基岩潜山型地裂缝数值模拟研究

来源 :李月婷 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiaguwenshurufa
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过量开采地下水诱发的地裂缝灾害在国内外广泛存在。其中基岩潜山型地裂缝是我国苏锡常地区地裂缝发育的典型类型。该地质灾害,破坏了大量房屋及基础设施,严重制约了区域经济发展。近年来,地裂缝的数值模拟研究取得了新的突破,一种新型的数值模型实现了单条地裂缝产生及发育的模拟,并结合多元回归分析确定了控制地裂缝开裂因素的相对重要性。但多元回归方程不适用于非线性模型,针对基岩潜山型地裂缝的回归分析仅包含两个参数,也不能完整反映各个要素对地裂缝开裂的影响。此外,基岩潜山型地裂缝常平行密集发育,但目前尚未开展多裂缝模拟的研究。亟需针对地裂缝数值模拟开展地裂缝模型的多参数的全局敏感性分析,开展多条裂缝的数值模拟研究。这些研究将进一步推动地裂缝数值模型的发展和应用,进一步揭示地裂缝发育机制,为地裂缝灾害防控提供科学支撑,具有重要的理论意义和实际应用价值。本文以基岩潜山型地裂缝为研究对象,根据其特征建立理想模型,模拟了单裂缝产生及发育的过程。运用方差敏感性分析方法(Sobol和RBD-FAST方法)对基岩几何形态、含水层厚度、压缩系数、孔隙水压力变化4个参数进行了全局敏感性分析,探讨上述4个参数对裂隙开裂的影响。两种敏感性分析方法的结果均表明以相对开裂深度作为响应变量时,基岩几何形态的敏感性最高,孔隙水压力变化为次敏感度参数,含水层厚度和压缩系数对开裂的影响小。敏感性分析结果说明基岩埋深越浅、坡度越大,孔隙水压力降幅显著,越容易使土体破坏,向下开裂。本文通过理想算例及光明村实际案例开展了多裂缝数值模拟研究。多裂缝模拟的理想算例为一概化的典型下伏基岩潜山的含水系统,根据应力分布插入了5对接触面,实现了多裂缝发育的模拟。模拟结果显示应力集中在基岩凸起正上方的地表及基岩两侧的水头突变面处,应力集中区内的5条地裂缝均有不同程度的发育。结合应力分布及地裂缝活动特征推测拉张应力仅使地裂缝产生横向张裂,剪应力可导致地裂缝产生垂向滑移。基于多裂缝理想算例,本文运用同样的方法再现了中国无锡光明村3条平行主裂缝在降水阶段的发育过程,模拟结果显示3条地裂缝均由地表产生后向下发育,其中基岩凸起正上方的地裂缝在拉张应力控制下以开裂为主,开裂量及开裂深度分别达26cm和12.5m;两侧的地裂缝受剪应力影响以滑移为主,最大滑移量达32cm,活动深度在25-40 m范围内,与实际观测数据的量级一致。
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