龙门山地区构造应力场及灾害效应数值模拟研究

【摘要】：2008年5月12日发生的汶川8.0级强烈地震震撼了全中国,引起了全世界的共同关注。此次地震不仅暴露了我国地震地质工作存在的薄弱环节,同时也给地震工程地质研究提供了了一系列急待解决的新课题。开展对龙门山地区构造应力场及灾害效应的数值模拟不仅是具有重大的现实意义,而且可为研究龙门山活动断裂动力学机制和汶川地震灾害效应提供一定的依据,同时对其他类似地区的地震活动和工程规划具有重要的借鉴意义。 本文在现场调查和分析的基础上,进行了龙门山构造带的构造应力场、小鱼洞新生断裂形成机理、断裂带附近地表建筑物的灾害效应的数值模拟分析。通过上述模拟,得到了如下认识： (1)在全面收集已有区域资料和现场调查的基础上,通过对研究区内断裂附近在地震前、地震时和地震后的构造应力场的模拟分析,初步揭示了研究区在地震前→地震时→地震后的最大主应力和剪应力在量值和方向上的变化规律。 (2)通过试验模拟,分别考虑三种可能的情况进行模拟,即小鱼洞破裂带的形成是受两侧断裂共同作用的结果、小鱼洞破裂形成区本身是一个软弱带和小鱼洞破裂形成区有先存的隐伏断裂,初步揭示了小鱼洞断裂形成的应力机制。小鱼洞地表破裂的产生的机理可概括为：在该区域有先存隐伏断裂的条件下,受区域构造应力场的作用,在地震时隐伏断裂发生活动,切穿浅层岩土体,形成地表破裂带。二维和三维数值模拟结果均表明,小鱼洞新生断裂的产生与龙门山中央断裂和前山断裂的应力分布规律有密切关系,而且龙门山中央断裂对小鱼洞断裂产生的影响大于龙门山前山断裂。 (3)对位于断层上盘的水磨镇硅业公司主楼的地震动响应的数值模拟分析结果表明：①地震时厂房所受的轴向应力在底部最大,向上逐渐减小,与厂房底部柱体发生挤压破坏的特征相对应。厂房所受的剪应力值和剪切方向与柱体剪切破坏特征相对应。地震对楼体主梁的破坏是轴向应力和剪应力同时作用造成的。②靠近断层一侧应力、应变和位移值大于远离断层一侧,断层面刚度和断层距建筑物的距离对于建筑物所受到的最大主应力、剪应力、最大剪应变和加速度有明显的影响。③断层上盘建筑物的地震灾害效应比断层下盘表现更为明显,破坏程度也更大。同时,通过模拟,阐述了位于断层上盘的楼房发生差异性破坏的机理,并得到了地震作用时间、断层力学性质和断层位置对断层灾害效应的影响规律。 (4)对小鱼洞镇主街道和虹口乡八角庙疗养院进行的数值模拟得到的地面综合位移方向和量值,与实地调查结果吻合,应力分布规律也能很好地解释地面破裂的形成机制和建筑物破坏的形式。根据对模拟结果的分析,得出了场地的位移和应力的分布规律。