两种典型河谷应力场应力分布特征对比分析

深切河谷应力场分布特征研究

１８个，点９９４个。数值模型中于河谷岸坡中预２节０设４层卸荷带，卸荷深度分别为５ｉ、０ｒ、５ｉ、０ｎ１ｌ１ｎ２ｆ
第一作者简介：郑小燕，，师，女工程注册岩土工程师，硕士。研究方
向：岩土体稳定性。Ｅｍａ：Ｍｌｚ０１６．ｏ．ｉｓｏ２０＠１３ｃｍ。ｌｗｗ
Ｉ。模型左右两侧采用水平向约束，边界采用竖ＴＩ底
直方向约束。
２期ｌ
郑小燕，：等深切河谷应力场分布特征研究
３河谷应力场分布特征
３１无卸荷带影响．
第１２卷
第２期１
２１０２年７月
科
学
技Ｖｏ．２Ｎｏ２Ｊ１Ｏ２１１．１ｕ．２１
ｌ７ — １１（０２２ —３６０６１８５２１）１５６・５
ＳｉｎｃｃｎｏｏｙｎｇｎｅｉｇｃｅｅＴｅｈｌｇａｄＥｎｉｅｒｎ
域地应力场的分布，一方面又受地表剥蚀、流另河侵蚀等地表地质作用的控制。在河谷不同位置上，
这两方面作用的表现强度不同，即河谷应力场主要是在自重应力、构造应力双重作用下由于河谷深切作用导致谷坡应力卸荷，而形成特有的河谷应力进
表明：）１结合初始应力场特征，自自重应力与构造应力角度提出应力场分区标准。２对于无卸荷带的均质弹性边坡，可）无构造应力作用时，可分为应力释放及应力平稳２个区。有构造应力作用时，可分为应力集中及应力平稳２个区。３对于存在卸）荷带的边坡，则从坡表到坡里可分为应力降低区、应力升高区及应力平稳区３个区。４由于构造应力场的存在，得河谷内）使

中国西南深切峡谷岸坡地应力场基本特征

3
地应力垂向变化规律
3.1 主应力量级随垂向埋深变化规律统计表明，主应力分量量级随垂向埋深 H 增大而有规律变化，如图 1 所示。垂直埋深为 0～300 m 时，主应力量级分布较为离散，最大主应力1 最大约为 40 MPa，最小仅约为 5 MPa；中间主应力2 最大约为 36 MPa，最小约为 2 MPa；最小主应力3 最大约为 22 MPa，最小仅约为 1.6 MPa。垂直埋深 300～700 m 时，主应力量级分布较为集中，最大主应力为 15～30 MPa；中间主应力为 10～20 MPa；最小主应力为 5～12 MPa。随垂向埋深增加，主应力量级总体表现为随埋深增大而线性增大，且存在上、下界限，变化规律为
地应力测试方法主要包括水压致裂法、应力解除法与应力恢复法。测试点岩性多为岩浆岩，少量为变质岩，岩石弹性模量、单轴抗压强度均较高，总体属坚硬岩范畴。测点所处边坡坡度较陡，一般约 40° ～50° ，局部超过 70° ，自然坡高约 350～ 650 m，测点分布于埋深、水平深度均为 0～700 m 范围。
收稿日期：2015-01-09 基金项目：国家重点基础研究发展计划（ No.2011CB013501）；国家自然科学基金（ No.41272333）。 This work was supported by the National Basic Research Program of China (2011CB013501) and the National Natural Science Foundation of China (41272333). 第一作者简介：李华，男，1973 年生，硕士，教授级高级工程师，主要从事水电勘察设计方面的研究工作。E-mail: 743282592@ 通讯作者：赵其华，男，1965 年生，博士，教授，博士生导师，主要从事工程地质、边坡工程方面的研究工作。E-mail: zhqh@

