地質學行業分析精選(九篇)

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第1篇：地質學行業分析范文

關鍵詞：高麗營；地裂縫；模擬；FLAC3D；避讓帶

中圖分類號：P642文獻標識碼：A

文章編號：16721683（2013）05008605

地裂縫是一種漸進型地質災害，在世界上很多國家和地區都有發育，國外如美國、墨西哥、日本等國，國內如西安、大同、蘇州、無錫、常州、衡水、邢臺、北京等地區。由于地裂縫兩側地質體發生相對差異沉降和水平方向錯動與拉張，使得地裂縫所到之處地下設施遭受嚴重破壞，地表建筑物失穩、道路破裂，不僅嚴重影響城市規劃建設，有時也給人民生命財產造成嚴重威脅[18]。

在地裂縫研究中，確定地裂縫影響寬度、預測地裂縫活動趨勢和活動量預測是亟待解決的重要問題，是制定合理的地裂縫防治措施的前提工作。這些問題直接關系到避讓帶寬度的設置、工程結構形式的選擇、城市規劃建設和建設工程安全。對于不可避免的跨地裂縫帶建筑物，如果實際避讓距離和實際錯動量超過了預留避讓寬度和預留位移量，造成的社會影響及經濟損失難以估量。

利用模型模擬地裂縫是地裂縫研究重要的發展趨勢[911]。近年來，長安大學在這方面已開展了卓有成效的工作，并取得了一些重要成果。本文采用FLAC3D軟件對北京地區目前發育最強烈的高麗營地裂縫進行模擬研究。

FLAC3D可以模擬巖土或其它材料的三維力學行為，被廣泛的應用在邊坡穩定性分析、隧道圍巖穩定性分析和工程地質數值分析等研究中，并且取得了行業內的普遍認可。

1高麗營地裂縫概況

高麗營地裂縫最早發現于20世紀90年代，地裂縫走向大致呈NE45°-60°，與黃莊-高麗營斷裂相一致，由西王路村向北東延伸到北京北六環以外，向西南經唐自頭村穿越京承高速公路，沿華都肉雞場、土溝村、北七家衛生院、普羅旺斯別墅區、八仙別墅小區延展（圖1），長度約6 km，裂縫寬度一般幾毫米至十幾毫米不等，最大200 mm。地裂縫兩側地面明顯差異，呈西北高、東南低狀態，主要表現為地面塌陷、墻體開裂、地表變形[2，5]。

賈三滿等[2]認為高麗營地裂縫為復合型地裂縫，地裂縫受黃莊-高麗營斷裂的控制，是黃莊-高麗營斷裂的地表跡線，是基底斷裂活動在地表淺部的延伸，地裂縫與下部構造斷裂面呈明顯的重接復合關系，地裂縫形成是斷裂蠕滑變形與地下水下降引起的地面差異沉降共同作用的結果。

2研究區地層

研究區內屬于溫榆河沖洪積扇平原區，南側有溫榆河通過，總體地勢為北高南低。溫榆河東北側地塊地面高程2663～36.87 m，溫榆河西南側地塊地面高程為25.92～3390 m，河床高程約25.0 m，河面寬約200 m。地表均被第四系地層覆蓋，沉積物成因類型較簡單，以河流的沖積物為主體。地裂縫兩側地層以收集的地熱鉆孔資料為基礎，進行了簡化，見表1。表中的物理力學指標為各地層巖組的平均估計值。

3數值模擬方案

根據研究區的水文地質與工程地質條件，以及地裂縫的影響因素。計算模型以黃莊高麗營斷裂（地裂縫）為縱軸，長度取3 500 m，在橫向以縱軸為基準軸線，下盤側取1 000 m，上盤側取1 800 m，即模型寬2 800 m，地面標高北部為35 m，南部為29 m，上盤（東南側）基巖面標高取-1 084 m，下盤（西北側）基巖面標高取-429 m。斷裂帶（地裂縫）寬度暫取10 m。數值模擬的斷裂帶傾角取76°（圖2）。

4數值模擬結果分析

4.1構造應力作用下地裂縫的發展及其影響

篇幅所限，只選擇基巖斷塊垂直錯動0.2 m和5 m時的模擬結果進行分析。

當基巖斷塊垂直錯動0.2 m時，垂直沉降分布見圖3，水平位移分布見圖4，最大主應力分布見圖5，最小主應力分布見圖6。

當基巖斷塊垂直錯動5 m時，垂直沉降分布見圖7，水平位移分布見圖8。

在研究區域垂直于地裂縫軸線，選擇河流北側600 m測線，得到測線上的地表沉降、水平位移分布對比曲線（見圖9、圖10）。可以看出，地裂縫兩側存在明顯的差異沉降，在剖面上呈現“牽引撓曲”現象；研究區地表沉降和水平位移隨著基巖斷塊的垂直錯動距離增大而增大。

