黄土中同沉积隐伏地裂缝破裂扩展模型试验研究

论文摘要

近年来对西安地裂缝灾害的调查和勘探结果表明,该区域内存在有一些高倾角隐伏地裂缝,这些隐伏地裂缝的破裂扩展与地层的沉积作用同步进行。为探究在同沉积黄土介质中隐伏地裂缝的破裂扩展规律,本文在野外调查成果的基础上设计了一组大型物理模型试验,并利用PFC2D数值模拟软件对物理模型试验过程进行了数值模拟,在这两者的相互印证的基础上进行了相关的力学分析。本文取得的主要成果如下:(1)总结了西安地区同沉积地裂缝的发育特征:对于地裂缝两侧同一标志层,上升盘厚度小,下降盘厚度大;层顶错距小,层底错距大。(2)设计并开展了一组模拟黄土同沉积环境下隐伏地裂缝破裂扩展的物理模型试验。试验发现同沉积效应下土体内部会形成直立裂缝和反倾裂缝,同沉积的过程表现出早期裂缝的闭合和新裂缝的开启;与非同沉积效应相比,同沉积效应对土体地裂缝的破裂扩展有一定的削弱作用,随着土层沉积的加厚,反倾裂缝的倾角有变大的趋势;对于等量的地裂缝活动,等厚新覆土层的地表沉降量越来越小。(3)对于物理模型试验的四次沉降过程进行了相似工况的数值模拟试验。数值模拟结果证明土体中会形成近直立裂缝和反倾裂缝,并且新形成的反倾裂缝是在前期直立裂缝的基础上形成的,其倾角随着新覆层数的增加而逐渐变大,这种现象与物理模型试验结果相对应。(4)基于断裂力学理论对同沉积过程中地裂缝开裂倾角变化进行了初步的力学分析,并推导了确定隐伏地裂缝地表最大影响宽度的计算公式。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景和研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 同沉积断层及同沉积隐伏地裂缝的特征
•     1.2.2 同沉积断层及同沉积隐伏地裂缝的研究方法及破裂扩展效应
•     1.2.3 同沉积断层及同沉积隐伏地裂缝的成因机制
•   1.3 研究内容及思路
• 第二章 西安地裂缝的同沉积发育特征
•   2.1 西安地裂缝的分布
•   2.2 西安地裂缝的同沉积效应
•   2.3 西安地裂缝的同沉积发育特征小结
• 第三章 同沉积隐伏地裂缝破裂的物理模型试验
•   3.1 试验方案设计
•     3.1.1 试验设备
•     3.1.2 试验方案步骤
•     3.1.3 试验材料的常规指标
•     3.1.4 测量元件的布置
•   3.2 黄土中同沉积隐伏地裂缝在破裂扩展过程中的形态变化特征
•     3.2.1 典型的非同沉积隐伏地裂缝破裂扩展过程中的形态变化特征
•     3.2.2 同沉积隐伏地裂缝的破裂扩展过程
•   3.3 土体应力变化特征
•     3.3.1 竖向应力变化规律
•     3.3.2 水平向应力变化规律
•   3.4 土体应变变化特征
•   3.5 物理模型试验小结
• 第四章 同沉积隐伏地裂缝破裂的数值模拟试验
•   4.1 PFC2D计算原理的相关简介
•     4.1.1 力-位移原理方程的介绍
•     4.1.2 运动原理方程式介绍
•   4.2 PFC2D对4 次沉降过程地数值模拟试验
•     4.2.1 数值模拟试验过程中土颗粒位移变化
•     4.2.2 数值模拟试验宏观结果
•   4.3 数值模拟试验小结
• 第五章 同沉积隐伏地裂缝破裂的力学浅析
•   5.1 基于最大周向拉应力强度因子理论的破裂面角度的分析
•   5.2 隐伏裂缝扩展至地表影响带宽度的理论分析
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 于文才

导师: 卢全中

关键词: 地裂缝,同沉积,黄土,物理模型试验,数值模拟

来源: 长安大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 长安大学

基金: 国家自然科学基金项目《同沉积作用下地裂缝破裂扩展机理及效应研究》(项目号41877250)

分类号: P642.2

总页数: 82

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