[发明专利]一种基于临界角的断层活化倾向性分析方法

说明书

本发明公开了一种基于临界角的断层活化倾向性分析方法，具体步骤为：(1)建立二维的断层地质力学模型；(2)依据建立的力学模型对断层进行摩擦稳定性分析，导出相应的断层活化倾向性分析表达式，由分析表达式确定与断层摩擦系数直接相关联的断层最优活化角及相应的最小触发差应力；(3)确定不同差应力条件下断层活化临界角，建立不同差应力条件下基于临界角的断层活化倾向性判别准则。本发明从力学理论的角度对断层的活化的本质进行分析，为地质断层活化倾向性的科学判定提供了一种新颖的方法；本发明提出的基于临界角的断层活化倾向性分析方法由严格的力学模型推导而来，分析过程没有过多的预设条件，分析结果精确性较高。

技术领域

本发明属于工程地质学和矿山安全技术领域，具体涉及一种基于临界角的断层活化倾向性分析方法。

背景技术

断层是岩石圈最基本的构造要素之一，几乎所有地球上的内动力和外动力地质作用都与断层相关联，在石油、天然气、煤炭等固体或者流体矿体的开采中，各种各样的地质灾害直接或间接的因断层的活动而起，准确的对断层的活化倾向性进行分析对工程的安全防护具有重要指导意义。

以地下煤炭开采为例，开采过程中导致的围岩应力重分布使围岩中断层的应力状态发生改变从而引发断层的再活化现象，再活化过程中巨大的能量释放和断层带渗透性的突变往往会引发严重的矿井地质灾害比如矿井突水、矿震、冲击地压、瓦斯突出等。因此，对采场围岩中的地质断层进行准确的活化倾向性分析，可以为矿井的安全生产和防水、防震、防突设计等提供重要参考。

以目前的现状来看，在工程实践中对断层的活化倾向性进行分析的主要手段仍然是以数值模拟分析为主，这种分析手段往往具有复杂的建模和计算过程，没有很好的通用性；另外由于目前大部分数值模拟工具都是以有限元为基础的，通过建立模型来分析断层的活化倾向性并不是十分准确，因为如果模型中带有断层，那就是一个强间断问题，有限元在处理强间断问题时具有很大的局限性。

发明内容

针对目前工程实践中对断层的活化倾向性进行分析存在通用性不足、准确性较差的问题，本发明的目的在于提供一种基于临界角的断层活化倾向性分析方法。

为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：一种基于临界角的断层活化倾向性分析方法，包括以下步骤：

(1)建立二维的断层地质力学模型；

(2)依据建立的力学模型对断层进行摩擦稳定性分析，导出相应的断层活化倾向性分析表达式，由分析表达式确定与断层摩擦系数直接相关联的断层最优活化角α_cm及相应的最小触发差应力D_σm；

(3)确定不同差应力条件下断层活化临界角，建立不同差应力条件下基于临界角的断层活化倾向性判别准则，具体如下：

I.若差应力小于最小触发差应力，断层无相应活化临界角，断层无活化倾向性；

II.若差应力等于最小触发差应力，断层有唯一活化临界角即最优活化角α_cm，断层倾角α等于该活化临界角α_cm时，断层处于活化临界态，其他情况断层无活化倾向性；

III.若差应力大于最小触发差应力，断层有两个活化临界角α_c1，α_c2，断层的活化稳定性与断层倾角α的关系分以下四种情况：

A、若0°≤α＜α_c1，断层无活化倾向性；

B、若α_c1≤α＜α_cm，断层具有活化倾向性；

C、若α_cm≤α＜α_c2，断层具有活化倾向性；

D、若α_c2≤α＜90°，断层无活化倾向性。