逆斷層錯(cuò)動(dòng)引起上覆土層破裂的模型試驗(yàn)研究.pdf

1、我國(guó)活斷層廣泛分布，近年來快速城鎮(zhèn)化使得城鎮(zhèn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，工業(yè)與民用建筑、地鐵與輸油管線等城市生命線工程不可避免地鄰近或跨越斷層。斷層錯(cuò)動(dòng)引起上覆土層破裂，對(duì)地表建筑物、地下管線和隧道等結(jié)構(gòu)物造成巨大破壞，使人民生命財(cái)產(chǎn)安全受到嚴(yán)重威脅。本文采用常重力模型試驗(yàn)方法研究了逆斷層錯(cuò)動(dòng)作用下上覆砂土層的變形特征和破裂帶擴(kuò)展規(guī)律。主要研究工作包括:
　　(1)研制了模擬斷層錯(cuò)動(dòng)引起上覆土層破裂過程的常重力模型試驗(yàn)裝置。該裝置可實(shí)現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)速率

2、0～6mm/s、5個(gè)傾角(30/45/60/75/90°)的逆斷層和正斷層錯(cuò)動(dòng)，模型土層厚度最大可達(dá)600mm。
　　(2)提出了采用PIV技術(shù)量測(cè)斷層錯(cuò)動(dòng)過程中上覆土體位移和應(yīng)變的方法，實(shí)現(xiàn)了斷層錯(cuò)動(dòng)過程中地表隆起（沉陷）、上覆土層主剪切區(qū)變形及土體破裂過程的精確刻畫。
　　(3)開展了9組逆斷層錯(cuò)動(dòng)模型試驗(yàn)，研究了逆斷層錯(cuò)動(dòng)作用下上覆砂土層破裂過程、地表隆起變形及土層剪切變形，對(duì)比分析了斷層錯(cuò)動(dòng)速率、土層厚度、土體密實(shí)度

3、、場(chǎng)地傾斜對(duì)上覆土層變形特征和破裂帶擴(kuò)展規(guī)律的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:
　　1)逆斷層錯(cuò)動(dòng)過程中，上覆土層先后出現(xiàn)主、次2條破裂帶。主破裂帶起始擴(kuò)展角與斷層傾角一致，在向上發(fā)展過程中逐漸偏向下盤。當(dāng)斷層豎向位移達(dá)到土層厚度的5％左右時(shí)，主破裂帶出露地表，此時(shí)擴(kuò)展角β與土體內(nèi)摩擦角ψ和地表傾角γ（以與斷層傾角同向?yàn)檎M足β=45°-ψ/2+γ的關(guān)系。
　　2)逆斷層錯(cuò)動(dòng)作用下，上覆土層可劃分成三個(gè)變形區(qū)，即下盤的“靜態(tài)區(qū)”、上盤

4、的“剛性區(qū)”和破裂帶附近的“主剪切區(qū)”。主剪切區(qū)總體呈偏向上盤的倒三角形。隨著錯(cuò)動(dòng)位移量增加，主剪切區(qū)向上發(fā)展，主剪切區(qū)地表寬度非線性增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)速率隨錯(cuò)動(dòng)位移量增加而減小。
　　3)地表隆起隨著斷層錯(cuò)動(dòng)量增加而增大，最大地表坡度和坡度大于等于1/150的影響范圍也逐漸增加，并最終趨于定值。當(dāng)斷層傾角為60°時(shí)，地表受影響范圍約為土層厚度的1.0～1.3倍。
　　4)逆斷層錯(cuò)動(dòng)試驗(yàn)速率(0.05/0.16/0.50mm/s)

5、和土層厚度(200/400/600mm)對(duì)上覆土層破裂規(guī)律的影響不明顯;土體密實(shí)度越大，破裂帶出露地表所需的豎向錯(cuò)動(dòng)位移越小，主剪切區(qū)和地表受影響區(qū)越小，但地表最大坡度和破裂帶水平傳播距離越大。
　　5)場(chǎng)地地表傾角γ對(duì)土層剪切變形和破裂帶擴(kuò)展有重要影響。隨著地表傾角增大，破裂帶出露地表所需的豎向錯(cuò)動(dòng)位移增大，破裂帶水平傳播距離減小。無論地表傾角γ由0°減小至-5°還是由0°增大至5°，均會(huì)導(dǎo)致地表陡坎最大坡角變大，地表受影響區(qū)域