图4.10断裂突水型式示意图张性断裂；压性断裂活化；断裂扩展因断裂富水、导水而发生突水事故的情形有三种，如图4.10所示。图4.10表示隧道揭露富水的张性断裂而发生突水事故。对突水围岩本构关系分析看出，突水前，作用在围岩上应力为总应力σij，其值远大于正常掘进时岩体之间接触作用应力，且突水区围岩多为弱化岩体，受软化、蠕变、松弛、弹性后效等作用影响，使围岩流变明显加大。......
2023-11-04
水工程地裂缝作用机制及加固技术
【摘要】：长期观测表明，地裂缝灾害来自地裂缝及下卧的断层活动——构造应力作用的结果，其破坏效应与成灾机制如图4.3所示。图4.3地裂缝成灾机制框图我国学者冷崴等利用岩土体结构模型研究了在地震作用下地裂缝微观机制[2]。图4.4研究地裂缝的岩土体结构模型模型假定各种形状的岩土体颗粒均可以化为体积相同的球体，而且岩土体的三维孔隙结构可以简化为平面问题。地震作用导致结构模拟弹簧刚度的降低。图4.5控制平面图
长期观测表明，地裂缝灾害来自地裂缝及下卧的断层活动——构造应力（含抽取地下水产生的附加应力）作用的结果，其破坏效应与成灾机制如图4.3所示。
图4.3 地裂缝成灾机制框图（陈志新，2002）
我国学者冷崴等利用岩土体结构模型（见图4.4）研究了在地震作用下地裂缝微观机制[2]。
图4.4所示的模型基本假定为构成岩土体骨架的矿物颗粒在岩土体变形过程中保持为刚性；结构的变形完全是力学的，不考虑其他的物理化学反应；结构变形由岩土体中的架空孔隙的失稳破坏引起。
图4.4 研究地裂缝的岩土体结构模型
模型假定各种形状的岩土体颗粒均可以化为体积相同的球体，而且岩土体的三维孔隙结构可以简化为平面问题。模型具有以下特征：圆形颗粒化为轻质刚性杆，菱形孔隙采用铰接的四连杆系统模拟；颗粒之间的接触摩擦阻力用杆系的联系弹簧来模拟；杆长为L，模拟结构元的初始状态由α角确定，α=π/4。
考虑以σ、τ为参数，K为常量。设结构元产生一个x角的微小变化，则对弹簧将分别产生2x的伸长或压缩变形，系统的总势能函数为弹簧弹性势能与杆件系统变形能之和：
(www.chuimin.cn)
式中
通过系统的平衡方程与突变理论推演，最后获得岩土体结构的分叉集方程：
对于一个给定的面，若给定（σ，τ），其相应的R由式（4.11）决定。因此当σ、τ满足式（4.11）时，岩土体中半径大于R的空洞都已经崩塌。最后导致地裂缝产生。
岩土体结构失稳的突变理论模型是在三维相空间中建立的，状态变量为结构变形，控制变量是（a，b），可以将（a，b）等效为（σ，τ）应力状态。地震造成的结构软化的反映在弹簧刚度K（w）上。在尖顶突变模型中，K是以参数形式出现在分叉点集式（4.11）中。地震作用导致结构模拟弹簧刚度的降低。
根据式（4.11），并利用σ0将σ与τ无量纲化可作出图4.5所示的σ—τ控制平面。K=K0表示初始状态，K=0.5K0代表软化后的状况。由于地震的软化作用使得分支点集的尖顶移到初始平衡曲面对应分支点集的“外部”，使原有的稳定区域（D＞0）变成不稳定区域（D＜0）。这时，只要应力状态（σ，τ）有微小改变，就可能使应力路径穿越新的分支点集，引起结构元状态变量的突跳。即岩土体结构中半径为R的孔洞失稳而崩塌，最终地裂缝形成。
图4.5 控制平面图
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