拱坝的应力分析

坝
很小，几乎可忽略不计，对中等的 Nhomakorabea厚度拱坝和重力拱坝来说，应考
应
虑自重的作用。
力
截面A 1 、A 2 间的坝体自重G
分
可按辛普森公式进行计算：
析
G
=
1 6
g cDZ ( A1
+
4 Am
+
A2 )
G
=
1 2
g cDZ ( A1
+
A2 )
2.水平径向荷载
主要为静水压力，其
拱坝
次有泥沙压力、浪压力、冰压力等，由拱和梁共同承担。分担荷载的比例须
应
力
分
析
当t<t封时：坝体收缩，坝轴线缩短，使坝体向下游变形，拱端上游侧和拱冠下游侧受拉，产生
拱
的弯矩和剪力与水压影响相同，轴力与水
坝
压影响相反。
的
温降对坝体应力不利，对坝肩稳定有利
应
力
分
析
拱坝温度变化的组成：
(1)均匀温度变化tm—引起
拱
坝体均匀伸长或缩短
坝 (2)沿坝厚温度梯度变化
的
td—引起挠曲
对应力而言
基本组合：正常水位下相应荷载+温降
拱特殊组合：正常水位下相应荷载+温降+地震
坝
高温+运行低水位
的
应对稳定而言
力分析
基本组合：设计水位下相应荷载+温升特殊组合：校核水位下相应荷载+温升
2.3.3 拱坝的应力分析方法概况
拱
拱坝实质上是一个变厚度、变曲率而边界
坝
条件又很复杂的壳体结构。影响坝体应力的因

地形偏压条件下隧道初始应力场及二次应力场分布特征

２．ＮａｉｎｌＥｎｉｅｒｎａｏａｏｙｏｇｔｏａｇｎｅｉｇＬｂｒｔｒｆＨｉｈ—ｓｅｄＲａｌｙＣｎｔｕｔｏｐｅｉｗａｏｓｒｃｉｎ，Ｃｎｓａ４１０５，Ｃｈｎ；ｈａｇｈ０７ｉａ
中图分类号：４８１Ｕ５．
文献标志码：Ａ
文章编号：６２— ０９２１）４—０６０１７７２（０２００３— ７
Ｓｅｏｄｒｎｒｒｔｓｉｔｉｕｉｎｏｅｒｉｉｓｔｎｅｃｎａｙａｄｐｉｙｓｒｓｄｓｒｔｆｔｒｎｂａｕｎｍａｅｂｏａ
ｏａｔｎｅｅｒｈａｄｓｄｌ，Ｓｈｓｒａｈｕｄｂｅｐｔｅｈｓｓｏｅｎｏｃｍｅｔｎｖｕｌ，ｉｖｒｄａｃｎｉｅｗａｌＯｔｅｅａｅｓｓｏｌｕｍｐａｉｎｒｉｆｒｅｎ．ｔＫｅｒｙｗｏｄｓ：ｕｎｌｅｇｎｅｉｇ；ｔｒａｎｂａｔｎｅｎｉｅｒｎｅｉｉｓ；ｐｉｒｔｅｓｆｅｄ；ｓｃｎｒｔｅｓｆｅｄｒｍａｙｓｒｓｌｉｅｏｄａｓｒｓｌｙｉ
３ｃｏｌｆｉｌｎｉｅｒｇＨｎｎＵｉｅｉｆｃｅｃｎｅｈｏｇ，ｉｎｔｎ４０，ｈｎ）．Ｓｈｏｖｇｎｅｎ，ｕａｎｖｒｔｏｉｅａｄＴｃｎｌｙＸａｇ１２１ＣｉａｏＣｉＥｉｓｙＳｎｏａ１
ｓａｐｎ；ｔｅｍａｉｈｘｍｕｍｈｅｒｓｒｓｎｒ３ｓａｔｅｓｕｄｅ０。ｐｒｉｌｐｒｓｅｎｌｓｔｃｆｈｏｉｏｔｌｇｏｄｓｒａｅａｄｏｃｓａｔａｅｓｄａｇｅｉｗｉｅｏｒｚｎａｒｕｎｕｃｎｃｕｒｆ

塔里木叠合盆地构造解析和应力场分析

塔里木叠合盆地构造解析和应力场分析塔里木叠合盆地位于中国东部塔里木河西岸，延伸于新疆维吾尔自治区东南部。

它是一个由沉积矿物组成的折叠型叠合盆地，其大部分受新生代火山岩体的影响，包括深层发育的新-古生代火山岩体和微层的火山灰岩。

鉴于它的繁复的构造演化过程和深入的火山岩体发育，塔里木叠合盆地的构造解析和应力场分析工作非常重要。

构造解析首先，利用地质、地球化学、地球物理和野外地质调查等多项技术，从结构地质学、矿物学和流体地质学等多方面进行构造解析。

盆地内古生界火山岩体、花岗岩体和组织岩体的结晶年龄、成岩作用及其可能的成因机制等古构造结构，利用扫描电镜、核磁共振分析和X 射线衍射等技术，鉴别古生界火山岩体的岩石组成、微量元素、岩石构造和重磁特征等信息；在解析古构造变形过程中，利用密度和折射率分布获取古生界火山岩体的变形参数。

