工程地质分析的理论与方法ppt课件.ppt

,工程地质分析的理论与方法,李渝生 教授,成都理工大学环境与土木工程学院,绪 论,目前，人类活动已涉及到地球表面80的地区。 人类工程活动都是在一定的地质环境中进行的，两者之间必然产生特定方式的相互关联和相互制约。,绪 论,(1)工程地质学的基本任务 研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约的主要形式和基本规律; 科学评价、合理利用、有效改造和妥善保护地质环境的科学。 1)工程建设规模不断增大 面临的问题日趋复杂； 例如：三峡工程、过海隧道等； 2)科学技术进步 原来难以解决的问题可以得到较好的解决。 如：计算机技术、遥感技术、模拟技术等。,绪 论,(2)目前工程地质学科处于快速发展阶段 1）国际： 强调工程地质学是地质学的分支，注重地质基础问题。研究中的第一性地质资料比较扎实，但吸收工程学科的成就教迟缓； 2）从工程角度研究问题，注重定量分析。习惯于将复杂的地质问题用简单的数学、力学模型来代替，忽视了地质条件的复杂性。 国内： 1）从岩体力学的结构控制角度研究问题。强调岩体结构及力学属性对岩体变形破坏的控制作用。 2）地质过程的“机制分析-定量评价”。注重地质发展过程的定性分析与岩体力学定量评价相结合。,绪 论,(3)研究对象 各类工程地质问题的产生条件、形成机制、发展演化、防治措施以及分类、评价方法。 工程地质问题： 人类工程活动与地质环境之间相互作用所引起的、能对建筑物或地质环境造成危害的问题。这些问题是由工程动力地质作用引起的。 工程动力地质作用： 自然地质作用-自然形成、发展的； （地震、滑坡、泥石流） 工程地质作用-人类工程活动引起的。 （工程边坡破坏、水库诱发地震、地基沉陷）,绪 论,自然地质作用,工程地质作用,绪 论,(3) 研究方法 - 由研究对象的性质及特点所决定的。 从研究对象-“工程地质问题”的特点来看： 1）绝大多数工程地质问题都是在特定地质条件下产生的，均有一个发展演化过程； 2）工程地质分析的明确目的是为工程活动服务。,绪 论,（1）绝大多数工程地质问题都是在特定地质条件下产生的，均有一个发展演化过程 因此，研究这些问题 必须首先以地质学的观点、自然历史的观点，分析地质体与周围因素相互作用的特定方式、发展演化历史及发展的阶段性； 从全过程和内部作用机制上把握其形成、演化、现状及其未来发展趋势。-“地质过程的机制”分析。 研究结果 - 虽然是定性的，但因能够反映区域性或趋势性规律，对工程活动的规划选点、可行性研究（工程活动的战略布局），有重要的指导意义。同时也是进一步定量评价不可或缺的基础。,绪 论,（2）工程地质分析的明确目的是为工程活动服务。 因此，必然要求对工程地质问题进行定量评价，为工程设计提供必要的参数或定量数据。 即在阐明工程地质问题形成机制的基础上，建立相应的力学-数学模型，进行必要的定量计算与预测。 据此，进行定性与定量评价相结合的“地质过程机制分析-定量评价”。,区域构造稳定性的工程地质分析,1 .有关区域构造稳定性分析的几个基本问题2 .区域构造稳定性的技术路线与方法3.工程研究案例,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,1.1 地壳岩体的天然应力状态1.2 地应力积累与地壳岩体应变速率的关系1.3 地震与地震波,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,1.1 地壳岩体的天然应力状态 （1）基本概念 1）自重应力(gravitational stress) 2） 构造应力(tectonic stress) *活动的(active tectonic stress)： 地壳内现代正在积累的、能够导致岩体变形破裂的应力，即狭义的地应力； *剩余的(residual tectonic stress)： 古构造运动的残留应力； 对于这种应力是否存在有不同的认识。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,3）变异应力(altered stress)： 岩体的物理状态、化学性质或赋存条件的变化所引起的应力，通常只具有局部意义； 4）残余应力(residual stress)： 岩体卸荷过程中，内部某些组分的膨胀回弹趋势部分地受到其它组分的约束，而形成残余的拉、压应力自相平衡的应力系统。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,（2）地壳岩体的天然应力状态类型 地壳岩体内的三向应力状态，主要有如下三种基本类型。 1）“潜在走向滑动型”应力状态 2近于垂直、1和3近于水平作用。 *地壳岩体内最大剪应力作用面 - 与最大主压应力 1成约45-/2左右交角的陡立面； *岩体破坏 必然是沿该走向的陡倾角断裂发生走向剪切错动。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,2）“潜在逆断型”应力状态 3近于垂直、1和2近于水平作用。 