地震地质 ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (5): 1200-1218.DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2023.05.010
郭婷婷1,2)(), 徐锡伟3,4), 袁仁茂5), 杨宏智6)
收稿日期:
2022-12-30
修回日期:
2023-03-08
出版日期:
2023-11-23
发布日期:
2023-11-23
作者简介:
郭婷婷, 女, 1979年生, 2013年于中国地震局地质研究所获构造地质学专业博士学位, 高级工程师, 主要从事岩土力学与工程、 活动构造学及其在减轻地震灾害中的应用研究工作, E-mail: gtt.yy@163.com。
基金资助:
GUO Ting-ting1,2)(), XU Xi-wei3,4), YUAN Ren-mao5), YANG Hong-zhi6)
Received:
2022-12-30
Revised:
2023-03-08
Online:
2023-11-23
Published:
2023-11-23
摘要:
强震发生时, 震源断层错动引发上覆土体变形破裂是地面建(构)筑物破坏的重要原因。为研究和分析上覆土层地表变形与破裂特征及其影响因素, 文中通过有限元数值模拟方法, 综合分析断层倾角、 断层错动位移量、 上覆土层厚度对上覆土层地表变形与破裂的影响及其规律。结果表明: 1)断层垂直位错量为上覆土层厚度的3.3%、 倾角仅为30°时, 发生地表破裂; 断层垂直位错量为上覆土层厚度的5%、 倾角为30°、 45°时, 发生地表破裂; 断层垂直位错量为上覆土层厚度的6.6%、 倾角为30°、 45°、 70°时, 发生地表破裂; 断层垂直位错量为上覆土层厚度的10%、 倾角为30°、 45°、 70°与逼近90°时, 均发生地表破裂。2)随垂直位错量的增加或上覆土层厚度与断层倾角的减小, 地表等效应变逐渐变大, 越容易发生地表破裂。3)随着断层倾角由30°、 45°增加至70°, 上、 下盘地表破裂宽度比值从约3︰1增加至3︰2~1︰1。4)上覆土层的变形与破裂, 首先始于断层基岩与土体交界面的土体破裂, 随着位错量的增加, 当断层倾角为30°、 45°、 70°时, 地表均出现了1个初始破裂点; 当断层倾角逼近90°时, 地表出现了2个初始破裂点, 最后上覆土层出现贯通破裂。
郭婷婷, 徐锡伟, 袁仁茂, 杨宏智. 逆断层上覆土层地表破裂影响因素的数值模拟[J]. 地震地质, 2023, 45(5): 1200-1218.
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类型 | 材料名称 | 弹性模量/Mpa | 泊松比 | 容重/kN·m-3 | 黏聚力/MPa | 摩擦角/(°) |
---|---|---|---|---|---|---|
基岩 | 泥质灰岩 | 2.0×104 | 0.2 | 23 | 0.15 | 30 |
上覆土层 | 第四纪冲洪积层 | 1.5×102 | 0.35 | 19 | 2.5×10-2 | 15 |
表1 模型基岩、 岩土材料参数表
Table 1 Parameter table of bedrock and geotechnical materials of the model
类型 | 材料名称 | 弹性模量/Mpa | 泊松比 | 容重/kN·m-3 | 黏聚力/MPa | 摩擦角/(°) |
---|---|---|---|---|---|---|
基岩 | 泥质灰岩 | 2.0×104 | 0.2 | 23 | 0.15 | 30 |
上覆土层 | 第四纪冲洪积层 | 1.5×102 | 0.35 | 19 | 2.5×10-2 | 15 |
工况 序号 | 垂直位错量 /m | 上覆土层厚度 /m | 断层倾角 /(°) | 工况 序号 | 垂直位错量 /m | 上覆土层厚度 /m | 断层倾角 /(°) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 1 | 20 | 30 | 16 | 2 | 60 | 30 |
2 | 1 | 20 | 45 | 17 | 2 | 60 | 45 |
3 | 1 | 20 | 70 | 18 | 2 | 60 | 70 |
4 | 1 | 40 | 30 | 19 | 4 | 20 | 30 |
5 | 1 | 40 | 45 | 20 | 4 | 20 | 45 |
6 | 1 | 40 | 70 | 21 | 4 | 20 | 70 |
7 | 1 | 60 | 30 | 22 | 4 | 40 | 30 |
8 | 1 | 60 | 45 | 23 | 4 | 40 | 45 |
9 | 1 | 60 | 70 | 24 | 4 | 40 | 70 |
10 | 2 | 20 | 30 | 25 | 4 | 60 | 30 |
11 | 2 | 20 | 45 | 26 | 4 | 60 | 45 |
12 | 2 | 20 | 70 | 27 | 4 | 60 | 70 |
13 | 2 | 40 | 30 | 28 | 2 | 40 | 近90 |
14 | 2 | 40 | 45 | 29 | 4 | 60 | 近90 |
15 | 2 | 40 | 70 | 30 | 4 | 40 | 近90 |
表2 计算工况表
Table 2 Calculation condition table
工况 序号 | 垂直位错量 /m | 上覆土层厚度 /m | 断层倾角 /(°) | 工况 序号 | 垂直位错量 /m | 上覆土层厚度 /m | 断层倾角 /(°) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 1 | 20 | 30 | 16 | 2 | 60 | 30 |
2 | 1 | 20 | 45 | 17 | 2 | 60 | 45 |
