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三峡水库运行过程中重庆境内水库诱发地震研究

作　者: 赵鹏
导　师: 唐红梅；陈洪凯
学　校: 重庆交通大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 三峡库区重庆水库诱发地震数值模拟研究
分类号: P315.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在原来没有或很少地震的地方,由于水库蓄水引发的地震称为水库诱发地震。世界上许多水库蓄水后伴随有库区的地震活动,水库地震与水库蓄水以前当地地震活动水平有明显差别,而且存在有别于一般构造地震的某些特征。在一定时期内,特别是水库蓄水初期,库区的地震活动与水库水位及其变化具有良好的对应关系。随着三峡水库的建成蓄水,将在库区形成巨大的地表水体和水位的剧烈变化。这种变化必将打破三峡库区固有的构造应力场的平衡,导致新断层活动或使老断层复活,诱发水库地震和地质灾害,引起新的环境问题。因此,研究三峡水库运行过程中重庆境内水库诱发地震具有十分重要的社会意义和理论意义。本文以三峡库区重庆段为研究对象,研究三峡水库运行过程中重庆境内的水库诱发地震机制。所完成的主要内容及成果如下:(1)归纳已有成果,了解了水库地震的研究历史和现状,汲取了有价值的理论和方法,简述了水库诱发地震的分类和特点。在工程地质方面,搜集整理了重庆库区及其周边区域地质构造和地貌等资料,确定了活动地质构造和潜在的发震构造。(2)地震学方面,分析三峡水库蓄水前后重庆库区地震的活动特征及与水库水位高程及变化的关系;研究了库区大、小地震的发生机制及其时空分布特点。(3)将诱发水库地震的荷载分为应力荷载(水体静压力、渗透压力和构造应力等)和非应力荷载(软化作用、应力腐蚀作用和润滑作用等)。根据断层不同部位的应力状态,按照压缩区、拉张区和拉压区分别讨论了断层的滑动机制。(4)基于断裂力学、弹性力学等理论,对水库诱发地震进行了断裂力学分析,并分别建立了库水位上升和下降时的震级计算公式。(5)根据三峡库区重庆境内地貌、地质资料,运用有限元分析软件ANSYS和有限差分程序FLAC3D分别建立了包含地形单元的重庆库区和巫山县的三维数值模型,探索了在库水荷载作用下,重庆库区和巫山县地壳应力场和变形场的变化。通过应力场和变形场的数值模拟结果,发现断层的存在破坏了应力场和变形场分布的均匀性,断层附近是应力集中区。库水荷载的变化对淹没区特别是处在淹没区的断层应力场和变形场的变化影响显著,库水荷载对水库地震起到触发的作用。前述研究为三峡水库运行过程中重庆境内水库地震的形成机制提供了一个新的研究方法。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 课题研究的背景和意义  8-10
  1.2 水库诱发地震研究的历史和现状  10-14
    1.2.1 水库诱发地震地质条件研究  10-11
    1.2.2 水库诱发地震诱震机理研究  11-12
    1.2.3 水库诱发地震的地震学研究  12
    1.2.4 水库诱发地震评价理论与方法  12-13
    1.2.5 数值模拟方面  13-14
  1.3 水库诱发地震的类型和特点  14-16
    1.3.1 水库诱发地震的类型  14-15
    1.3.2 水库诱发地震的特点  15-16
  1.4 本文研究的内容、思路及方法  16-17
第二章重庆库区地震构造  17-31
  2.1 地震构造格局  17-20
    2.1.1 地震构造分区  17-18
    2.1.2 地震构造格架  18-20
  2.2 活动断裂  20-29
    2.2.1 基底、深断裂  20-23
    2.2.2 盖层断裂  23-29
  2.3 区域性构造的力学组合特点  29
  2.4 本章小结  29-31
第三章库区蓄水前后地震活动特征  31-39
  3.1 三峡库区水位变化过程  31-33
    3.1.1 三峡库区水位涨落的变化特点  31-32
    3.1.2 重庆库区的消落带  32-33
  3.2 库区蓄水前地震活动频度与强度  33-35
  3.3 库区蓄水后地震活动频度与强度  35-38
  3.4 库区地震活动特征  38
  3.5 本章小结  38-39
第四章水库诱发地震的形成机制  39-48
  4.1 水库地震的诱发荷载  39-42
    4.1.1 应力荷载  39-41
    4.1.2 非应力荷载  41-42
  4.2 水库诱发地震的形成机制  42-46
    4.2.1 断层类型与应力  42
    4.2.2 水库地震的诱发机制  42-46
  4.3 本章小结  46-48
第五章水库诱发地震的力学分析及计算方法  48-62
  5.1 水库诱发地震的断裂力学分析  48-52
    5.1.1 荷载应力作用下断层的应力强度因子计算  48-51
    5.1.2 断层应力强度因子复合及分析  51-52
  5.2 水库诱发地震震级的计算方法  52-61
    5.2.1 基本假定  52-53
    5.2.2 库水位上升时的情况  53-56
    5.2.3 库水位下降时的情况  56-61
  5.3 本章小结  61-62
第六章重庆库区应力场和变形场的数值模拟  62-84
  6.1 FLAC3D 概述  62-64
    6.1.1 FLAC3D 的特点  62-63
    6.1.2 本构模型  63-64
  6.2 重庆库区应力场和变形场的数值模拟  64-73
    6.2.1 重庆库区地质概况  64-65
    6.2.2 模型建立过程  65-68
    6.2.3 数值模拟结果及分析  68-73
  6.3 巫山县应力场和变形场的数值模拟  73-83
    6.3.1 巫山县概况  73
    6.3.2 模型建立过程  73-76
    6.3.3 数值模拟结果及分析  76-83
  6.4 本章小结  83-84
第七章结论与建议  84-85
  7.1 结论  84
  7.2 建议  84-85
致谢  85-86
参考文献  86-90
在学期间发表的论著及取得的科研成果  90

三峡水库运行过程中重庆境内水库诱发地震研究

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