根據地表相近兩點的差異沉降與距離，計算測線斷面的各部位的地表（地基）平均傾斜值，見表2。計算表明，當基巖斷塊垂直錯動0.2 m時，地表（地基）平均傾斜值大于2‰的區域幾乎不存在；當基巖斷塊垂直錯動0.5 m時，地表（地基）平均傾斜值大于2‰的區域長度為距離地裂縫約52 m；當基巖斷塊垂直錯動1 m時，地表（地基）平均傾斜值大于2‰的區域長度為74 m距離，當基巖斷塊垂直錯動2 m時，地表（地基）平均傾斜值大于2‰的區域長度約86 m距離，當基巖斷塊垂直錯動5 m時，地表（地基）平均傾斜值大于2‰的區域長度約130 m距離。

當承壓水位降低15 m時，垂直沉降分布見圖13、水平位移分布見圖14。

在研究區域垂直于地裂縫軸線，選擇一條測線（河流北側500 m），拾取測線上的地表沉降、水平位移，可以得到測線上的地表沉降、水平位移分布對比曲線（圖15、圖16）。

根據地表相近兩點的差異沉降與距離，計算該測線斷面的各部位的地表（地基）平均傾斜值，見表3。

從地表沉降、水平位移、應力變化分布對比曲線可知，由于承壓水頭的降低，地裂縫兩側產生明顯的差異沉降，但影響范圍較小約10～20 m。研究區地表沉降和水平位移隨著承壓水頭的降低而增大。地裂縫附近的傾斜值較大，隨著距離地裂縫越遠，傾斜值減小。綜合分析認為，地下水作用下，地裂縫附近產生明顯的差異沉降，其它部位以均勻沉降為主。

4.3地裂縫區域的安全避讓距離

地裂縫區域的安全避讓距離應是以地裂縫延展方向為軸線，垂直軸線向兩側（上盤、下盤）確定的保護建（構）筑物的有效距離。模擬結果表明，構造應力和地下水位變化影響下，地裂縫兩側均產生沉降和變形，其中遠離地裂縫均產生均勻沉降，對建筑物的影響不大；但在地裂縫附近則產生明顯的差異沉降，對建構筑物影響巨大。因此根據各類建筑物地基變形允許值的最嚴格標準，采用傾斜值0.002（即2‰）控制安全避讓帶。根據模擬計算結果，地裂縫安全避讓距離確定為上盤（包括地裂縫帶寬）80 m，下盤10 m，總避讓帶寬度為90 m。這與多種手段調查、試驗、測試和監測結果確定的地裂縫兩側避讓距離100.41 m（上盤74.27 m，下盤26.14 m）相近[4]。

5結論

（1）地下水的作用在地裂縫附近（10～20 m）產生明顯的差異沉降，其它部位以均勻沉降為主。

（2）根據數值模擬高麗營地裂縫的安全避讓距離確定為上盤80 m，下盤10 m，總避讓帶寬度為90 m。

（3）本次數值模擬假設斷裂兩側地層為均質，但實際上斷裂兩側地層參數非均一，地裂縫成因比較復雜，所以本次提出的地裂縫避讓帶寬度只是作為一種參考。

參考文獻：

[1]王海剛.北京市順義地區高麗營地裂縫災害[J].中國地質災害與防治學報，2011，22（3）：134.

[2]賈三滿，郭萌.從高麗營探槽分析黃莊-高麗營斷裂與地裂縫的關系[J].城市地質，2007，4（2）：2428.

[3]賈三滿，王海剛，葉超，等.北京地區地裂縫勘察方法研究[J].工程地質學報，2011，（19）：104111.

[4]賈三滿.北京市地面沉降監測年度報告[R].北京市水文地質工程地質大隊，2010.

[5]王海剛，賈三滿，王榮，等.北京順義地區地裂縫調查與成因分析[J].中國科技論文在線精品論文，2012，21（5）：20552062.

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[8]馮利斌.北京未來科技城地裂縫成因機理及其防治對策研究[D].長安大學，2011.

[9]武強，朱斌，李建民，等.斷裂帶煤礦井巷滯后突水機理數值模擬[J].中國礦業大學學報，2008，37（6）：780785.