第六章 水庫誘發(fā)地震

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1、第六章水庫誘發(fā)地震的工程地質(zhì)分析4．水庫誘發(fā)地震的誘發(fā)機(jī)制4.1水庫蓄水的基本效應(yīng)（1）水的物理化學(xué)效應(yīng)①軟化、泥化--天然河谷下斷裂一般含水，這種效應(yīng)通常不起作用；②石膏軟化膨脹—誘因，但充塞導(dǎo)水裂隙而隔水；③應(yīng)力腐蝕--增加水份縮短破壞時(shí)間、固定壓力加速裂隙擴(kuò)展，蓄水后水壓增大，水可進(jìn)入裂隙→應(yīng)力腐蝕；（2）水庫的荷載效應(yīng)在巖體中產(chǎn)生附加應(yīng)力，惡化斷裂的應(yīng)力條件。①影響深度與荷載作用面積有關(guān)—大型水庫；②荷載效應(yīng)與巖體結(jié)構(gòu)有關(guān)—陡傾軟弱結(jié)構(gòu)面；（3）空隙水壓力效應(yīng)τ=（σn-PW）tgφ+C只有在地殼巖體天然應(yīng)力場(chǎng)中的

2、最大、最小主應(yīng)力差相當(dāng)大的情況下，水庫的荷載效應(yīng)和空隙水壓力效應(yīng)才能起到有效的誘發(fā)作用。4.2水庫地震的誘震機(jī)制設(shè)定：水庫無限延伸，則：①水體荷載在巖體中的垂直附加應(yīng)力：⊿σV=γh水平附加應(yīng)力：⊿σh=(μ/1-μ)γh=0.43γh②水位升高所產(chǎn)生的空隙水壓力：⊿Pw=γh(1)潛在正斷型應(yīng)力狀態(tài)①水庫的荷載效應(yīng)：a.由于水庫荷載σV與垂向最大主應(yīng)力迭加，則σ1→σ1/=σ1+⊿σV=σ1+γhb.側(cè)壓力效應(yīng)使水平向最小主應(yīng)力增值僅為σ3→σ3/=σ3+⊿σh=σ3+（μ/1-μ）γh=σ3+0.43γh莫爾圓增大并稍

3、向右移，穩(wěn)定條件有所惡化；8②空隙水壓力效應(yīng)：σ1/→σ1//=σ1/-⊿Pw=σ1+γh-γh=σ1σ3/→σ3//=σ3/-⊿Pw=σ3+0.43γh-γh=σ3-0.57γh空隙水壓力同時(shí)減小最大、最小主應(yīng)力，莫爾圓左移接近強(qiáng)度包絡(luò)線。顯然，荷載與空隙水壓力效應(yīng)最終導(dǎo)致震源巖體穩(wěn)定狀況強(qiáng)烈惡化。(2)潛在走滑型應(yīng)力狀態(tài)①水庫的荷載效應(yīng)：σ1→σ1/=σ1+⊿σh=σ1+0.43γhσ3→σ3/=σ3+⊿σh=σ3+0.43γh莫爾圓大小不變地右移遠(yuǎn)離強(qiáng)度包絡(luò)線，穩(wěn)定性有所改善。②空隙水壓力效應(yīng)：σ1/→σ1//=σ1

4、/-⊿Pw=σ1+0.43γh-γh=σ1-0.57γhσ3/→σ3//=σ3/-⊿Pw=σ3+0.43γh-γh=σ3-0.57γh荷載效應(yīng)使莫爾圓離開強(qiáng)度包絡(luò)線的距離小于空隙水壓力效應(yīng)使之接近包絡(luò)線的距離，最終穩(wěn)定性狀況明顯惡化。8(3)潛在逆斷型應(yīng)力狀態(tài)①水庫的荷載效應(yīng)：σ1→σ1/=σ1+0.43γhσ3→σ3/=σ3+γh荷載效應(yīng)使莫爾圓縮小右移遠(yuǎn)離強(qiáng)度包絡(luò)線，穩(wěn)定性大為改善。②空隙水壓力效應(yīng)：σ1/→σ1//=σ1/-⊿Pw=σ1+0.43γh-γh=σ1-0.57γhσ3/→σ3//=σ3/-⊿Pw=σ3+γ

