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构造应力场模仿在地区工程地质研究中存在重要的感化，其主旨在于从“场”的角度去分析工程地质成绩。经由过程构造应力场模仿，可能帮助处理地壳牢固性评价中的重要成绩，诸如研究地动、断裂、地裂缝等地质灾害的展布法则及其伤害地段等，从而对地区地壳牢固性的认识获得深刻跟证明。构造应力场分为古构造应力场跟现今构造应力场，古构造应力场模仿研究的东西是地质时代地质感化构成的各种微不雅跟微不雅构造景象，起首对它们的成因跟力学机制停止分析揣测，然后用构造应力场模仿去证明。现今构造应力场的模仿研究重如果对现今构造活动及其开展演变停止模仿分析，对猜测以后工程利用年限内的地壳牢固性存在非常重要的意思。
一、构造应力场数值模仿的技巧流程
无限元法（Finite Element Method，FEM）曾经广泛利用于地学研究中的多个范畴，并曾经掉掉落长足开展。本次研究在体系分析滇藏铁路沿线活动断裂、地壳构造、工程地质岩组跟现今地壳活动GPS不雅察成果的的基本上，应用无限元模仿通用的ANSYS软件，模仿分析了滇藏铁路沿线地壳现今活动变形场跟地壳活动构成的构造应力场变更法则。构造应力场数值模仿的技巧流程如下：
（1）经由过程野当地质考察跟地质材料收集，分析滇藏铁路沿线活动断裂的活动学跟地动活动特点，根据地质特点分别工程地质岩组，收集先人在该地区实现的现今地壳活动的GPS不雅察成果，为树破地质模型供给根据。
（2）收集各种材料的参数数据，包含工程地质岩组、断裂带跟蛇绿岩带的弹性模量及泊松比等，为树破多少何模型供给数据。
（3）树破多少何模型跟数学模型，综合考虑研究区重要断裂两侧的地块活动特点及GPS位移监测数据，断定模型的界限前提。鉴于研究区开展了较为体系的GPS位移监测，获得了比较具体的地表位移偏向跟速度方面的监测数据，故本项模仿研究采取了位移界限。
（4）经由过程对数值模仿成果分析，定量地研究滇藏铁路沿线位移跟应力等方面的变更特点及其对铁路建立的影响，提出响应的工程防治倡议。
二、地质模型的树破
地质模型的原点选在研究区的左下角，坐标为：90°5′E，25°20′N。X轴偏向为EW偏向，向东为正，Y轴偏向为SN偏向，向北为正。所断定的模型长度为1152 km（EW向，为最长边），宽度为603 km（南北向，为最长边）。考虑到印度洋板块处于此次模仿范畴之外，且拟选用的界限前提为位移界限，故此次模仿打算不将印度洋板块包含在内。
根据研究区的地质发育特点跟差别地质体的岩石力学性质停止了工程地质岩组的分别跟简化，分别出11种材料范例，包含花岗岩类、火山岩类、堆积岩类（按岩性分为4个亚类）、片麻岩类（按岩性分为2个亚类）、蛇绿岩带、混淆岩带跟断裂带等。为尽管濒临模仿的实在性，在模型中断裂带的宽度设定为4 km（图7-7）。
三、数学模型的树破
1.网格的分别
本次模仿打算采取的单位是PLANE42单位，此单位可能作为平面应力单位，能满意模仿打算的请求。为了进步模仿的精度，在分别网格时，将单位格的大小尽管减小，但网格太小，在打算过程中又过大年夜地耗费打算机资本。经过一直实验，终极将断裂带的网格边长定为4 km，其他地块的网格边长定为10 km，采取打算机自由方法主动分别网格，本模型共打算分单位格9487个，节点9089个（图7-8）。
图7-7 滇藏铁路沿线二维地质模型表示图
图7-8 网格分别及GPS位移荷载地位图
2.地质体岩石力学参数的拔取
