以拉腊断层为例断层与应力关系探究

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1、以拉腊断层为例断层与应力关系探究　　【摘要】断层常与张裂隙以及延长岩脉相关，断层的产生与扩展以及断层滑动都与这些因素密不可分。在这些情况下，断层平面包含中间主应力σ2，并且滑动面垂直于断层和张裂隙之间的交线。然而，对于活化的断层，复断层圈闭和符合Healy理论的断层，主应力σ2在断层面中则可以忽略。理论分析表明，断层上一个张裂隙的路径夹角由于最大切应力的大小不同可以从0°到90°分布，该角度取决于与主应力和应力之间的比例相关的断层方向，张裂隙只相交于与最大剪应力，最大主应力和中间主应力垂直的断层，或者最大主应力和中间主应力相等的断层。野外观察结果表明：真如理论预测所示，扩展断层

2、能够与沿斜角度方向滑动的断层相交，该交角可能成为断层活化，多组断层以及Healy理论断层发生的指示指标。【关键词】断层；张裂隙；节理；动态分析1张裂隙与断层关系模型简介5国内外大量工程实践表明，工程岩体的破坏失稳一般均与人类工程活动相关，通常是由于开挖面附近应力重分布使得岩体在某些结构面或薄弱部位开始变形或扩展，致使岩体中的断续裂隙面不断地蠕变、扩展，进而产生宏观断裂。对于张裂隙与断层之间关系的理解可以根据这些研究方法研究同一个地震中地震波传播前，中，后的断裂扩展情况大致分为五类。（1）张裂隙作为断层发生前兆模型（2）张裂隙随剪力发育模型（3）断层带中的张断裂模型（4）不规则断

3、层面滑动后的张裂隙模型（5）张裂隙和断层的组成网格模型2张裂隙和应力与断层的关系对于一个断层，其断层面的方向由其方向余弦l，m和n确定。断层面上的最大切应力的方向比由JaegerandCook（1979，p.22）给出：（1）Lisle（1988）使用类似的方法，并利用应力比φ除-（σ1-σ3）来简化，得到：（2）张裂隙与断层面之间的交线i被称为“断层-断裂交线”，由断层面法向f的向量机或者矢量和张裂隙的法向σ3确定：（3）考虑方向比（-m，l，0）。该线与最大剪应力垂直的条件是：即：5（4）方程4在m或者l等于0，或者φ=1的时候成立。这个结果显示：对任何包含σ1和σ2，或者

4、φ=1的断层，断层-断裂交线都会与最大切应力的方向垂直。而对于其他的断层，例如不包含σ1和σ2，或者φ≠1的断层，断层-断裂交线则不会与最大切应力的方向垂直。在更一般的情况下，考虑断层-断裂交线i与最大剪应力τ的夹角θ，此时，方程3变为：（5）由于方程（5）的左边需要用行列式K1/2B标准化，这使方程的求解变得困难，其中：（6）在方程（6）中，带入几何关系n=1-l2-m2，得到：（7）此方程表示i与τ的夹角θ是有应力比φ和断层面方向所决定，不同的i可以对应0°—90°之间不同的夹角。张裂隙与平行于τ的包含σ3的断层面相交，即：θ=0°。若断层面包含σ1和σ2，断层面都垂直于τ

5、，θ=90°。而当φ=1时，断层方向θ=90°。5对于φ的其他值和断层方向，θ都分布于0°-90°之间，θ值直方图见图。该图包含随机的2000φ值以及断层面方向，并排除了由于缺乏足够剪力没有造成滑动的主应力。该图显示55%的φ值都不大于80°，张裂隙会与80°-τ的任意断层面相交。3以拉腊断层为例的断层，张裂隙，节理和应力关系分析很多实例显示张裂隙与断层交线垂直于滑动方向，本文以拉腊冲断层为例。该断层位于比利牛斯山南麓，是一个岩性层平行的断层。断层情况具有以下特点：（1）张裂隙与断层在空间上无关联，（2）他们属于同一变性作用，（3）平面方向和线性方向可以精确到2°或更小。在研究

6、区内，断层在南—东南方向两组石灰岩之间发育。在图1所示区域中，滑脱构造包括倾斜扩展节理和平行断层。经测量，六组节理的平均θ值为66±17°。4结论目前大多数的张裂隙和断层模型都是在同一个断层发生的前、中、后讨论扩展裂隙的产生和发育，并假设该断层包含中间主应力轴。在这些模型中，张裂隙与断层华东方向的法向相交。但有至少3种断层可能不包含中间主应力，即：活化断层，多重断层，以及Healy理论断层。这些情况要求我们考虑断层与张裂隙，以及应力之间更多的关系。5理论分析显示断层—断裂交线与最大主剪应力方向的交角θ在0°—90°之间变化。该角度基于考虑主应力和主应力率的点层面方向。当断层包含

7、σ1和σ2时，或者φ值等于（σ2-σ3）/（σ1-σ3）=1时，张裂隙只与垂直于最大剪应力方向的断层相交。若断层面包含σ3时，扩展裂隙会与平行于最大剪应力方向的断层相交。现场实例支持θ值可能会明显区别与90°的理论。这种θ值的特征可能预示着活化断层，多重断层，以及Healy理论断层。断层滑动量以及其与张裂隙的相交应在现场实地测得。参考文献：[1]黄达，黄润秋.卸荷条件下裂隙岩体变形破坏及裂纹扩展演化的物理模型试验[J].岩石力学与工程学报，2010（3）.[2]Jaeger，J.C.，Coo