地壳岩体内最大剪应力作用面 - 走向与最大主应力1作用方向相垂直的剖面 “X”型共轭断裂面; 岩体破坏 必然沿此剖面“X”裂面发生逆断活动。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,3）“潜在正断型”应力状态 1近于垂直、3和2近于水平作用。 地壳岩体内最大剪应力作用面 走向与最小主应力3作用方向相垂直的剖面“X”型共轭断裂面。 岩体破坏 必然沿此剖面“X”裂面发生正断活动。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,对于任何一个地区 ： 只要，掌握了现代地应力场中的 最大主应力1作用方位、 三向应力状态。 就可能，判明该地区潜在活动断裂的 发育方位。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,1.2 地应力积累与地壳岩体应变速率的关系 （1）对于粘弹性介质 - “应变速率” - 决定介质力学性状的主要因素。 1）当应变速率C小于临界值C0时， 在受力初期随应变而发生应力积累。 但当增大到一定程度之后，应力不再继续增大，而应变则不断增长，即进入粘性流动阶段。 岩体 流动变形而不破坏。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,2）当应变速率C大于C0时， 岩体性状 - 近似于弹性体。 随着应变速率的发展，应力不断积累增大，最终导致岩体破坏。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,（2）地壳岩体 - 粘弹性介质， 1）当岩体的应变速率C大于其临界值C0时： 断裂带的应变速率C断 必然大于C0 ，地壳岩体整体处于弹性状态； 岩体内部及沿断裂带的应力随形变的发展而呈线性增长； 破坏 - 即可在断裂带内发生、 也可在岩体内部发生。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,2）岩体的应变速率C 介于 C0和断裂带应变速率临界值Ca之间： 即 C0 C Ca，岩体的力学性状与断裂带不同。 *岩体地应力 经过初期的减速型增长后，稳定在一个“与地壳应变速率和岩体性质相适应”的特定水平上。此时： 沿最大受力方向 - 粘性压缩变形， 垂直于最大主应力方向 - 伸长和隆起，不发生破坏。 *断裂带内应力 随应变的发展呈线性增长，最终发生破裂。 - 现代构造活动区。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,3）岩体的应变速率小于断裂带应变速率临界值，CCa： 岩体和断裂带的应变速率 - 均低于临界值C0； 此时，岩体内部及断裂带地应力 在经过初期的减速型增长阶段后，均“稳定在一个与地壳应变速率和岩体性质相适应”的特定水平上。 - 现代构造稳定区。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,1.3 地震与地震波 （1）地震 “地壳表层岩体中弹性波传播所引起的震动。” 在地球内力作用下产生构造形变而逐步蓄积弹性应变能； 一旦达到岩体的强度极限，发生突然的剪切破裂（脆性破坏）或沿已有的破裂面产生突然错动（粘滑）； 致使其所积蓄的应变能以弹性波的形式释放出来而引发地震。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,（2）地震波 地震波的组成相当复杂，现阶段的研究认为主要包括： 在介质内部传播的体波 -纵波（ P波） 横波 （ S波） 限于界面附近的面波（ L波）-瑞利波（R）； 勒夫波（Q）,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,1）体波 纵波（ P波） - 震源传出的压缩波； 横波 （ S波） - 震源传出的剪切波。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,2）面波（ L波） - 到达地表后激发的次生波，限于地面附近运动，向地下迅速消失。 瑞利波（R）- 在地面上滚动。 质点在平行于波传播方向的垂直面内作椭圆状运 动，椭圆长轴垂直地面。 勒夫波（Q）- 在地平面上作蛇行运动。 质点在水平面内垂直于波传播方向作水平运动。 面波传播速度比体波慢。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,（3）地震谱 首先记录到 - 振幅小、周期短的P波，然后才是S波； P波与S波之间的时间差（走时差）-测定震中距。 最后到达 - 速度最慢、振幅最大、波长及周期最长的面波(L波) 进一步分为 - 先到达的Q波和后到达的R波。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,（4） 震级、烈度 1）震级 震级是由地震所释放出的能量大小所决定的。 