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贵州高原现今应力场数值模拟及其工程地质意义

高振鲲  
【摘要】: 现今构造应力场是控制区域稳定性和岩体稳定性的重要因素,也是地球构造动力学研究的热点和难点。本论文在研究贵州高原的区域地质背景、分析区域构造动力的力源机制、建立地质力学模型的基础上,以有限元数值模拟手段,再现了贵州高原现今构造应力场的分布规律,探索了现今构造应力场的工程地质意义,取得了以下成果。 (1)除地球自转速度变化外,贵州自燕山期构造运动奠定其构造格局以来所受到的欧亚板块向西挤压和印度板块向北挤压的现代构造应力作用,是其现代构造应力的主要动力源。 (2)在贵州高原现今构造应力场中,绝大部分地区的最大主应力方向为NW向。据最大应力值的相对大小,可将贵州高原划分为三个应力区,即高应力区、过渡应力区(中—低应力区)、低应力区。 (3)在区域最大主应力作用下,基坑边坡开挖后常形成台阶错动的现象。作者在建立地质力学模型的基础上,推导并建议错动台阶的位移量来估算构造主应力大小的理论计算公式。 (4)隧道、巷道、钻孔等出现的缩径现象,是最大主应力作用的结果,也是高地应力存在的证据。作者在建立地质力学模型的基础上,推导并建议了由岩体的力学参数及缩径量大小来估算岩体初始地应力值的理论计算公式。 (5)构造应力场对铅直井壁稳定性影响很大,特别是水平主应力对井壁稳定性影响具有决定性作用。作者通过理论分析和典型工程实例研究,初步建立了评价井壁稳定的简易指标。 (6)构造应力场对区域稳定性影响具有重要的作用,而区域稳定性评级是重大工程选址必须解决的首要科学问题。作者通过对贵州高原大型水电站工程枢纽规划原则的分析,探讨了构造应力场与工程选址之间的关系。 本论文是贵州特殊地质环境形成机理研究的重要组成部分。所取得的研究成果,不仅对深入研究贵州高原形成演化的动力学机制有着重要的理论意义,而且对指导区域工程地质选址、进行岩体稳定性分析也有重要的现实和广阔的应用前景。


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