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基于地下水径向辐射渗流单井排放诱发地表位移的一般公式，结合多层层状构造含水层地下水径向渗流的降深表达式，导出了多层层状构造含水层潜水井和承压井稳定流单井排放诱发地表位移的解析表达式．讨论了所求表达式具体的数值积分方案，以20个结点的Hermite求积公式编制了计算程序，并以实例验证了本文方法的有效性．本研究为多层层状含水层地下水稳定层流流场地区进行高精度动态大地测量时，定量考虑地下水排放诱发的地壳形变提供了基础． 相似文献
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基于地下水径向辐射渗流单井排放诱发地表位移的一般公式，结合多层层状构造含水层地下水径向渗流的降深表达式，导出了多层层状构造含水层潜水井和承压井稳定流单井排放诱发地表位移的解析表达式．讨论了所求表达式具体的数值积分方案，以２０个结点的Ｈｅｒ－ｍｉｔｅ求积公式编制了计算程序，并以实例验证了本文方法的有效性．本研究为多层层状含水层地下水稳定层流流场地区进行高精度动态大地测量时，定量考虑地下水排放诱发的地壳形变提供了基础． 相似文献
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基于地下水径向渗流单井排放诱发的地表位移的一般公式，结合地下水径向稳定混合流的降深表达式，导出了在均质含水层潜水井和承压井两种情况下的地下水稳定混合流单井排放诱发地表位移的解析表达式，讨论了所求表达式的数值积分计算方案，并以２０个节点的Ｈｅｒｍｉｔｅ求积公式编制了计算程序，并以实例验证了本文方法的可行性。本文研究为在地下水稳定混合流场地区进行高精度动态大地测量时定量考虑地下水排放产生的地壳形变影响 相似文献
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本文从地下水位的变化与重力理论值成正相关的事实出发,阐明了水位变化是含水层应力——应变变化的反映。因而可以利用水位的变化来监测含水层的应变过程。在承压含水层受压时,其实隙减小,赋存其中的水被挤出向井孔中汇流;当含水层受拉张时,其空隙变大,孔降水压减小,水由井孔义回流入含水层的空隙中,由于水体的这种运珍,实现了井孔的的放大过程。井孔有很高的放大倍数和小的有效范围。据此,又进一步论证了观测井在多点集中的地壳应力场及其演变过程中所能监测到的信息和观测井的布设原则。文章最后论述了观测井在地震预报中可能发挥的作用;单井只能对发震时间做出可能的判断,对于震中信置、震级的大小,要靠一个完好的观测网才有可能做出科学的判断。 相似文献
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本文基于弹性力学与流体静力学原理对承压含水层这种弹性孔隙介质在作用力激励下所作出的体应变响应的力学机制进行了较清晰深入的阐述与理论推导,得到了井水位系统的动力学方程,该方程表明井水位系统为一个零阶的放大环节,其传递函数为一常数,从而给出了在含水层孔隙度分别等于零和等于1情况下的井水位系统所允许的理论格值范围.鉴于井水位系统为一个天然体应变计,其维尼迪柯夫调和分析所得到的振幅比（或潮汐因子）即为该水井的传递函数（灵敏度）.由于半日波为水位观测资料的主项,而M2波又为半日波的主项,因此以M2波灵敏度的倒数作为该井水位系统的格值是较为可取的.在取得格值的基础上,本文利用福建5口水井2008年5月份的井水位分钟值对发生在5月12日的四川汶川地震所引起的同震阶变进行计算,四川汶川大地震所引起的这5口水井的水震波幅度与体应变潮汐波幅度约为10-7~10-8. 相似文献
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通过分析承压井孔储水效应对井水位固体潮效应(井潮)的影响, 重点研究了含水层储水系数S和导水系数T对潮汐排水响应的影响, 以探讨井潮变化形成的初步原因. 以川06井为例, 通过对实测井孔水位数据进行潮汐分析, 得到井孔储水效应引起的相对振幅A和相位移η, 进而分析A和η随时间变化的规律以及两者之间的关系. 结果表明, 井潮变化主要受井孔储水效应变化影响; 在潮汐排水响应阶段, 井潮主要受含水层导水系数T(或渗透系数K)影响, 而受储水系数S影响较小. 相似文献