李希特-古登堡定义： 计算近震（震中距1000km）用面波震级MS： 震级以面波震级为标准，用MS 或 M 表示。 体波震级与面波震级换算：,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,2）烈度 表征地震时震动强烈程度的尺度。 定义 - “地震时一定地点的地面震动强度，是指该地点范围内的平均水平”。 基本烈度 - 在今后一个时期内、在一定地点的一般场地条件下可能遭遇的最大烈度。 根据工程安全和经济需要，将基本烈度调整为“设计烈度”。 地震荷载 - 惯性力，主要取决于地面最大加速度。 地震加速度 - 与地震所释放的能量和地壳表层岩体的物质组成、结构特征及力学性状等复杂因素有关，研究难度相当大。,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,国际地震烈度划分对照表,1. 有关区域构造稳定性的几个基本问题,烈度与地面最大加速度关系参考值,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,2.1 研究工作的技术路线 各种错综复杂的地质现象及由其所反映的活动带和稳定区，受区域地壳运动方式和特点所制约，通常按照一定的地壳岩体力学模式，结合成特定的总体形变图像，客观地反映出该区域应力-形变场特征。,因此我们认为，场地稳定性评价的有效途径应是： “在分析区域资料以及对重点地区各种构造运动现象的深入调察和测试研究的基础上，客观地抽象出由特定地壳运动方式所决定的应力-形变场发育的概念模型， 然后通过物理模型试验和数值模拟研究，深化对作用机制的理解，分析活动性断裂对地壳应力集中模式及强震-构造环境的控制作用，取得定量关系和数据。 据此进一步采用现代的理论和方法，对工程场地的构造稳定性作出定量评价。 -“岩体力学模式-机制研究”,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,这一研究途径的基本要点在于： 按构造、地貌、地震与深部构造的一致性，确定地壳断块结构； 采用地质调查与测试分析相结合的方法，研究断裂新活动性； 建立地质-力学概念模型，进一步转化为数学模型； 有限元数值分析：区域应力-形变场现今特征的线弹性分析； 区域应力-形变场发展演化趋势的流变分析。 根据数值分析获得的主应力、最大剪应力及应变能密度分布图 - 确定地壳应力集中部位（潜在震源区），划分稳定区和活动带； 建立区内各地段应力-应变指标的定量关系，确定震级上限。进一步按区域烈度衰减率，确定拟建场地的基本烈度，,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,1.区域地球动力学环境特征研究,大地构造及区域地质构造环境,地球物理环境与地壳深部构造,区域地震活动特征,新构造运动与构造应力场,2.新断裂网络与断裂活动性研究,新断裂网络发育特征,断裂活动特征地质剖面研究,断层带应力集中模式,年代及动力学特征测试研究,3.区域应力-形变场现今特征及发展趋势模拟研究,物理模拟,线弹性数值分析,粘弹性及流变数值分析,4.场地构造稳定性评价,断裂活动性,强震-构造环境,构造活动带与稳定区,场地的地震风险评估,地壳岩体应力-形变模式及其作用机制,高应力集中及其控制因素,2.2 研究工作的技术方法2.2.1 区域地壳动力学环境研究 首先必须确定一个比较完整的“地壳动力学环境单元” 。 重点阐明： 区域构造-地貌环境特征； 地球物理环境与地壳深部结构特征； 区域构造应力场与新构造运动基本特征； 地震活动的一般规律。 在此基础上，尽可能地按构造、地貌和地震活动的相关性划分构造形变带。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,黄河龙羊峡水电站区域地壳动力学环境,2.2.2 断裂活动性研究 活动性深大断裂所组合切割的地壳岩体，具有复杂的“块断结构”。 这类断块结构及其新近活动形式是控制区域构造稳定性的最基本因素。 深入研究活动性断裂则是区域构造稳定性评价的基础。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,（1）活断层发育分布的调查方法 新断裂和活断层的突出特点是未“焊接愈合”，有的还有现代活动。 所以这类断裂常明显地控制着地形水系的发展，并具有显著的“物性”异常。 这就为利用遥感和物化探等现代手段查明它们的发育分布提供了条件。 十分有效的技术手段 配合使用数值处理的遥感图像和物探（VLF等）、化探（微剂量放射性 、及氡气）。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,数值处理的遥感图像 - 清晰地反映出各类控制地形、水系发育的新断裂和活断层的发育分布； 有助于发现和追索活断层(包括隐伏性断层)； 能够从宏观方面纵观全貌，在现场调研中起着重要的导向作用。 遥感影像 - 现场验证。