此外，利用野外地质调查获取地震资料、调查热液碳酸岩地质结构及成因机制，以及古生界的裂缝及岩溶等，以准确分析古生界火山岩体的变形及变形机制。

应力场分析塔里木叠合盆地的应力场分析是对构造变形的重要补充，利用渗流地球物理技术可以直接测定古生界火山岩体的应力场分布，从而清楚古生界火山岩体变形的物质来源、物质运转以及断层活动等。

应力场分析还可以定量指示古生界火山岩体的强度和韧性，为塔里木叠合盆地的震害预测和研究提供可靠的信息。

结论塔里木叠合盆地在新生代火山岩体发育的基础上形成，其繁复的构造演化过程和深入的火山岩体发育，使其构造解析和应力场分析的重要性变得格外突出。

鉴于此，利用地质、地球化学、地球物理和野外地质调查等多项技术，从结构地质学和流体地质学等多方面对塔里木叠合盆地的构造解析，以及利用渗流地球物理技术对古生界火山岩体的应力场分析均极其重要。

只有通过全面分析和研究古生界火山岩体的构造特征以及变形、应力场分析等，才能准确地揭示塔里木叠合盆地的构造演化过程和变形机制，并为震害预测和研究奠定基础。

河谷断面形态对河谷应力集中的影响

河谷断面形态对河谷应力集中的影响【摘要】：由于自重应力和构造应力的作用，形成河谷谷底断面显著的应力集中，且断面形态对其应力集中影响有所不同。

谷深度、宽度、坡度和谷底弧形（切圆半径）是影响河谷断面形态的四个外形因素；适当地改变它们的取值，可以形成常见的V形、U形和弧形（半圆形）河谷。

且深度愈深，宽度愈窄、坡度愈小、谷底弧形愈小，谷底出现应力集中愈大，集中系数愈大；反之，则小。

对比其集中系数，V形最大，U形次之，弧形最小。

【关键词】：河谷；断面形态；集中系数1. 引述河谷是自然界里一种很普遍的地质地貌，常见有V形、U形、半圆形（或弧形）等。

由于构造应力和自重应力的作用，在河谷断面上引起局部应力集中，形成很大的拉、压应力，使得其岩体变形、饼裂，造成河床及岸坡失稳问题。

同时对河谷地区的水工隧洞、地下厂房、交通隧道产生很大影响。

由于岩体结构高度复杂和目前勘探手段有限，工程上常用数值模拟计算，利用原有地质实测资料，拟合出河谷一定范围内的全场应力及其分布特征，为工程提供理论依据［1］。

2. 力学模型及计算公式岩体在高地应力(20～30MPa)作用下表现为弹塑性，故河谷地应力问题可化为垂直河谷走向的平面弹塑性问题。

根据相关地质资料［2］，取其弹性模量4500 Mpa，泊松比0.23，屈服强度5.4，密度2700 kg.m-3。

模型高取1000、宽4000、厚1。

河谷断面用V形与弧形组成。

下边界Y方向和中间处X方向位移为零。

自重取g=9.8，边界两侧为线性荷载［3］，见式1，应力集中系数计算见式2，为谷底最大应力，为无河谷断面相应深度应力值。

3. 河谷断面形状对其应力集中的影响根据实际河谷形态的一般性和模型的可变性，河谷断面用V形两侧面与一段弧形（圆弧代替）相切而成，适当地改变其谷深度、半宽度、坡度及弧形（切圆半径），则也可形成U形、半圆形（弧形）形河谷。

3.1 深度影响深度对应力集中的影响，可以通过给定河谷半宽度和谷底圆弧半径，改变不同深度，得出如下图表。

基于FLAC3D的边坡稳定性应力分析

基于FLAC3D的边坡稳定性应力分析本次研究的区域在西部、东部、北部均为河谷，高程约为 101~104 米，三级阶地下侧分布有二级阶地、一级阶地及河漫滩。

因而原始地形由东往西逐渐降低，自然坡度在8~30左右，往北山脊高程逐渐降低，由153.1米降至128米。

1.1工程地质岩组（1）地层滑坡体及其所处山脊地层由老至新分布为：1.古生界二叠系下统柯岛组(P1K2)，由柯岛组中的上亚组杂色凝灰质砂岩组成，是本次滑坡研究区内最老的地层。

