位错理论模型在西安市地面形变研究中的应用

摘要

地裂缝和地面沉降是西安市产生地面形变的主要表现形式，也是主要的地质灾害之一。地面沉降及差异性沉降造成地面倾斜与变形，引起建筑物的沉降和倾斜；地裂缝的不断活动，使得地裂缝周围的地质体发生位移，产生局部形变场和应力场，它们使建筑物的地基和基础产生均匀或不均匀沉降、拉裂和错开，从而引起上部建筑物裂开、错开和坍塌，造成地下洞室、路基、管道变形或剪断。对西安市地面形变研究有助于为今后城市规划建设与防灾减灾提供更加科学的决策依据。 本文以西安市地裂缝为背景，分析了西安市的地质构造背景，总结了西安市的地面形变特征和引起西安市地面形变的各种原因；介绍了位错的理论的发展历史和现今比较流行的Okada位错理论模型的基本理论和应用原理；再综合西安市的地质地理环境，提出应用Okada位错理论对分布在西安市的11条主要地裂缝引起的形变场进行研究，通过运用C语言进行程序设计，对地裂缝产生的三维形变场进行模拟，将计算结果结合该区域的地理位置和主要城市地点运用Surfer得到该区域的水平形变模拟场与地面沉降模拟图，取得了较好的结果：最后从动力学观点分析西安市地面沉降特征，研究分析得到的主要结果为： 1.西安地区以城墙为界，沉降特征总体呈现为：南郊大，北郊小；东郊大，西郊小；城外大，城内小。 2.西安市水平形变受区域构造断裂影响呈现以拉张为主，且在地裂缝两侧成反对称分布，离裂缝距离愈远，影响愈小。 3.西安市地裂缝活动与地面沉降关系紧密，沉降越大，相应的地裂缝活动越强。 上述观点与现实的特征情况表现出较好的一致性，证明了位错理论模型在西安市地面形变模拟应用中的可行性。

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第一章 绪论

1.1地面形变问题概述

1.1.1地裂缝

1.1.2地面沉降

1.2地面形变的研究现状

1.2.1监测技术研究

1.2.2地面沉降模拟模型研究

1.2.3位错理论模型的研究现状

1.3课题的研究意义、思路及框架

1.3.1课题的研究的意义

1.3.2课题的研究思路

1.3.3课题的构架

第二章 位错模型的基本理论

2.1概述

2.2 Okada弹性半空间位错模型的基本理论

2.2.1点源位错模型的解析表达式

2.2.2有限矩形的位错模型表达式

2.2.3位错引起的内部变形

2.3 Okada弹性半空间位错模型在测量坐标系下的改进

2.3.1坐标系的转换

2.3.2多分段多断层位错模型

2.4 Okada弹性半空间位错模型应用的流程

第三章 西安市地质背景与地面形变现状

3.1西安地区的地质构造背景

3.1.1西安断陷

3.1.2断裂

3.1.3西安的地貌特征

3.2西安地裂缝

3.2.1西安地裂缝的分布

3.2.2地裂缝活动方式

3.2.3西安的裂缝的形成原因

3.2.4地裂缝的危害

3.3西安市地面沉降

3.3.1西安市地面沉降分布

3.3.2地面沉降原因

3.3.3西安市地面沉降的发展过程

3.3.4地面沉降的危害

3.4西安地裂缝与地面沉降关系

3.5西安市地面形变的监测

3.5.1传统的测量方法

3.5.2全站仪测量

3.5.3数字摄影测量

3.5.4GPS测量

3.5.5DInSAR技术

3.5.6InSAR与GPS结合的集成技术

第四章 位错理论模型模拟西安市地面形变

4.1区域及断层选取

4.2单裂缝模拟西安市地面形变

4.2.1方新村-井上村地裂缝带模拟结果

4.2.2大明宫-辛家庙地裂缝带模拟结果

4.2.3红庙坡-八府庄地裂缝带模拟结果

4.2.4劳动公园-铁路材料总厂地裂缝带模拟结果

4.2.5西北大学-西光厂地裂缝带模拟结果

4.2.6黄雁村-和平门地裂缝带模拟结果

4.2.7沙井村-秦川厂地裂缝带模拟结果

4.2.8陕西宾馆-小寨地裂缝带模拟结果

4.2.9大雁塔-北池头地裂缝带模拟结果

4.2.10陕西师范大学-陆家寨地裂缝带模拟结果

4.2.11南三爻-射击场地裂缝带模拟结果

4.3西安市形变场综合模拟

4.3.1西安市水平形变综合模拟

4.3.2西安市垂直形变综合模拟

4.3.3西安市地面沉降三维模拟

4.4模拟结果分析

结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