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,在地表大面积覆盖的条件下，传统的地质调查方法不易得出结论。 配合使用甚低频电磁法(VLF)和微剂量、及氡气测试，能够有效地查明覆盖层下隐伏性活断层的发育情况。 不仅解决了遥感影象的现场验证问题，而且也大幅度地提高研究工作的效率和精度。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,（2）断层活动特性的地质剖面研究 开挖探槽，研究上覆第四系地层被错断的性质、特征和幅度，是查明断层区新活动性的重要手段。 阐明断层活动特性所需研究的基本问题包括： (a)断层最新活动时间 - 鉴别活断层及其近期危险性的标志 断层与第四纪系近代地貌的关系、测年。 (b)力学性质、断距； (c) 历史平均错动速率（S）、活动周期（Rx）； 已知被断层错断沉积层的绝对年龄 ay、总错距 L及最大单一错距D, 即可求得上述两个指标。 (d) 活动强度（古地震震级）,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,龙羊峡电站坝区 F7 断层 (1) 切错印支期花岗岩、Q1湖相地层及8级阶地砾石层下部； (2) 老断面垂直擦痕、最新泥质断面水平擦痕清晰，地层产状S12。 Q1以前逆断、以后则转为顺扭走向滑动； (3) 垂直视断距自下而上递减。据此可划分4个构造层。 Q1期间至少有4次重复性逆断活动，断幅分别为0.9m，1.2m，0.42m和0.18m； (4) Q1地层的平均沉积速率为0.55mma, 该时期断层逆断活动历史平均错动速率约为0.1mma ； (5) 主断层的顺扭断距为5.4m，古地震震级达6.9级,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,（ 3） 断层带附近的应力集中模式 由于，活断层是现代地应力场中应力集中程度较高的断裂； 持续活动将导致附近地区的地壳应力进一步重新分布。 所以，活断层或活动断块的特定部位，往往形成很高的局部应力集中。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,（4）活断层活动年代的测试研究 测定断层最新活动的绝对年代时域（活动休止年代）， - 鉴别活断层、判断近期活动危险。 14C测年法： 碳的放射性同位素14C的衰变速率(半衰期）。 技术较成熟、测试精度较高，但因14C的半衰期很短,有效测年时段为3.5万年。 热释光(TL)测年法： 热释光是晶体加热到红热温度(400-500C)之前的光发射现象。对于其发光机理的认识，在物理学上还未最终解决。 适用于多数活断层, 只需采集最新错动面上的断层泥即可, 最佳测年时段为0.5-10.0万年, 误差2-5% 。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,电子自旋共振(ESR)测年法： 测年原理 - 辐射积累效应。 样品辐射产生电子或空穴中为成对电子, 利用电子顺磁共振技术, 直接测量为成对电子的数量(ESR强度), 计算出样品的辐射积累剂量。 测试样品主要为石英, 测年时段104-106年, 化学沉积物为103-107， 精度相对较高。 石英碎砾表面结构扫描电镜分析： 根据断层带内石英碎砾表面形貌结构特征来判定断层最新活动年代。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,（5）断层粘滑问题研究 活断层 - 粘滑（发震）和蠕滑（不发震或弱震）。 工程场地的稳定性 - 如何判断粘滑型活断层？ 通过大量的试验研究发现 不同热力学环境的断层泥样品，热释光特性有很大的差异。 通过加热实验的方法，导出实际温度 （t）与热释光特征参数（发光量R,发光峰温度T）之间的数学关系。 据此分析样品在地质时代中所经历的最新一次热事件(粘滑错动)的热力学环境。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,2.3 地壳岩体应力-形变场现今特征及发展趋势模拟研究 物理模型试验 数值模拟方法 - 地壳岩体应力-形变场现今特征； 未来的演变趋势。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,2.3.1 概念模型 地质原型 - 岩体力学概念模型； 必须遵循的原则: (1) 在确保能够反映一个较为完整的地壳动力学环境单元的前提下，尽可能使模型范围缩小到研究的重点区域； (2)模型内部结构须在对断裂活动特征认识理解的基础上，按“块断”构造的位移边界控制条件，确定各级地质体的结构类型; (3)模型边界条件应符合区域地壳运动形式和地壳岩体的三向应力状态。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,2.3.2应力-形变作用机制物理模型试验 用相似材料制成模型，放于专门的加压装置中施加边界力进行变形试验。 