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本文应用孔隙弹性理论,探讨了引潮力作用下饱和地质岩体的力学响应.首先通过引潮力作用下饱和岩体的自由能表达式,得到岩体孔压与应力、应力与应变之间的关系;然后从引潮力作用下饱和岩体的平衡微分方程出发,结合流-固耦合理论,分析了饱水岩体应变与引潮位之间的关系;最后推导出饱和岩体的两大力学物理量--孔压和潮汐应力(平均应力)与引潮位之间的物理关系.模型表明:饱和岩体孔压与引潮位成反比,平均潮汐应力与引潮位成正比;比例系数不仅与岩体骨架的Lame系数有关,而且与Biot模量有关.将模型应用于会理川-18井水位变化分析,估计出水位响应系数D,并以此为基础,求得岩体孔压、潮汐应力与引潮位的相关系数(A和C)及Skempton系数B.最后对比分析了耦合条件下与不考虑耦合时得到的各参数之间的差异,分析表明:对饱和地质岩体而言,应力、孔压对引潮力的响应是流-固耦合作用的产物;研究其力学响应时必须充分考虑耦合效应.模型的建立,为研究引潮力作用下井-承压含水层系统力学、水动力学、与地震有关的断层力学以及引潮力触发机制的定量研究提供了基础. 相似文献
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以气压影响承压井水位的偏微分方程为基础，推导了井孔与含水层之间流体互相渗流的边界条件．然后，用拉普拉斯变换法得到了任意气压过程作用下水位变化的时域解析解．此解由稳态项和迟滞项两部分组成，稳态项为气压系数与当时气压值的乘积，相当于今后气压不变的条件下时间趋于无穷时的水位；迟滞项是由于井中的流体和含水层中的流体交换，不能瞬时完成而引起的过渡过程．分析这个解可知，某时刻水位受气压的干扰是由该时刻之前所有气压变化量对水位影响的积分叠加．所以，我们进一步找到了脉冲气压过程作用下的井水位响应函数．计算表明:① 脉冲响应函数总是从零值开始，时间趋于无穷时，其值趋于稳定值，此稳定值与气压效率成正比；② 迟滞时间大小取决于含水层的力学性质和井的半径，渗透系数越大、井孔半径越小、含水层厚度越大，则迟滞时间越小 此解可作为今后进一步全面地分析气压干扰和研究实际校正方法的理论基础． 相似文献
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在弹性包体理论的基础上，建立了流变介质包体模型理论的应变场的理论解，导出流变介质中的包体在任意一点产生的正应变、剪应变及体应变的粘弹性解析解，即正应变、剪应变和体应变的表达式. 通过计算三维粘弹性介质中球形硬包体与软包体在地面引起的体应变场的时空演化过程，得到了一些非常有意义的结果，即球形硬包体在地面产生的体应变随时间的变化曲线出现了特征不同的3个阶段(, , )，它与大量地形变资料出现的, , 阶段相似，而球形软包体却没有这个特征. 这些结果对地震前兆的形态特征、前兆的象限性、前兆时空演化的阶段性、短临前兆突发性以及前兆异常时间的地区性等的解释具有启示意义. 这为地震前兆物理模式的建立提供了理论基础，并将为实现地震的物理预测发挥作用. 相似文献
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基于Ｂｉｏｔ的饱和孔隙弹性介质的运动方程和利用复变函数方法，本文研究了无限饱水孔隙弹性空间中由常速运动源所产生的位移场。考虑了两种类型源：ａ．沿无限空间水平轴运动的斜向集中力源；ｂ．运动双力偶源。关于力源的运动速度，考虑了４种情形：ａ．力源的运动速度Ｕ小于饱水孔隙弹性介质的三种体波速度一亚音速情形；ｂ．速度Ｕ小于介质的第一纵波过度和横波速度，但大于第二纵波速度─—弱跨音速情形；ｃ．速度Ｕ小于第一纵波速度，但大于横波速度和第二级波速度─—强跨音速情形；ｄ．速度Ｕ大于介质的所有三种体波速度─—超音速情形。结果表明，在跨音达和超音速情形里，解呈现出与力源相联系的平面冲击波特征，位移出现了相应的跳跃。 相似文献
