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作者：陈柯竹成都理工大学

学位级别：硕士

随着我国西部“三高四活跃”复杂地质环境下重大工程项目的相继启动和实施,极大地推动了地下工程建设向“长、大、深”方向的发展,引领隧道建设进入新的高潮。然而在这种复杂地质环境下,隧道工程的建设不可避免的会遇到硬岩岩爆问题,岩... 详细信息

随着我国西部“三高四活跃”复杂地质环境下重大工程项目的相继启动和实施,极大地推动了地下工程建设向“长、大、深”方向的发展,引领隧道建设进入新的高潮。然而在这种复杂地质环境下,隧道工程的建设不可避免的会遇到硬岩岩爆问题,岩爆块体的弹射、抛掷等动力破坏现象将严重影响施工安全和工期。基于岩爆现场特征及理论分析建立相应的岩爆地质力学模式,有助于高效辨识岩爆特征及机理,并为进一步预测和预防岩爆奠定基础。同时,数值分析方法可直观、详细的模拟再现岩爆破坏过程,为深入分析岩爆发生过程中的运动特征、能量特征、应力特征以及统计分析岩爆全过程各类数据提供有效途径。为此,论文选择连续-非连续的数值分析软件(CDEM),从数值角度进一步研究李天斌教授提出的六种岩爆地质力学模式,再现各岩爆地质力学模式的孕育-发生过程,对岩爆破坏特征、应力场特征、块体分布、块体弹射速度及能量特征进行分析,探析各岩爆地质力学模式发生的内部机制。首先,论文对六种岩爆地质力学模式以及采用的连续-非连续数值模拟方法进行了简要介绍。其次,将数值模拟结果与岩爆段典型硬岩单轴压缩试验结果及岩爆地质力学模式特征进行对比分析,验证了本文数值模拟计算的本构模型及模拟结果的合理性,为进一步采用该数值方法分析岩爆的地质力学模式奠定了理论基础。第三,对应力型岩爆(张裂-剥落、穹状剪切-爆裂、张剪-爆裂)和应力-结构型岩爆(弯曲-鼓折、张裂-滑移、张裂-倾倒)进行重现,并对其动态破坏过程中围岩破坏宏观形态、岩爆块体块度、应力特征、运动特征及能量特征进行分析,并进一步阐述了岩爆孕育过程;最后对岩爆影响因素敏感性分析进行了初步探讨。主要结论和认识如下:(1)充分考虑岩爆地质力学模式提出背景,合理选取模拟参数,对六种岩爆地质力学模式进行了数值模拟再现,各岩爆地质力学模式数值模拟结果能客观反映实际岩爆破坏特征(断口性质、波及深度、破坏性)及应力变化特征,模拟结果与岩爆案例的记录描述相吻合,有效验证了数值模拟的合理性,为此,认为基于连续-非连续的CDEM方法可作为研究岩爆动力破坏过程的数值模拟方法。(2)对各模式岩爆过程中围岩破坏过程分析表明:岩爆过程中围岩破坏主要有拉张破坏、拉剪混合破坏以及压剪混合破坏等3种破坏方式。表层轻微岩爆主要以拉张破坏为主,破坏深度较大的岩爆主要以拉剪混合破坏或者压剪混合破坏为主。综合不同岩爆模式下岩爆破坏过程中围岩的破坏情况,认为岩爆发生一般过程可概括为:表层少量张拉破坏→发生剪切破坏(规模大小根据岩爆烈度和深度的不同而不同)→拉张破坏(如果继续向深部扩展)→剪切破坏(至连通的破碎区域产生)→岩爆发生。(3)对各模式岩爆过程中块度分析表明:岩爆总体积及块度主要受应力状态和地质结构的影响。在岩爆孕育过程中岩体经历的剪切破坏越强烈,产生的完全破碎块体(破碎至最小网格体积)占比越多;以张拉破坏或张拉剪切破坏为主的岩爆,块体体积分布则相对较为均匀。张裂-剥落式岩爆块体体积分布区间最小;穹状剪切-爆裂式岩爆块体体积分布区间最大。(4)对各模式岩爆过程中应力变化分析表明:隧道开挖卸载后,一般在边墙表层一定范围岩体产生拉张、压致拉裂或张剪性的脆性破坏,开始出现小范围的应力集中;随着破坏向深部发展,应力集中逐渐向内推移。(5)对各模式岩爆过程中块体速度分析表明:岩爆过程中既有岩石的动力弹射,也可能有岩石的脆性破坏塌落。同一岩爆过程中,这些岩爆块体的初始位置决定了它们的初始运动速度,靠近边墙表层的岩爆块体往往速度更大;小尺寸的弹射块体具有的速度往往大于大尺寸块体。不同岩爆模式的岩爆块体破坏运动特征有近竖直方向的剥离掉落、旋转倾倒、滑移及爆裂抛掷等明显区别。(6)对各模式岩爆过程中能量变化分析表明:岩爆孕育-发生过程中弹性应变能既有释放也有储存的特征,其中,岩体破碎、运动行为消耗能量,致使弹性应变能释放;同时,岩体应力转移和集中将引起弹性应变能的积聚并储存,但最终弹性应变能消耗量值大于其储存量值,表现为弹性应变能的消耗。岩爆的剧烈程度与弹性应变能释放量呈正相关关系;能量损耗量值与岩爆孕育过程中弹性应变能释放量也呈正相关关系。(7)岩体力学参数和结构特征对岩爆的烈度和波及范围有一定的影响。张裂-剥落式岩爆中围岩抗拉、抗剪强度的增加,岩爆块体体积弹射速度及波及深度均有减小,但抗拉强度的增加对岩爆的抑制效果大于抗剪强度的增加;穹状剪切-爆裂式岩爆中,地应力影响其发生与否,围岩抗剪强度的增加对岩爆的抑制效果大于抗拉强度的增加;张剪-爆裂式岩爆中,围岩抗拉强度或者抗剪强度的增加都对岩爆具有一定的抑制效果,抗剪强度增加的抑制效果略微高于抗拉强度的增加。弯曲-鼓折式岩爆中,层状岩体的厚度越厚,岩爆烈度越小,当岩层厚度较厚时,岩爆外在表现形式与张裂-剥落式岩爆类似;张裂-滑移式岩爆中,节理裂隙的倾角会影响岩爆过程能