2.新生界第四系更新统（Qp2nl），由卵石夹粗砂层组成。

3.第四系全新统Ｑh，由残坡积层组成,其下部为基岩风化物，上部有少量耕植土该层厚度仅0~2m，主要分布于山脊及山坡上。

（2）工程地质岩组削坡前对滑坡按岩性将其分为三个组，其中第一岩性组为滑坡地下水位以上的二叠纪柯岛组凝灰质砂岩层，第二岩性组为地下水位以下饱水二叠纪柯岛组凝灰质砂岩层，第三岩性组为花岗岩层。

（3）地质构造山脊三级阶地下分布的二级阶地、一级阶地及河漫滩，自然坡度在8~30左右，往北山脊原始坡度较小，为8~20左右。

但自然坡度较缓，约为8~10左右。

杂色凝灰质砂岩倾向北东，倾角在14°~22°左右。

研究区内主要分布有断层F1、F2及F3（NW60°~ NW88°间），其中F1及F2走向均为SE145°,近于平行，倾角约60°~ 70°，倾向SW。

F2断层带宽约11m，断层带内充填断层泥及破碎角砾，断层泥多呈深灰黑色，强度极低，断裂带内具有大量的水平向擦痕，断层泥呈极光亮镜面。

在F１通过路基部位，形成了滑坡体的最深滑动面。

F1断层带宽约10m，其下盘主要为深部相花岗岩分布。

对滑体内岩体进行了节理裂隙统计后，发现在区域内有两组节理较为发育，一组倾向为NE，倾角约30°，另一组倾向SW，倾角约17°。

该两组节理对滑体内上层滑面具有控制作用。

不同地应力下巷道应力分布规律的数值分析

（2）试验模型。由于开挖深度较大，隧道位置原始岩石应力可视为一个固定值，而忽略了围岩重力的影响。挖掘岩体内的隧道时，巷道的应力重分布是有限的，而不是无限的。通过弹性理论分析和现场试验，隧道的应力应变仅为隧道宽度的 3 倍~5 倍。因此，本文设计的模型边界宽度是开挖巷道宽度的 5 倍。模型尺寸为 20m×20m，巷道宽度 4m，墙高 2m，隧道半圆半径 2m。 2.2.2 模拟试验结果
（1）模型尺寸及模拟材料的选取。根据相似理论，模型设计尺寸长×高×宽=300mm×300mm×100mm，矩形巷道断面尺寸长×高=40mm×30mm，高跨比 0.75，模型边界条件为 3~4 倍巷道宽度，竖向模拟地应力的大小，模型两侧采用刚性约束，模拟不同强度巷道围岩的应力-应变分布规律。
模型材料配比分别为：水泥∶砂子=1∶1、1∶3、1∶5，相对应的强度等级分别为 54MPa、31MPa、17MPa。
2 不同形状巷道应力分布规律 2.1 半圆拱形巷道
2.2.1 半圆拱形巷道的数值模拟试验描述（1）试验条件。对于大多数岩体，它可以被看作是一种弹
塑性介质。在一定的应力水平下，它将表现出线弹性的特征。如果你超过这个限制，它就是弹性塑料。然而，对于大多数脆性岩石来说，它们所反映的应力和应变曲线都非常小。在岩石本身脆弱之前，岩石本身可以被看作是近线弹性。本文研究了岩石的应力分布，假定岩石是各向同性的，连续的和均匀的。在此基础上，采用有限元方法进行数值分析。采用数值模拟软件，根据平面应变原理建立巷道模型。假设原岩在垂直方向上的应力值为 1,原岩上的侧压系数 λ 可以依次取值：0.2、0.4、0.6、一直到 2.4。处于不同的三侧压系数的作用情况下，可以很容易的对巷道围岩上的每一个重要点上的应力进行推测,然后从其中得出应力与侧压系数之间的变化规律。

111河谷场地地震动输入方法及工程抗震关键技术

2019年度国家科学技术进步奖提名公示材料(6)论文国际评价：①美国工程院院士、美国Notre Dame大学Ahsan Kareem教授在美国土木工程师学会(ASCE)会刊(Journal of Engineering Mechanics》一文中指出高玉峰等系统地给出了谱表示法模拟平稳随机过程的随机误差与偏度误差的解析解，并在此基础上进一步给岀了谱表示法模拟非平稳非一致地震波的偏度误差与随机误差。

②土木工程国际著名期刊《Structural Safety》编委、加拿大四大冬校之一四安大略大学H. P. Hong教授在地震工程国际著名期刊《Journal of Earthquake Engineering》一文中指岀吴勇信、高玉峰等对非一致地震波不同的模拟方法进行了对比，并指岀了开方分解模拟方法的优点。

③新加坡工程院院士、新加坡国立大学F.H. Lee教授在美国上木工程师学会(ASCE)会刊《International Journal of Geomechanics》一文指出肖杨等在边界而理论框架下，揭示了粗粒上的变形特性。