在外力不断加大、变形累进发展的过程中观察和记录模型变形发展的全过程。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,2.3.3场地构造稳定性数值模拟研究 (1)数值模拟研究要点 线弹性数值计算 - 通过适当的调整边界条件和力学参数，直至模型内实测点的应力计算值与实测值达到最佳拟合； 所得的已经定量化的应力-形变图像，就是区域应力-形变场现今特征的客观写照。 然后在此基础上， - 进行反映时间效应的流变数值分析， 应力-应变场随时间发展演变的总体趋势。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,(2)数值模拟具有“验证”研究和“深化”研究的双重效果 一方面，通过反演模拟 - 分析验证地质原型研究资料的客观性； 另一方面，通过调整边界条件的反复模拟和流变分析 - 深化对地壳岩体应力-形变作用机制的认识。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,2.4 区域稳定性评价的基本原则 基本原则及主要内容一般包括如下几方面： (1) 阐明区域及工程场地附近断裂活动特征 重点在于分析与断层近期活动历史有关的基本问题 - 最新活动形式、 活动休止年代、 历史平均滑动速率、 活动周期及最大发震强度。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,(2) 根据最终确定的模式，分析 由地球动力学机制所决定的活动带和稳定区的发育分布情况， 选择最优工程场地。 (3) 分析及确定已选场地附近发震断层的分布及潜在的强震震源区， (4) 根据地震烈度衰减规律及潜在的震中距确定场地的基本烈度，应用概率分析方法确定场地的地振动参数。 (5) 如果是水工建筑物，需对水库诱发地震问题作出评价。,2 . 区域构造稳定性研究的技术路线与方法,黄河龙羊峡水电站区域构造稳定性与水库诱发地震研究,3 . 区域构造稳定性研究的工程案例,龙羊峡电站工程区位于青藏断块北部边缘地带黄河上游，是流域开发的“龙头”水库。 区域地质构造复杂，新构造运动较强烈。 1981年施工围堰建成后，每年汛期当水位抬升20m 30m时，库坝区附近即有一系列微震发生。 *这类地震活动是否为水库所诱发? *尤其是当库水蓄至正常高水位后，能否诱发破坏性强震而对坝体及周围环境造成较大危害?,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,1. 区域地球动力学的环境条件 首先 - 在包括一个比较完整的地球动力学环境体系单元的范围内，研究和分析该区所处的地球动力学环境的基本特征。 重点阐明： 区域构造-地貌环境特征； 地球物理环境与地壳深部结构特征； 区域构造应力场与新构造运动基本特征； 地震活动的一般规律。 在此基础上，尽可能地按构造、地貌和地震活动的相关性划分构造形变带。,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,（1）区域构造一地貌格架,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,（2）区域地震受上述4条褶断带控制 I带（岩石圈断裂）的活动 - 对区域地震活动有明显控制作用。 该带地震活动强度最大； 以较强地震为代表的每期地震活动均首先 - 始于该带，然后依次传人带、带和带，且强度递减 。,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,2. 活断层及古地震问题研究 新构造运动现象的调查 - 评价区域构造稳定性问题的基础。 (1)使用计算机处理的遥感图像和物探手段，查明新断裂网络及活断层的发育及分布； (2)开挖探槽研究活断层的新活动性特征； (3)取样测定断层的最新活动年代及其活动性状。 通过上述各项工作，查明： 区域新断裂及活断层的发育主要有NNW及NWW向两组； 近坝分布的P7断层是这组活断层的一个典型代表。,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,开挖的探槽清楚地揭示出断层的新活动性： 更新世期间曾发生一次逆断活动、四次右旋走滑活动； 断距分别为0.9m，1.2m，0.42m和0.18m； 历史平均滑动速率 - 0.1mm/a； 活动周期 - 1.2 、 0.8及0.12万年；,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究, 主断层的顺扭断距为5.4m， Q3时期古地震震级 M = 6.5-6.9,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,问题? 龙羊峡电站所在的龙羊峡断裂组 （带）- 历史最高震级M=4.5, Q3时期古地震M=6.9。 ? 