关键词：岩爆地质力学模式 CDEM 数值模拟孕育过程

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GNSS地壳形变异常检测理论与方法

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测绘学报 2016年第6期45卷 756-756页

作者：徐克科河南理工大学测绘与国土信息工程学院河南焦作454000 同济大学测绘与地理信息学院上海200092

地震的孕育过程是一个长期缓慢的过程,地震发生时断层破裂所释放的能量只是一部分,其中有很大一部分能量在地震前后以无震蠕滑的形式释放。因此,检测这些形变异常信息对于地震危险性评估至关重要。随着GNSS监测网络数据的持续积累,时空... 详细信息

地震的孕育过程是一个长期缓慢的过程,地震发生时断层破裂所释放的能量只是一部分,其中有很大一部分能量在地震前后以无震蠕滑的形式释放。因此,检测这些形变异常信息对于地震危险性评估至关重要。随着GNSS监测网络数据的持续积累,时空分辨率越来越高,就有可能从中挖掘出更有价值的形变信息。

关键词： GNSS 地震危险性评估地壳形变形变信息时空分辨率孕育过程断层破裂网络数据形变特征基线向量

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地球内部同震变形的理论研究及实例分析

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测绘学报 2022年第10期51卷 2242-2242页

作者：董杰中国测绘科学研究院北京100036

近年来,地震的研究一般局限于地表的变化,对地表同震变形的位错理论研究已发展到分层球形地球模型的位错理论,这是一个非常接近真实地球的模型,而由地震引起的地球内部同震变形研究却很少。地震的发生一般会伴随着孕震、发震、应力调整... 详细信息

近年来,地震的研究一般局限于地表的变化,对地表同震变形的位错理论研究已发展到分层球形地球模型的位错理论,这是一个非常接近真实地球的模型,而由地震引起的地球内部同震变形研究却很少。地震的发生一般会伴随着孕震、发震、应力调整等过程,并开始新的地震的孕育,研究地球内部同震变形的特征对地球深部运动及对下一次地震的孕育过程及机理的分析具有重要意义。本文在球形位错理论的基础上,通过比较分析地球的分层构造、自重及曲率对地表同震变形和断层滑动模型反演的影响,得出球形地球模型在内部变形计算上更优于半无限空间模型。

关键词：地球内部同震变形孕育过程地球深部位错理论球形地球半无限空间应力调整

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如何从事地震科学研究

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福建地震 2006年第Z1期22卷 1-6页

作者：金星福建省地震局

如何从事地震科学研究金星福建省地震局中国地震局工程力学研究所 2005年12月内容介绍一、引子二、如何提炼科技问题三、如何确定研究途径四、如何评估研究结果五、结论引子地震科学1．以观测技术为基础的科学观测系统：传感器、记录器... 详细信息

如何从事地震科学研究金星福建省地震局中国地震局工程力学研究所 2005年12月内容介绍一、引子二、如何提炼科技问题三、如何确定研究途径四、如何评估研究结果五、结论引子地震科学1．以观测技术为基础的科学观测系统：传感器、记录器、传输系统、分析系统频带范围： “窄”→“宽” (数百秒到n+Hz)动态氛围：“小”→“大”(120dB^160dB)高智能化：时间服务系统,计算机化2．理论基础是震源理论和地震波传播规律地震预报：研究地震的孕育过程应力积累过程——应力场、形变场震源理论：研究地震的破裂、发展、停止过程位错理论、动力学理论——表象定理地震波传播：研究地震波在各种介质条件下的传播规律走时——费尔马原理、因果律振幅——衰减。