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兰州—玛曲地区是印度板块北东向推挤引起青藏块体强烈变形的前缘区,该区的现今构造应力场研究对研究大陆动力学问题具有重要意义.本文给出了兰州—玛曲地区不同地点的现今地应力实测值的大小和方向.测量方法采用压磁应力解除法,测点分别布置在阿姨山、大水、尕海、玛艾以及清水.为系统研究本区及邻近地区现今构造应力场特征,对已有应力实测数据进行了整理分析.研究结果表明,本区及邻区几十米浅表部应力与其他地区相比,属于中等大小量值;应力随深度增加而加大,但在不同构造单元,应力增加梯度有所不同;最大水平主应力方向总体上为北东向,不同构造单元上方向有所不同,鄂尔多斯地块最大水平主应力方向为近东西向,河西走廊带最大水平主应力方向在北北西—北东方向内变化,祁连山东南端最大水平主应力方向变化较大,西秦岭地块是现今地应力的一个过渡带,最大水平主应力方向由北侧的NE向逐渐转变为中部的EW向和南侧的SEE向.本文给出的结果与由GPS观测给出的该区域应变场分布具有一致性. 相似文献
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《国际地震动态》2017,(9)
自50~55 Ma以来,印度次大陆向北与欧亚大陆碰撞后形成喜马拉雅—青藏高原造山带,碰撞导致地壳增厚致使高原大幅隆升,改变了亚洲大陆岩石圈的构造格局,也对东亚地区的气候和环境产生了巨大影响。阿尔金断裂作为青藏高原北缘的主控边界断裂,其运动学性质在20世纪70年代备受关注,不同量级的滑动速率引出了块体运动与东向逃逸和连续变形与地壳增厚两种端元模型。约10~15 Ma以来,在青藏高原南部与北部出现地堑与裂谷,为高原东西向拉张运动提供了证据,表明青藏高原开始经历地壳减薄过程。青藏高原形成以来形变场经历怎样变化,长时间尺度的地质学构造过程与现今GPS观测是否能够统一?10~15 Ma以来青藏高原地壳减薄过程造成高原高程怎样的变化?青藏高原北缘,尤其是跨阿尔金断裂具有怎样的现今三维地壳变形场,地壳应变是如何在北阿尔金断裂、祁漫塔格断裂和阿尔金断裂之间分配的?青藏高原北缘与塔里木盆地具有怎样的力学性质,对跨阿尔金断裂构造形变场造成怎样的影响?最后,GPS观测得到的现今地表形变场能够对青藏高原形变模式的争论作出何种解答?上述科学问题的解答,对于研究青藏高原隆升与变形过程具有十分重要的意义。本研究分为两部分。第一部分是青藏高原北缘三维震间运动场的观测与研究。在青藏高原北缘跨阿尔金断裂中段自建9个GPS连续台站并开展观测,根据区域研究特点设计无人值守的观测台站,具有低成本投入、高质量观测的特点。上述连续GPS台站的建立填补了青藏高原北缘,尤其是在阿尔金无人区地壳形变观测研究的空白,积累了宝贵的连续GPS数据;截止2015年7月,共有4年的连续GPS观测。数据分析结果证明,设计建站方法行之有效,GPS台站稳定、观测数据质量稳定、数据连续性稳定。结合使用中国大陆构造环境监测网络在研究区及邻域GPS连续台站数据作位置时间序列与速度场解算,获得青藏高原北缘地区跨阿尔金断裂中段现今三维形变场。使用三维线弹性后向滑移(backslip)块体运动模型,反演塔里木块体、北阿尔金块体、柴达木块体和祁漫塔格块体的三维块体运动。结果表明,北阿尔金山相对于塔里木盆地有(1.32±0.2)mm/a的抬升速率,相对于柴达木盆地具有(0.73±0.3)mm/a的抬升速率,可解释为北阿尔金块体存在显著的造山过程;阿尔金断裂有(8.21±0.60)mm/a的左旋走滑速率、(0.66±0.60)mm/a的缩短速率;祁漫塔格断裂有(0.53±0.60)mm/a的左旋走滑速率、(1.53±0.60)mm/a的缩短速率;北阿尔金断裂有(0.87±0.60)mm/a的左旋速率、(0.69±0.60)mm/a的缩短速率。同时,阿尔金断裂中、西两段滑动速率基本一致,约为8.0~10.0mm/a。定量研究结果支持连续形变与地壳增厚模型,表明相对塔里木块体,青藏高原北缘地区正在抬升、增厚,以北阿尔金山地区最为明显,抬升速率约达1.3mm/a。跨青藏高原北缘的阿尔金断裂、北阿尔金断裂和祁漫塔格断裂近200km的宽泛变形带内,南北向地壳缩短并不明显,缩短量仅约为2.9mm,且近一半缩短量发生在祁漫塔格山南侧。