1 / 2021-08-20 14:38:57

基于连续-离散耦合方法的隧道开挖诱发近断层错动机制研究

断层错动,隧道开挖,多尺度耦合,诱发地震

隧道开挖通常会引起临近断层的错动，并进一步诱发地震等灾害，但目前物理机制尚不清晰。采用连续介质力学与离散介质力学相耦合的方法建立近断层隧道开挖数值模型，其中采用离散元方法（Distinct element method, DEM）模拟断层破碎带的细观力学行为，断层上盘、下盘则采用有限差分法（Finite difference method, FDM）来描述其宏观动力特征，基于多因素影响分析，旨在探究隧道开挖诱发近断层错动的物理机制。分析结果表明：隧道开挖引起断层错动可以划分为错动孕育阶段、错动加速阶段、错动变缓阶段、稳定阶段；断层破碎带与上、下盘岩体相对刚度较小，开挖导致的岩体变形无法通过破碎带向另一侧传递，由此引起的上、下盘岩体变形不连续、不协调是断层发生错动的主要原因；开挖隧道位于上盘时，隧道埋深以上的断层呈现出正断层错动模式，埋深以下的断层呈现出逆断层模式，而隧道位于下盘时，结果相反；距离断层越远，隧道开挖引起的断层错动量越小，不同深度处的错动量最终均趋于0，同时，距离的增加还可能引起隧道位置以下断层错动形式的改变；隧道位于上盘时，断层的错动量大体上随着倾角的增大而减小；隧道位于下盘时，隧道埋深以上的断层错动量呈现出随倾角增大而增大的趋势；隧道埋深以下的断层错动量则不断减小；而隧道埋深处的断层错动量先随着倾角增大而减小至0，而后错动形式发生改变，错动量继续增加。