关键词：地震科学研究表象定理地震波传播应力积累孕育过程费尔马科技问题应力场位错理论评估研究

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强震的地应力电感日速率异常变化前兆和预报方法

中国地质科学院562综合大队集刊

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中国地质科学院562综合大队集刊 1989年 119-138页

作者：杨惠甲武汉地院

对1971年到1976年全国各地16个地应力台站观测到的18个强震的数据资料处理后,一一绘出电感日平均值的日速率曲线,分析对比发现,强震有共同的前兆特征,特征的主要标志是趋势性和临震性电感日均值的日速率异常,它们是动态地应力场孕育强... 详细信息

对1971年到1976年全国各地16个地应力台站观测到的18个强震的数据资料处理后,一一绘出电感日平均值的日速率曲线,分析对比发现,强震有共同的前兆特征,特征的主要标志是趋势性和临震性电感日均值的日速率异常,它们是动态地应力场孕育强震过程中预示强震即将发生的一种异常信息,凡出现趋势性、临震性电感日均值的日速率异常的地区,均有强震发生。电感日均值的日速率方法是分析观测孕育强震、预报强震发生的一种有效方法。

关键词：强震活动日均值趋势性变化地应力异常电感值临震预报方法发震时间台站观测孕育过程

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福建省沿海大陆边缘的断块构造和1604年泉州海外大震的孕育

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地震工程学报 1987年第3期 57-62页

作者：欧秉松雷土成福建省地震局地震研究所

福建省沿海断块构造发育,新构造期以来,大致以闽江和九龙江为界,可分为南、北、中三个断块差异活动区。本文分析了震前各种现象,对这次大震的孕育过程进行了阶段性划分,并对该区的应力作用方式作了分析。

关键词：断块构造孕育过程大地构造大陆边缘大洋边缘大震泉州福建福建省

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岩石膨胀的三维本构关系和1976年唐山地震前垂直形变的有限元模拟

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中国地震 1986年第1期 24-34页

作者：林邦慧王新华梅世蓉胡小幸国家地震局分析预报中心国家地震局地球物理研究所

本文研究了岩石在应力作用下的膨胀问题。依据实验资料和参考Nur的岩石膨胀二维本构关系,提出了岩石介质膨胀的三维非线性本构关系的一般表达式。並将这组非线性关系式推导成增量形式的有限元矩阵表达式。考虑到导出的膨胀的本构关系... 详细信息

本文研究了岩石在应力作用下的膨胀问题。依据实验资料和参考Nur的岩石膨胀二维本构关系,提出了岩石介质膨胀的三维非线性本构关系的一般表达式。並将这组非线性关系式推导成增量形式的有限元矩阵表达式。考虑到导出的膨胀的本构关系矩阵是非对称矩阵,因此,本文编制了非对称全带宽存储及直接求解的三维非线性有限元程序。为了模拟实际断层的情况,考虑断层的蠕滑,在程序中还专门设计一种非线性空间断层单元,以便在研究真实地震问题或有关岩石膨胀的问题中作数值模拟。用上述带有弹性-膨胀矩阵三维非线性有限单元法,假设不同模型,对唐山大震前出现的明显隆起进行三维数值模拟研究,並结合小震分布等震前现象,对1976年7月28日唐山地震的孕育过程提出看法。

关键词：唐山地震孕育过程岩石断层地质构造本构关系材料动态性质破裂强度垂直形变弹性矩阵花岗岩酸性岩唐山河北微裂隙裂缝(岩石) 围压有限元模拟

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植物的异常信号与地震灾害

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实验教学与仪器 2014年第12期31卷 57-58页

作者：吴述存张汉武甘肃省酒泉市北关小学 735000 甘肃省酒泉市第二中学 735000

地震是破坏性最强的自然灾害之一。地球上的植物种类繁多,这些形形色色的植物遍布在陆地上和水中,既是人类的天然“盟友”,又为自然界和人类提供了丰富的资源。可以说,没有植物就没有人类,就没有生命。在抗击风沙、干旱、水土流失、防... 详细信息

地震是破坏性最强的自然灾害之一。地球上的植物种类繁多,这些形形色色的植物遍布在陆地上和水中,既是人类的天然“盟友”,又为自然界和人类提供了丰富的资源。可以说,没有植物就没有人类,就没有生命。在抗击风沙、干旱、水土流失、防止环境污染等方面,人类离不开植物的帮助,在与地震灾害作斗争中,植物同样是人类的朋友。植物往往在地震前向人类发出异常信号,催促人们积极准备抗灾。