逆斷層錯動引起上覆土層破裂的模型試驗研究.pdf

1、我國活斷層廣泛分布，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。斷層錯動引起上覆土層破裂，對地表建筑物、地下管線和隧道等結構物造成巨大破壞，使人民生命財產(chǎn)安全受到嚴重威脅。本文采用常重力模型試驗方法研究了逆斷層錯動作用下上覆砂土層的變形特征和破裂帶擴展規(guī)律。主要研究工作包括:
　　(1)研制了模擬斷層錯動引起上覆土層破裂過程的常重力模型試驗裝置。該裝置可實現(xiàn)錯動速率

2、0～6mm/s、5個傾角(30/45/60/75/90°)的逆斷層和正斷層錯動，模型土層厚度最大可達600mm。
　　(2)提出了采用PIV技術量測斷層錯動過程中上覆土體位移和應變的方法，實現(xiàn)了斷層錯動過程中地表隆起（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組逆斷層錯動模型試驗，研究了逆斷層錯動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，對比分析了斷層錯動速率、土層厚度、土體密實度

3、、場地傾斜對上覆土層變形特征和破裂帶擴展規(guī)律的影響。試驗結果表明:
　　1)逆斷層錯動過程中，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。當斷層豎向位移達到土層厚度的5％左右時，主破裂帶出露地表，此時擴展角β與土體內(nèi)摩擦角ψ和地表傾角γ（以與斷層傾角同向為正）滿足β=45°-ψ/2+γ的關系。
　　2)逆斷層錯動作用下，上覆土層可劃分成三個變形區(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。隨著錯動位移量增加，主剪切區(qū)向上發(fā)展，主剪切區(qū)地表寬度非線性增長，且增長速率隨錯動位移量增加而減小。
　　3)地表隆起隨著斷層錯動量增加而增大，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。當斷層傾角為60°時，地表受影響范圍約為土層厚度的1.0～1.3倍。
　　4)逆斷層錯動試驗速率(0.05/0.16/0.50mm/s)

5、和土層厚度(200/400/600mm)對上覆土層破裂規(guī)律的影響不明顯;土體密實度越大，破裂帶出露地表所需的豎向錯動位移越小，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)場地地表傾角γ對土層剪切變形和破裂帶擴展有重要影響。隨著地表傾角增大，破裂帶出露地表所需的豎向錯動位移增大，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°，均會導致地表陡坎最大坡角變大，地表受影響區(qū)域