5、h-γh=σ3莫爾圓因荷載效應(yīng)使之離開包絡(luò)線的距離大致等于空隙水壓力效應(yīng)使之接近包絡(luò)線的距離，而且荷載效應(yīng)使莫爾圓小于初始莫爾圓，所以最終穩(wěn)定性狀況有所改善。注意：荷載效應(yīng)對(duì)潛在走滑型和潛在逆斷型應(yīng)力狀態(tài)起到提高穩(wěn)定性的作用；空隙水壓力效應(yīng)對(duì)所有的應(yīng)力狀態(tài)都起到降低穩(wěn)定性的作用。4.3水庫范圍有限、水位變化時(shí)，荷載及空隙水壓力效應(yīng)的變化（1）無限水庫庫水位上升，荷載即刻增高，空隙水壓力逐漸增高（滯后效應(yīng)）；（2）有限水庫水庫荷載應(yīng)力隨遠(yuǎn)離加載中心而迅速減小，空隙水壓力減小速度明顯低于荷載應(yīng)力的減小。8注意：①由于空隙水壓力

6、效應(yīng)對(duì)所有的應(yīng)力狀態(tài)都起到降低穩(wěn)定性的作用；如果空隙水壓力超過荷載應(yīng)力，必然莫爾園接近包絡(luò)線。即有可能使處于潛在逆斷型應(yīng)力場(chǎng)中的水庫也誘發(fā)地震活動(dòng)。②荷載--瞬時(shí)效應(yīng)，孔隙水壓力—滯后效應(yīng)。水位突變→兩種應(yīng)力改變；水位急劇下降，對(duì)于潛在走滑型及逆斷型水庫極為不利（起到穩(wěn)定作用的荷載效應(yīng)消失，而起到降低穩(wěn)定作用的空隙水壓力仍在一段時(shí)間內(nèi)保持較高值。）。4.5產(chǎn)生水庫誘發(fā)地震的地質(zhì)條件（1）地殼巖體的應(yīng)力-應(yīng)變積累條件地殼巖體的應(yīng)力—應(yīng)變性狀與應(yīng)變速率的關(guān)系（據(jù)伊藤等，1976）①巖體應(yīng)變速率較高的天然地震區(qū)：較強(qiáng)的天然地震活

7、動(dòng)區(qū)，地殼巖體內(nèi)的應(yīng)力主要是通過周期性的天然地震活動(dòng)而釋放，水庫的效應(yīng)就顯得微不足道了。8水庫產(chǎn)生的應(yīng)力變化相對(duì)于天然應(yīng)力的變化是非常小的；水庫的誘發(fā)作用較弱，一般只誘發(fā)低震級(jí)的地震活動(dòng)。②巖體應(yīng)變速率較低的穩(wěn)定地塊：地殼巖體的應(yīng)變速率遠(yuǎn)低于巖體的臨界應(yīng)變速率，致使庫區(qū)地殼巖體內(nèi)不能積累起足夠的地應(yīng)力；水庫效應(yīng)不足以改變地殼巖體的應(yīng)力-應(yīng)變狀況，因而也就不會(huì)具備產(chǎn)生誘發(fā)地震的條件，產(chǎn)生水庫誘發(fā)地震的可能性極低。川西北構(gòu)造活動(dòng)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育格架圖③巖體應(yīng)變速率中等或較高的地區(qū)：天然地震區(qū)的外圍，特別是巖體儲(chǔ)能條件較好、應(yīng)力集

8、中程度較高的地區(qū)。地殼巖體具有稍低于臨界應(yīng)變速率的中等應(yīng)變速率，從而使巖體內(nèi)長(zhǎng)期保持有較高的、但又稍低于巖體破裂強(qiáng)度的地應(yīng)力水平。地殼巖體的應(yīng)力-應(yīng)變積累接近臨界狀態(tài)；有利于水庫誘發(fā)地震（較強(qiáng)）的產(chǎn)生。（2）地殼巖體天然應(yīng)力狀態(tài)類型：①潛在正斷型應(yīng)力狀態(tài)：有利于水庫誘發(fā)地震的發(fā)生，但此類地區(qū)較少；②潛在