GPS观测阿尔金断裂车尔臣河段(~86°E)剖面表明,断裂两侧存在非对称变形特征。本文采用非对称变形模型反演GPS速度剖面数据,获得断裂两侧塔里木盆地和青藏高原北部的地壳介质剪切模量差异。结果显示,塔里木盆地地壳介质剪切模量约为青藏高原北部剪切模量1.53倍,相应S波波速比值为1.24,与Yang等人得到的地壳和上地幔三维VSV模型结果一致。地震学研究结果认为,青藏高原北部与东部地区在中地壳存在低速层,局部区域可能发生部分熔融;Hacker等进一步确认羌塘地块中地壳到深部地壳存在熔融现象。本文的研究运用了与地震学完全不同的资料,通过大地测量方法推导青藏高原北部与塔里木盆地的地壳介质力学性质差异,得到与地震学研究得到的S波波速比及其构造物理学解释相当一致的结果。成果为青藏高原力学演化模型提供新的约束。本论文第二部分内容是使用覆盖青藏高原及周边的GPS速度场,计算青藏高原内部应变率场。GPS观测速度场不仅显示了南东东-北西西向的地壳拉张过程,也揭示了青藏高原内部更加重要的地壳减薄过程。结果显示,青藏高原北部和南部的垂向应变率(减薄应变率)分别为(8.9±0.8)nanostrain/a和(7.4±1.2)nanostrain/a,青藏高原西南部的垂向应变率为(12.0±3.2)nanostrain/a,表明青藏高原内部大尺度范围应变率测量结果的一致性。并且青藏高原内部的拉张应变率观测也相当一致,青藏高原北部,沿着N114±1°E主应变方向的拉张应变率为(21.9±0.4)nanostrain/a;高原南部沿着N93±1°E主应变方向的拉张应变率为(16.9±0.2)nanostrain/a;高原西南部沿着N74±3°E主应变方向的拉张应变率为(22.2±1.8)nanostrain/a。如果地壳减薄开始于10~15 Ma,并且现今观测得到应变率适用于整个时间跨度,那么地壳累积减薄5.5~8.5km。应用Airy地壳均衡理论,青藏高原的平均高程将下降~1km。青藏高原北部、南部和西南部相似的垂向应变速率也表明,在3个区域的地壳拉张、正断裂运动和地壳减薄过程由相同的物理机制所支配。综合上述两部分研究成果,发现青藏高原现今垂向运动在高原内部和边缘地区存在很大差别。高原内部地区正在经历地壳减薄,而高原边缘地区正在经历不同程度的增厚与隆升。青藏高原北缘地区的垂向应变率约5~20nanostrain/a,如果考虑重力均衡作用,对应的垂向隆升速率在0.04~0.14mm/a左右。但是,对于局部地区如北阿尔金块体,其底部受到塔里木盆地南缘下插挠曲板块的支持,在没有重力均衡情况下,垂向隆升速率可能达到1mm/a。喜马拉雅地区呈现不同水平的垂向形变,垂向应变强烈(约10~80nanostrain/a),山脉底部受到印度下插板片的支持,无法通过重力均衡假定由垂向应变率估计隆升速率。但由GPS与水准数据约束的俯冲板片模型推测山脉隆升速率达到约7mm/a。而对于祁连山地区,GPS应变率推测得到垂向应变率约20~40nanostrain/a,应用地壳均衡理论,平均隆升速率为0.15~0.3mm/a;而由于逆冲推覆构造与褶皱变形带的存在,中下地壳有可能仍存在弹性变形,不能实现完全重力均衡,实际隆升速率有可能高于这一估计。本文研究给出青藏高原不同地区三维形变场与形变速率的定量估计,是对连续形变与地壳增厚形变模型的重要修正。结果并不支持块体运动与东向逃逸模型,并认为高原南北双向俯冲模型中的塔里木块体南向俯冲几乎不存在。 相似文献
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2008年5月12日,四川汶川发生了8.0级特大地震,这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最广、诱发地质灾害最严重的一次强烈地震。此次地震震撼了整个中国,引起了全世界的关注。在距离震中约250km,坐落于背后山古滑坡体前缘堆积体之上的汉源老县城,出现了比周边地区高出两度的烈度异常现象。如此高的烈度异常现象引起了广大科研人员和政府相关部门的高度关注。为了科学合理地解释汉源老县城高烈度异常的原因是否与背后山滑坡有关,并进一步探讨地震作用下边坡的稳定性及动力响应等问题,本文对背后山滑坡开展了与地震相关的一系列研究。