>黏聚力。研究结果表明:采深越大,矿柱破裂区宽度越大;矿柱破裂区宽度与抗拉强度呈反相关。研究结果对估算矿柱破裂区宽度及安全评价矿柱稳定性具有重要的工程意义。

裂缝性致密储层待破裂区影响的压裂物模实验研究

在水力压裂过程中,天然裂缝尖端附近会发育许多待破裂区,在宏观裂缝形成前产生微裂隙,最终影响水力裂缝的扩展规模。为有效增加裂缝性致密储层的缝网规模,针对待破裂区开展真三轴水力压裂模拟实验,探究待破裂区域的影响机制。选取致密灰岩露头,精细刻画了裂缝性致密储层露头压前压后裂缝形态,分析了天然裂缝形态、待破裂区域以及泵注参数对裂缝性致密储层改造效果的影响,结果表明:待破裂区,即断裂过程区,主要发育在井筒周围;声发射监测结果显示,在注入压力达到破裂压裂前,岩石内部已经发育大量待破区,决定了裂缝的起裂位置和初始扩展路径,压裂过程中排量的突然提高会使待破裂区迅速沟通形成裂缝,随后逐渐扩展。当水力裂缝延伸到层理面后,随排量阶梯式增加,泵压提高,会使层理面附近发育新的待破裂区,进而影响到水力裂缝的转向、分叉或是否穿透天然裂缝。

探测受压岩样破裂区域的CT试验方法

本文对应用SYC 系列声波仪探测室内受压岩样破裂区域的试验技术进行了分析,提出了一种在稳压阶段及卸荷后测量声波走时的试验方法,并通过试验对时间因素及卸荷产生的走时误差进行了初步探讨,证明这种试验方法是可行的。

基于格里菲斯强度的破裂区支反力研究

巷道开挖后会改变岩体的初始应力状态,围岩按变形状态可划分为塑性变形区和弹性变形区。但对于某些脆性岩体,尤其是其巷道周边的破裂区,由于受到较大的破坏,会有裂隙产生。在支反力pi的作用下虽保持稳定,但由于岩体内部存在许多随机分布的细微裂隙,岩体容易受拉破坏,更加适合用格里菲斯强度准则进行分析。在破裂区内,只要在支反力pi的作用下,围岩满足格里菲斯强度准则,巷道就不会破坏。同时,根据具体工程实例,只要巷道的最大变形量满足工程需要,根据相关参数,就可以得到巷道的最小支护力。

软岩巷道围岩破裂区探测与支护技术研究

本文以西铭矿南四上车场巷道围岩为研究对象,利用孔内电视探明巷道围岩破碎状态并圈定围岩破碎范围,提出以岩体破碎深度为依据的支护方式,通过数值模拟手段对现有和优化后的支护方案进行了对比分析,研究表明,考虑岩体破碎深度的精准定位支护方式可以更有效控制岩体变形,提供围岩稳定性,保证矿山安全、高效生产。

汶川地震小鱼洞地区的地表破裂和同震位移及其机制讨论

2008年5月12日在四川西部发生的汶川地震是一次以逆冲运动为主,兼有右旋走滑运动的斜滑型地震,形成了有史以来最长、最复杂的地表破裂之一。其中,很多复杂现象到目前为止还没有得到很好的解释或一致的认识,如小鱼洞地区出现的NW走向的小鱼洞断裂,在小鱼洞以北出现的2条相距11km的平行断裂同时破裂的现象等。通过在小鱼洞地区的详细野外调查,获得了详细的地表破裂分布及同震位移分布,在此基础上对小鱼洞地区地表破裂的机制进行了分析。结果表明,造成上述复杂地表破裂的根本原因是汶川地震的主断层北川-映秀断裂的产状变化,即北川-映秀断裂在小鱼洞以北向NW偏移约3.5km。其破裂机制是:1)北川-映秀断裂的右旋走滑运动在小鱼洞西侧的左阶挤压阶区引起的挤压隆升形成前冲断层,即小鱼洞断裂;2)由于北川-映秀断裂在小鱼洞以北向NW偏移3.5km,导致其断层面倾角变大,逆冲运动引起的断层上盘对下盘的挤压方向变化,结合右旋走滑引起的上盘对下盘的侧向推挤,两者共同作用突破了彭灌断裂,从而形成了2条相距11km的平行断裂同时错动的现象。另外,文中建议应该重视北川-映秀断裂右旋走滑运动分量、断层产状变化以及断层上、下盘的岩性差异对汶川地震地表破裂过程及地表破裂分布的影响。

深埋均质圆形巷道围岩渐进破裂过程解析

为研究巷道围岩破裂区的破坏形式及破坏范围对巷道稳定性的影响,以弹塑性力学中的圆孔应力解为理论基础,利用Mohr-Coulomb屈服准则,研究圆形巷道围岩破裂发展过程;提出巷道围岩子破裂区的概念,推导出子破裂区破裂的判定准则,并给出子破裂区外边界径向应力的计算式及子破裂区半径的计算方法;以相邻子破裂区半径相等作为破裂区不再发展破坏的判据,推导出破裂区的最大半径及最大径向应力求解方程组;通过FLAC3D数值模拟对理论计算结果进行验证。结果表明:在静水压力场中均质圆形巷道围岩破裂是以圆环形式逐渐发展的动态过程,理论计算与数值模拟得出的破裂区半径相吻合,计算结果可以对地下工程优化支护设计提供理论依据。

深部圆形巷道破裂围岩的弹塑性分析

随着大量煤矿矿井开采深度的增加,在高围压的作用下,巷道围岩普遍出现破裂,而且围岩破裂范围在扩大的同时,往往出现继续破坏的现象。针对长的圆形巷道,将巷道围岩分成破裂区、塑性区和弹性区,采用Mohr-Coulomb准则,进行非关联弹塑性分析,获得其应力和变形的封闭解析解。通过利用在弹塑交界处应力连续的条件以及在破裂和塑性交界处径向应变连续的条件,获得确定围岩破裂区和塑性区半径的解析式。最后,给出一个算例,分析其破裂区和塑性区应力、应变的分布特点以及破裂区范围的影响。利用所获得的结果,可以为巷道的稳定性分析以及支护设计提供理论依据。

基于统一强度理论的破裂围岩劣化弹塑性分析

基于深部岩体良好的塑性变形能力和高地应力下瞬时破坏特性,建立了适用深部岩体力学行为的弹塑脆性模型。针对长的圆形巷道,将巷道围岩分成破裂区、理想塑性区和弹性区,同时考虑中间主应力和破裂区围岩弹性模量劣化的影响,采用统一强度理论进行非关联弹塑性分析,获得了围岩应力场和变形场的解析解。并通过补充围岩破坏条件获得了确定围岩破裂半径和塑性半径的解析式。最后结合算例,分析了中间主应力、破裂区围岩弹性模量劣化程度对破裂区范围和围岩变形的影响。

深埋巷道围岩多次破裂现象与裂隙张开度研究

采用深部围岩位移监测、声波测试和全景数字化钻孔成像观测多种测试手段相结合的方法,获得了淮南朱集煤矿-906m水平的风井车场南绕道围岩的破裂区分布情况。通过对比分析,确定了各破裂区的裂隙张开度大小。结果表明,裂隙张开度从巷道表面向深部呈现减小的趋势。