4.政府部门评价临沂市水利局、费县水利局、莒南县水利局、兰陵县水利局、临沐县水利局、蒙阴县水利局、平邑县水利局、鄰城县水利局、沂南县水利局、沂水县水利局指出使用项目组提岀的抗震分析方法对上坝进行抗震分析，确左了地箴液化区和滑动破坏区，并采用所提出的“坝壳翻压、坝趾压重、坝顶降渗”抗箴加固技术对856座病险上坝进行加固，消除了土坝开裂、渗漏、局部垮塌等安全隐患，保障了上坝的安全运行。

5.用户与工程质量评价项目组中铁二院工程集团有限责任公司是渝利铁路设讣单位，渝利铁路全线桥梁共150余座，2015年在国内首获国际菲迪克工程项目杰出奖(FIDIC 2015 Outstanding Project Award), 2017 年获得第 15 届中国上木工程詹天佑奖。

项目组山东临沂水利工程总公司承担的牟山水库除险加固工程获2011-2012全国优质工程；石嵐水库、荆山水库、萌山水库除险加固工程被评为2011年山东省大中型病险水库除险加固十大优质工程：石泉湖水库、大河水库、沙沟水库除险加固工程被评为2011 年山东省大中型病险水库除险加固十大经典工程；沙沟水库、出庄水库、红旗水库除险加固主体工程获2004-2005年山东省水利优质施工工程奖：高崖水库除险加固工程被评为2009年山东省水利优质工程，昌里水库、寨子山水库、冶源水库、龙潭水库除险加固工程被评为2013年山东省“鲁水杯”优质水利工程。

西南某大型水电站中缓倾角裂隙发育模式及成因机制分析

西南某大型水电站中缓倾角裂隙发育模式及成因机制分析赵伟华;刘智;张维熙【摘要】The presence of middle-lower dip joints is one of the important geological defects in dam foundation.Analysis of development mode and formation mechanism provides an important foundation for the stability of slopes.This paper is based on detailed analysis of the spatial distribution, combined with geological analysis, SEM and numerical simulation. It interprets the formation mechanism of middle-lower dip joints at a large hydropower station dam site. The results are as follows: (1) Intermittent rapid down-cutting of the river is the main reason for the alternative distribution of middle-lower dip joints; (2) Main fracture mechanism is coexist of tension and shear, a small number of samples show the shear fracture; (3) If faults and dykes exist in slopes and their widths are large, relaxation effect along the whole weak belt is obvious and the distribution of shear strain increment belt is notobvious. (4) If the width of weak belt and distance to the slope surface are both small, on the one hand, shear strain increment is concentrated along the dip direction of weak belt, on the other hand, concentrated degree and number of middle-lower dip joints increased. In addition, density of middle-lower dip joints also increased.%中缓倾角裂隙的存在是重要坝肩地质缺陷之一,中缓倾角裂隙发育规律、成因机制分析是研究边坡稳定性的重要基础.通过对我国西南某大型水电站中缓倾角裂隙空间分布规律的深入分析,结合地质分析、微观电镜扫描和数值模拟,阐释了中缓倾角裂隙的成因机制.结果表明:(1)河谷间歇性快速下切是中缓倾角裂隙密集带相间分布的主要形成原因;(2)中缓倾角裂隙的断裂形式以拉裂和拉剪并存为主,少部分试样表现为剪切破裂,力学机制与河谷下切地质演化相对应;(3)如果岸坡内存在断层、岩脉等软弱带,若软弱带宽度较大,则沿软弱带的整体松弛效应明显,而弱化中缓倾角剪应变增量带的分布;(4)若软弱带的宽度较小且距坡表距离较小时,一方面除沿软弱带倾角方向的应变较为集中,另一方面,会使剪应变增量带自坡表至软弱带的中缓顷裂隙的集中程度和数量均有所增加,另外,岩脉间中缓倾角裂隙的密度亦增加.【期刊名称】《工程地质学报》【年(卷),期】2018(026)006【总页数】11页(P1724-1734)【关键词】中缓倾角裂隙;间歇性快速下切;发育模式;成因机制【作者】赵伟华;刘智;张维熙【作者单位】地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学),成都610059;四川电力设计咨询有限责任公司,成都 610094;地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学),成都 610059【正文语种】中文【中图分类】P642.20 引言关于岸坡浅表部中缓裂的发育特征和成因，Ollier(1970)根据早期研究观察，对这类现象给出了评价。