两种典型河谷应力场应力分布特征对比分析

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【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。

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。

深切河谷应力场分布特征研究郑小燕;甘玉叶【摘要】利用数值模拟分析软件,研究了构造应力及卸荷带存在情况下深切河谷应力场分布特征及应力场分带标准.结果表明:1)结合初始应力场特征,可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,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,使得河谷内应力集中的水平明显提高,集中的范围明显变大.5)随着卸荷带厚度的增加,应力集中区向坡体内部相应移动.%Using the numerical simulation software, the stresses field and grade standard to stress of a high valley slope with tectonic stress and unloading district are presented. Conclusions can be drawn as follows: 1) the stress field could be classified from self-weight stress and tectonic stress, combining with the in-situ stress field characteristic. 2) the homogeneous elastic slope without unloading district could be classified into two zones as the stress-releasing zone and the stress - stable zone from surface to inside without tectonic stress, stress-concentrating zone and stress-stable zone with tectonic stress. 3) the slope with unloading district could be classified into three zones as the stress-releasing zone, stress-concentrating zone and the stress - stable zone from surface to inside. 4 ) the stress concentrating zone and value would be increasing with tectonic stress increasing. 5 ) the stress concentrating zone transfers into the slope inside with the depth of unloading increasing.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)021【总页数】5页(P5366-5370)【关键词】河谷;应力场;卸荷带;划分标准【作者】郑小燕;甘玉叶【作者单位】北京市地质工程勘察院,北京100048;北京岩土工程勘察院, 北京100083【正文语种】中文【中图分类】TU432;TV223.32我国是世界上水能资源最为丰富的国家，但可开发的大部分水资源主要集中于西南、西北的高山峡谷区。

华北地区重力势能差水平构造应力分布特征
中国华北地区重力势能差水平构造应力分布特征如下：
1、华北平原: 华北平原由微软克地块、西南节理地块和泥盆纪及第三
纪侵入岩类和沉积物的构造活动形成的。

其应力分布特征是以大面积
褶皱带以及南部以褶皱、碎裂、均匀破碎构造为主的地构独特状态。

2. 晋城—临潼地块: 这一地块横贯全国，其应力分布特征表现为向西伸
展的临潼—晋城位错，晋城—临潼地块有三条主要破裂带，并以褶皱
破碎构造的形式完成了自身的挤压变形。

3、大兴安岭及黑龙江湾地块: 在大兴安岭和黑龙江湾地块上，应力分
布特征以褶皱、均匀破碎和窑状断裂的构造为主，两地块的破裂应力
主要是南北方向和南向，这导致了大兴安岭—黑龙江湾地块自西向东
陆缘上西格里斯湾—穆勒湾断裂带陆缘上部裂缝和黑龙江缘节理发育。

4、东西内陆架晚第三系构造活动地块：东西内陆架晚第三系构造活动
地块由第三系构造活动造成的构造活动形成，在大跨度的山谷和浅层
侵入构造中，应力分布主要以南向、西北走向及西向破裂为主，进而
形成两个主要的巨大的断裂带，分别为东西内陆架上的牙克石断裂带
及胶、绣断裂带。

5、西部秦岭黄土山地：西部秦岭黄土山地的应力分布特征表现为以张力断层、拉张断层及折叠断层为主的褶皱断裂构造，以及由石笋破碎形式主导的水煤构造环境，这种构造较大程度上影响了秦岭西部的应力分布特征。

川西北地区构造应力场分析与应用笔者在攻读博士学位期间，在负责完成两个科研课题——“川北阆中地区构造应力场与大安寨段油气成藏预测”和“川西坳陷中段孝泉—新场—丰谷构造带须家河组储层裂缝分布规律研究”的基础上，通过课题的大量实际工作，收集处理了大量实物资料、组织多项实验测试以及综合前人成果，结合近年来构造应力场研究的理论和方法，开展四川盆地西部地区古今构造应力场分析和数值模拟，并针对储层构造裂缝的形成机理开展储层裂缝预测应用，从而形成笔者的学位论文。

课题的部分成果已应用到油气田井位部署、开发调整方案研究、储层压裂改造等生产实践中，并对成藏综合研究有一定的价值。

论文研究完成了大量的实物工作量。

完成了野外地质路线调查及节理测量工作，实测节理数据十四点一千余条产状数据，并进行岩芯裂缝描述三十余井次，采集岩芯样品250余件，完成野外及岩芯照相400余幅，分别送样测试岩石力学参数(三轴40组、单轴40件、抗拉32件及波速)、磁组构(200余件)、磁定向(40件)和声发射(70件)，磨制显微薄片75件。

完成的相关研究工作有：(1)完成了七条路线地质调查，对龙门山前缘地区构造变形进行考察；并选择上三叠统和侏罗系地质露头，测取了节理产状；在室内完成了数据处理和近垂向节理的统计分析工作，筛分出不同时期区域构造应力的方位和地层主要破裂方位。

(2)完成了川西孝新合丰地区和川北阆中地区三十余口井岩芯观察和裂缝描述工作，进行岩芯照相100余幅；室内完成了须家河组储层裂缝的分类和描述工作。

(3)制备岩芯样品57件，采用声发射技术测取须家河组及以上层位的古今应力大小，利用自上而下筛分的方法，确定了印支期以来主要构造运动时期的构造应力大小。

(4)制备岩芯样品200余件，结合岩芯磁定向技术，研究了川西地区各主要构造层的磁组构分布特征，从而拟定了各主要构造期孝新合丰地区构造应力场分布特征。

(5)利用成像测井资料，采用井壁崩落法统计分析出孝新合丰地区现今构造应力场分布特征；用储层裂缝解释成果统计分析发现区内上三叠统须家河组储层有效裂缝为近E-W向展布的特征。