电站的地震危险性 - 现有的历史地震强度（ M=4.5 ）， 晚更新世古地震强度（ M=6.9 ）。,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,3. 地壳岩体应力-形变场特征模拟研究 （1）概念模型的建立 将地质原型转化为岩体力学概念模型,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,（2）应力-形变作用机制物理模型试验 用相似材料制成模型，放于专门的加压装置中进行变形试验。 在外力不断加大、变形累进发展的过程中，观察和记录模型变形发展的全过程。,模拟试验结果 ： 电站库坝区 - 相对构造稳定区，外围的深大断裂型活断层对其受力和变形表现出明显的屏蔽和消能作用。,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,（3）数值模拟研究 数值模拟研究要点： 采用线弹性数值计算 - 通过适当的调整边界条件和力学参数，直至模型内实测点的应力计算值与实测值达到最佳拟合。 所得的已经定量化的应力-形变图像，就是区域应力-形变场现今特征的真实写照。,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,龙羊峡库区构造应力的量级为 7.5 MP; 应变能密度的分布明显地受断裂带控制，其中： I带能量集中程度最高(1.153)x10 3 Jcm3； ，带的能量集中程度则依次降低，分别为(1.83.4) 10 -4J、cm31.57 l0 4 J、cm4及 1.4 l0 4 Jcm4 。,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,现今区域应力场条件下, 南部I带和工程区带的孕震能力分别为7.7级和4.3级。二者间的震级强度关系: Ms() = 0.902Ms(I)-2.666 ( r = 99.9 ) 南部主传力边界断层 ( I带 )的平均摩擦角为 3l。 由此可知 当 Ms (I) = 8.9级 ( 最大可能震级 ) 时，Ms ( 带 )只有5.4级。 这说明在 l 带现今摩阻力条件下，带不可能孕育 Q3 时期所达到过的6.5级强震。,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,但是，进一步计算分析发现 - 当合力作用方向与 E-w轴成 53夹角时，带的孕震能力可提高到6.5级。 显然, Q3南部 I 带的平均摩擦角可达 53。后来由于左旋走滑活动的累进性发展，才使其降低到目前的状态。,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,4. 区域地震一构造稳定性的评价 （1）控制地壳岩体应力-形变强度的主传力边界断层“调节阀”机制 南部边界深大断裂(I带) - 主传力边界断层，其抗剪强度既决定其本身所能积蓄的弹性应变能，也决定着传人体系内的剪应力临界值。 一旦剪应力超过此临界值，该断层就会通过伴有一定强度地震(与其摩阻力量级相适应)的剪切错动而使剪力降低，致使传人断块内的剪力始终不会超过此临界值。,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,当该断层的摩阻力保持不变时，整个体系的应力-形变强度也将保持不变。 相反，若其摩阻力或边界力作用形式发生变化，整个体系的应力-形变强度也随之变化。 该断层的性状，对整个体系的应力-形变强度和发震能力起着重要的控制、调节作用。 - “主传力边界断层的调节阀机制”,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,（2）地壳岩体应力-形变发展阶段 在I带的摩阻力及地震活动的现有水平下，工程区所在的带, 所能孕育的最大地震不会超过 5 级； 可以推断，在Q3期间，当带地震活动表现得十分强烈时，I带地震活动水平也应远高于现阶段的7.5级。 因此，地震活动在Q3和近代所表现出的差异性，是两个不同应力-形变阶段的反映，不是一个阶段内的相对活动期与平静期； 应力-形变阶段的这种变化，主要是由于持续的左旋滑动,使主传力边界断层的摩阻力降低所致。,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,（3）构造稳定性评价 1）基于上述研究，评价工程年代内场地基本烈度的依据, 显然应是现有的历史地震强度，而不是 Q3古地震强度。 2）水库蓄水后诱发的地震活动可能有所增强。 但考虑到该区的走滑型发震机制，水库附加荷载效应和孔隙水压力效应不能增大发震断裂的弹性应变能。其最大发震强度不会超过电站区所在的第带的最大孕震能力4.5级。 该课题是中国工程地质界最早将数值模拟技术引入区域构造稳定性评价的成功案例。 研究成果为龙羊峡水电工程的优化设计提供了重要依据，其结论的正确性已被该工程1987年建成以来的运行实际情况所证实。,黄河龙羊峡水电站区域构造稳性 与水库诱发地震研究,