本文的研究对推动这一领域的研究工作具有重要的理论和工程意义。本文系统地归纳、总结和评述了边坡稳定性的研究进展,对背后山滑坡的工程地质条件进行了详细的调查,整理和分析了汶川特大地震背后山滑坡科学考察的全部资料。在此基础上,通过有限元数值模拟,对背后山滑坡的共振特性,静、动力稳定性以及动力响应等进行了计算和分析研究,得到了若干有意义的结论,主要研究成果如下:(1)对汉源县的震害及背后山古滑坡进行了科学考察。在汶川特大地震发生后,防灾科技学院科考组在中国地震局的统一指挥下,负责汉源和北川的科考工作,对汉源县城背后山滑坡进行了野外调查,获得了地形地貌、地层岩性、地质构造等详细资料,揭示了背后山有古滑坡存在,圈定了古滑坡的边界范围,明确了古滑坡的活动期次、特征及现今稳定性状况。调查分析结果显示,汉源老县城位于背后山古滑坡体的前缘,但并未发现古滑坡整体复活的迹象,只在坡体后部出现了几条张性裂缝。(2)建立了背后山滑坡的地质模型、力学模型和有限元计算模型。选取典型的地质剖面,建立滑坡的地质模型、力学模型和计算模型,并制定了计算方案。提出4种安全系数的计算方法,对背后山滑坡的静力稳定性进行了计算和分析,得到静力安全系数为4.09。结果表明,在静力条件下,背后山滑坡是稳定的,同时为滑坡的地震稳定性分析提供了初始的静应力场。(3)分析了背后山滑坡的共振特性。分别通过ANSYS有限元模态分析和谐响应分析,得到了边坡体固有频率和振型,以及位移与频率的关系(共振曲线)。对比分析汉源县附近强震台站记录到的地震动卓越周期,我们发现,滑坡的固有周期与其基本相近。现场考察发现,汉源老县城坐落于背后山滑坡体前缘之上,由此分析认为,可能是由于滑坡体发生共振而导致了汶川地震时汉源老县城的高烈度异常。(4)计算和分析了背后山滑坡的地震稳定性。分别用拟静力法和有限元动力时程分析法计算了地震作用下滑坡的安全系数,重点是运用后一种方法进行计算、分析和评价。通过有限元动力时程分析,得到滑坡在地震作用下的安全系数时程曲线,通过分析给出了滑坡最小动力安全系数值为1.1,由此判断,滑坡整体是稳定的。对于边坡稳定性评价,本文提出可以根据安全系数最小值是否大于1,边坡关键点速度时程末段是否趋于零,以及在地震动时程末段位移、应力矢量场大小几个方面来判断滑坡的稳定性。在判断滑坡整体稳定的情况下,针对坡肩、坡脚等关键部位,提出从受力情况和振动速度两方面对其进行局部稳定性的分析和判断,并计算了关键点处的安全系数。计算和分析的结果表明,汶川地震中汉源县高烈度异常现象与滑坡滑动无关,但在坡肩附近以及坡体上部小范围内有轻度的拉张开裂,这与实际调查现象基本符合。(5)分析和讨论了背后山滑坡的动力响应,以及地震动三要素对边坡动力响应的影响。具体计算分析中,本文在坡面上、滑体内、滑面上、坡体内设置了32个监测点进行计算和分析。计算结果发现:在坡面附近,动力响应加速度峰值相较于输入地震动加速度峰值达到3倍以上,即PGA放大系数达到3以上。并且边坡体各点PGA放大系数在竖向上随高程增加而增大;沿坡体坡面方向从左至右,PGA放大系数逐渐增大后缓慢减小。坡体水平位移在竖向上随高程增加而增大;沿坡体坡面方向从左至右,位移逐渐减小。坡面陡坎对加速度、位移响应的突变效应很明显。分析地震动三要素对坡体动力响应的影响可以看出,加速度、位移动力响应的绝对量随输入地震波振幅增大呈明显的线性增长关系,但位移、加速度放大系数保持不变,它们不受振幅的影响,只取决于岩土体材料以及频谱特性。随着输入地震波频率的增大,坡面上各点的PGA放大系数减小,位移峰值随输入地震波频率的增大而减小。持时对坡体加速度峰值响应的影响不明显。综上所述,本文在背后山古滑坡工程地质条件调查的基础上,建立了地质模型、力学模型和计算模型。采用有限单元法对背后山滑坡进行静、动力稳定性分析、共振特性分析、动力响应分析等方面的研究是可行并且有效的。本文研究结果表明,背后山滑坡在汶川特大地震中并没有发生整体滑动,只是在坡肩附近小范围内产生轻微的拉张开裂。汉源县老县城高两度的烈度异常现象与背后山滑坡整体稳定性无关,与滑坡体共振产生剧烈振动有关,坡面的加速度放大效应非常明显。此外,本文认为,对于避免地震作用下边坡的失稳问题,可以通过分析边坡响应变化趋势、响应最明显的位置以及产生共振反应的频率段等相关特征给出相应的抗震措施。 相似文献