黄河大柳树坝址区岩体动力破坏成因机制研究

摘要

黄河黑山峡是黄河上游水利开发条件较优越而尚未开发的河段。前期的勘测工作表明位于峡谷出口上游2km的大柳树坝址区存在大面积、大深度岩体破坏现象。 作为坝址区大型水利工程建设的基础，大范围的岩体破坏必将引发各种各样的工程问题，因此对大柳树坝址区岩体破坏成因机制的研究有着十分重要的意义。 作者通过收集资料、野外现场调查、参加专题讨论会议、资料分析整理、模型试验研究以及数值计算等工作，对大柳树坝址区岩体破坏成因机制进行了系统研究，论文主要取得如下成果： 首先，本文在分析大量资料的基础上，对黄河黑山峡大柳树地区区域地质环境进行了系统的研究，确定了研究区所处的大地构造位置，明确了研究区的构造样式，归纳总结出该地区地质构造演化过程和区域地震活动特征；认为其特定的区域地质构造环境是形成大柳树坝址区岩体破坏成因过程中重要的地质动力学基础。 其次，大柳树坝址区位于中卫-同心断裂带中段，断裂构造极为发育，既有长数十公里的大断层，更有大量中小断层和节理裂隙。本文除了查明坝址区工程地质条件之外，通过进一步的区域地质填图、专题调查追索、遥感地质研究、小构造和显微构造研究、深部地球物理勘探等多尺度、多方法、多手段的调查研究，查明了坝址区各断层平面和剖面位置上的组成关系及活动规律。 再次，通过区域地质填图、路线地质调查和航天遥感影像、彩红外航空相片研究等工作手段，查明大柳树地区破坏岩体的分布规律；通过对大量的平硐、钻探、波速测定、地应力测量、压水和注水试验及灌浆试验等实测资料的分析，分析总结了大柳树坝址区岩体变形破坏的特征；通过对地震文献资料的分析和地震发生地现场实地考察，提出了极震区岩体变形破坏特征及影响因素。 最后，根据对大柳树坝址区岩体内部保留的动力地质作用现象的调查和分析，全面总结前人有关研究成果，确立了以重力地质作用为主的静力作用和以地震力地质作用为主的动力作用作为坝址区岩体变形破坏主要的内外动力。 从大柳树坝址区岩体变形破坏的宏观动力破坏过程和微观破坏机制两个方面进行分析研究，并通过采用振动模型试验和三维动力有限元数值计算对坝址区岩体在地震动力作用下的破坏成因机制进行了分析研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

序言

0.1问题的提出和选题的依据及研究意义

0.2国内外研究现状

0.3论文主要研究内容及研究的技术线路

1区域地质背景

1.1自然地理及工程概况

1.2区域构造格局

1.3区域地层与岩性

1.4区域新构造运动

1.4.1新构造环境

1.4.2新构造活动特征

1.5区域地震活动特征

1.5.1区域地震活动的时空分布规律

1.5.2古浪--中卫--同心活动断裂带的地震活动

1.5.3海原断裂带的地震活动

2坝址区工程地质条件及地震危险性分析

2.1地形地貌

2.2工程地质岩组

2.3大柳树坝址区地质构造环境

2.3.1大柳树坝址区褶皱构造

2.3.2大柳树地区断裂构造格局

2.3.3大柳树坝址区主要断层活动性

2.3.4坝址区节理

2.4大柳树坝址区水文地质条件

2.5大柳树坝址区地震分区及危险性评估

2.5.1大柳树附近断裂带的地震活动性分析

2.5.2历史地震对坝址的影响烈度

2.5.3地震危险区对坝址的影响

2.5.4坝址附近潜在震源划分

2.5.5大柳树坝址地震动参数

3坝址区岩体破坏特征研究

3.1破坏岩体区域分布

3.1.1大柳树坝址区破坏岩体的分布

3.1.2米梁营坝址破坏岩体的分布

3.1.3烟筒梁地裂缝的分布

3.1.4大柳树地区破坏岩体的分布特点

3.2坝址区岩体结构特征

3.2.1结构面特征

3.2.2结构体特征

3.2.3软弱层带特征

3.3坝址区岩体物理力学性质

3.3.1岩体的弹性波速特征

3.3.2岩体的变形特征

3.3.3岩体的地应力状态特征

3.3.4岩体的渗透特性

3.3.5岩体质量分级与评价

3.3.6岩体物理力学性质

3.4坝址区岩体破坏基本特征

4地震极震区岩体破坏特征分析

4.1地震文献中的典型震例

4.1.1 1920年海原8.5级地震

4.1.2 1927年甘肃古浪7.9级地震

4.1.3 1812年新疆尼可勒7～8级地震

4.1.4 1988年云南澜沧-耿马地震

4.1.5 1999年台湾集集地震

4.1.6 2001年昆仑山口西新疆、青海交界处8.1级地震

4.2地震发生地现场考察

4.2.1 1931年新疆富蕴8级大震

4.2.2 1556年陕西华县8级大震

4.2.3陕西西安翠华山山崩地质公园

4.3极震区岩体破坏特征与影响因素

4.3.1极震区岩体破坏特征

4.3.2极震区岩体破坏影响因素

5坝址区岩体破坏成因机制研究

5.1坝址区岩体的静力作用破坏成因机制分析

5.1.1坝址区斜坡岩体卸荷变形破坏

5.1.2坝址区反坡向岩体倾倒-弯曲拉裂变形破坏

5.1.3坝址区岩体顺层滑移变形破坏

5.1.4坝址区岩体静力作用下的破坏过程分析

5.2坝址区岩体的动力破坏成因机制研究

5.2.1坝址区岩体破坏的地质动力学背景

5.2.2坝址区岩体变形破坏与地震作用的成因联系

5.2.3影响坝址区岩体地震动力破坏的主要因素

5.2.4坝址区岩体地震动力破坏成因机制分析

5.3坝址区岩体动力破坏成因机制试验研究

5.3.1模型振动试验的相似性原理

5.3.2常见模型振动试验的分类

5.3.3坝址区模型振动试验参数和材料的选取

5.3.4坝址区岩体试验模型的制作

5.3.5试验仪器和试验方法

5.3.6主要试验结果

5.3.7试验结果分析

5.3.8试验结论

5.4岩体动力破坏成因机制数值模拟研究

5.4.1三维动力有限元基本原理

5.4.2三维动力有限元计算模型的建立

5.4.3三维动力有限元计算结果

5.4.4三维动力有限元计算结论

5.5岩体破坏成因机制综合分析

6结论

参考文献

致谢

附录