3 | 1 | 20 | 70 | 18 | 2 | 60 | 70 |
4 | 1 | 40 | 30 | 19 | 4 | 20 | 30 |
5 | 1 | 40 | 45 | 20 | 4 | 20 | 45 |
6 | 1 | 40 | 70 | 21 | 4 | 20 | 70 |
7 | 1 | 60 | 30 | 22 | 4 | 40 | 30 |
8 | 1 | 60 | 45 | 23 | 4 | 40 | 45 |
9 | 1 | 60 | 70 | 24 | 4 | 40 | 70 |
10 | 2 | 20 | 30 | 25 | 4 | 60 | 30 |
11 | 2 | 20 | 45 | 26 | 4 | 60 | 45 |
12 | 2 | 20 | 70 | 27 | 4 | 60 | 70 |
13 | 2 | 40 | 30 | 28 | 2 | 40 | 近90 |
14 | 2 | 40 | 45 | 29 | 4 | 60 | 近90 |
15 | 2 | 40 | 70 | 30 | 4 | 40 | 近90 |
图4 上覆土层变形前与变形云图(2m-40m-30°, 4倍放大)
Fig. 4 Deformation cloud map before and after deformation of overlying soil layer (2m-40m-30°, 4-fold magnification).
图9 不同断层垂直位错量下上覆土层的等效应变分布图对比((1m、 2m、 4m)-20m-30°)
Fig. 9 Comparison of equivalent strain distribution of overlying soil layer under different vertical dislocation of faults((1m, 2m, 4m)-20m-30°).
图10 不同断层垂直位错量下上覆土层的等效应变分布图对比((1m、 2m、 4m)-20m-45°)
Fig. 10 Comparison of equivalent strain distribution of overlying soil layer under different vertical dislocation of faults((1m, 2m, 4m)-20m-45°).
图11 不同断层垂直位错量下上覆土层的等效应变分布图对比((1m、 2m、 4m)-20m-70°)
Fig. 11 Comparison of equivalent strain distribution of overlying soil layer under different vertical dislocation of faults((1m, 2m, 4m)-20m-70°).
图12 不同上覆土层厚度下上覆土层的等效应变分布图对比(2m-(20m、 40m、 60m)-30°)
Fig. 12 Comparison of equivalent strain distribution of overlying soil layer under different overlying thicknesses(2m-(20m, 40m, 60m)-30°).
图13 不同上覆土层厚度下上覆土层的等效应变分布图对比(2m-(20m、 40m、 60m)-45°)
Fig. 13 Comparison of equivalent strain distribution of overlying soil layer under different overlying thicknesses(2m-(20m, 40m, 60m)-45°).
图14 不同上覆土层厚度下上覆土层的等效应变分布图对比(2m-(20m、 40m、 60m)-70°)
Fig. 14 Comparison of equivalent strain distribution of overlying soil layer under different overlying thicknesses(2m-(20m, 40m, 60m)-70°).
图15 不同断层倾角下上覆土层的等效应变分布图对比(2m-20m-(30°、 45°、 70°))
Fig. 15 Comparison of equivalent strain distribution of overlying soil layer under different fault dip angles(2m-20m-(30°, 45°, 70°)).
图16 不同断层倾角下上覆土层的等效应变分布图对比(2m-40m-(30°、 45°、 70°))
Fig. 16 Comparison of equivalent strain distribution of overlying soil layer under different fault dip angles(2m-40m-(30°, 45°, 70°)).
图17 不同断层倾角下上覆土层的等效应变分布图对比(2m-60m-(30°、 45°、 70°))
Fig. 17 Comparison of equivalent strain distribution of overlying soil layer under different fault dip angles(2m-60m-(30°, 45°, 70°)).
图18 断层倾角逼近90°工况下上覆土层的等效应变分布图对比
Fig. 18 Comparison of equivalent strain distribution of overlying soil layer under the condition of fault dip approaching 90°.
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