以2008年5月12日汶川特大地震中龙门山地区叠瓦状逆断层活动的同时在其间的地区形成小鱼洞断裂这一地质现象为研究对象,通过对小鱼洞新生断裂、彭县-灌县断裂和北川-映秀断裂特点和它们之间的交接关系的调查与分析,构建叠瓦状逆断层作用时在其间的地区产生新生断裂的地质模型;采用物理模拟、数值模拟和理论分析相结合的方法,研究叠瓦状逆断层活动时,在其间的地区新生断裂形成的力学机理及其灾害效应,以揭示叠瓦状逆断层作用启动其间的地区新生断裂的可能力学机理和新生断裂的产生与区域构造应力场、叠瓦状断层的间距、几何形态和产状以及其活动强度等地质背景条件的关系,构建叠瓦状逆断层作用下新生断裂形成的成因机理模式;揭示叠瓦状逆断层作用下新生断裂的成灾规律,构建叠瓦状逆断层区域成灾动力学模式。该项研究将为现代构造作用下,新生断裂成因机理的系统研究提供范例,为断层发育地区区域稳定性评价和灾害预防提供新理论和新准则。
New fault;Physical simulation experiment;Numerical Simulation;Mechanical mechanism;Avoidance distance
2008年5月12日汶川Ms8.0特大地震,使龙门山地区北东向的北川—映秀断裂和彭县-灌县断裂两条叠瓦状逆断层活动的同时,在两条断裂之间产生了一条北西走向的长约7km的新生断裂(小鱼洞断裂),并造成了严重的灾害,但现有的区域稳定评价理论体系不能全面解释新生断裂的形成机理与致灾效应,为此,针对项目拟解决的技术问题,进行了汶川地震典型地震地表破裂、小鱼洞断裂带地表破裂特征和汶川地震断裂带附近地表建筑物破坏特征的地质调查,并在此基础上进行了新生断裂形成的力学机理物理模拟和数值模拟试验,同时开展了断裂带附近地表建筑物的灾害效应和典型地震地表破裂带的数值模拟分析,最后采用数值模拟手段进行了活动断裂安全避让距离的研究,得到了如下认识 (1)野外地质调查表明小鱼洞同震破裂带为一条走向北西、倾向南西的逆冲变形带,断层上盘破坏较为严重。 (2)物理模拟和数值模拟试验分析结果表明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;并且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)通过对小鱼洞镇主街道场地的数值计算,得到了不同工况时的地震断裂安全避让距离 ①上覆土体的物质组成对地震地表破裂宽度对断裂有很大的影响,粘土层断裂的安全避让距离较砂砾石层小;②随着上覆土体厚度的增加,上盘的地表破裂宽度逐渐减小,而下盘变形不明显;③随断层倾角增大,上下盘地表破裂宽度都变大,其中上盘变形更显著; ④按地表变形程度,将场地划分为强变形区、中等变形区和弱变形区。在强变形区和中等变形区范围内,建议不得进行工程建设,在弱变形区范围,不适宜重要建筑物建设,对于一般工程建设,可提高工程建筑物抗震设防烈度等级。 (4)汶川地震断裂带附近建筑物的灾害效应数值模拟结果表明断层的形成改变了局部的应力场条件和加速度特征,从而使位于断层上盘的建筑物发生差异性破坏,紧邻断层一侧破坏强烈;地震时建筑物主梁的破坏是轴向应力和剪应力同时作用造成的。 本项目的研究工作将有助于预测未来新生断裂形成的空间位置与性质,提出更为科学合理的防灾对策,为区域稳定性评价和灾害预防提供新理论和新方法,不仅具有重要的学术价值,而且也