根据岩石力学实验成果并参照先人所采取的经验数据，对研究区各种地质单位停止岩石力学参数的挑选跟赋值，所采取的岩石力学参数如表7-2所示。
表7-2 打算模型材料参数表
3.模型束缚及荷载确切定
青藏高原现今变形速度场及其GPS不雅数据为滇藏铁路沿线构造应力场及速度场的模仿供给了极好的束缚前提跟测验标准。在模仿打算过程中，采取已有的GPS测点位移（绝对欧亚板块）作为初始位移荷载（东西偏向跟南南偏向分辨施加位移荷载），具体的做法是将GPS监测获得的位移速度值乘以1.0万年（相称于全新世以来产生的位移）。模型中GPS不雅察点地位跟位移荷载分布如图7-8所示，打算所采取的GPS位移值（EW偏向跟SN偏向的位移分量）如表7-3所示。
表7-3 模仿打算所用的GPS测点位移速度
四、打算成果分析
1.位移场特点
青藏高原沿重要走滑断裂向东的活举措为“大年夜陆逃逸”地球动力学模型的重要证据而被提出，并掉掉落了近期GPS不雅察成果的验证，以GPS不雅察成果作为界限前提模仿打算的滇藏铁路沿线地壳位移速度场再现了地壳物质绕东喜马拉雅构造结产生的涡旋活动（图7-9）。
图7-9 研究区位移矢量图（单位：m）
由图7-10可见，地壳物质向东弥散性的活动速度自西向东减慢，由藏南地区的25 mm/a～39 mm/a变更到藏西北地区的15 mm/a～18 mm/a，到滇西北地区递减为8 mm/a～11 mm/a，其衰减法则及量值与GPS不雅察成果分歧（图7-6）。另一方面，地壳物质向东活动明显遭到活动断裂的影响，在高出断裂处位移速度产生腾跃，如巴塘断裂跟理塘断裂等。这标明青藏高原的现今构造变形固然可能用持续变形来描述，但现今活动断裂对接收地壳变形的奉献也十显明显，断裂走向与地壳活动偏向的夹角决定了断裂活动方法。经由过程前面活动断裂考察与分析可能发明，断裂现今活动方法在很大年夜程度上受现今地壳活动所把持，如NE向的周城-净水断裂走向与地壳活动偏向多少乎垂直，所以该断裂具逆冲性质。
2.应力场特点
（1）地区应力偏向特点
来自印度板块的NNE向程度挤压及地壳物质绕东喜马拉雅构造结的扭转把持了滇藏铁路沿线地壳应力场。由图7-10可见，地区应力场与构造活动特点是复杂而有法则的，在遭到激烈挤压应力场把持的同时，呈现部分拉张应力场，主应力偏向有法则地产生偏转。
在滇西北区，近EW跟NE向张应力场代替NW向主压应力而占主导地位，在红河断裂跟程海断裂之间以NEE向张应力为主，大年夜量的更生代断陷盆地及活动正断层构成于该张应力区。由模仿打算求得的该区主应力偏向与断裂活动性质基本符合，从而为滇西北地区断裂活动方法的断定找到了力学根据。
在藏西北区的西部为牢固的NW向挤压应力，向东部则NW向主压应力逐步减弱，NE向跟近SN向张应力掉掉落加强。受巴塘断裂、金沙江断裂跟理塘断裂的把持，主压应力在NW向强势背景上呈向南舌状曲折，唆使出地壳物质的向南滑移及金沙江断裂的逆冲活动跟理塘断裂的左旋活动的应力场特点，而巴塘断裂则遭到NW向挤压跟NNE向引张应力场的把持，从断裂走向与应力场关联断定，巴塘断裂在右旋走滑的同时还可能叠加正断分量。因为地壳的南向活动，在巴塘断裂跟金沙江断裂交汇地带呈现近SN向引张应力，其量值已明显超越该区的最大年夜主压应力值，周荣军等（2005）认为1989年巴塘6.7级震群属于挤压构造情况内正断层把持的地动群，SN向扩大年夜应力场把持着该地区的地动活动，这与我们的模仿成果比较符合。
图7-10 研究区主应力矢量图
在藏南区，错那-沃卡裂谷带以西，最大年夜主压应力以近SN向跟NNW-SSE向为主，应力值由南向北递减，亚东-谷露裂谷带跟错那-沃卡裂谷带等藏南裂谷系的发育明显遭到印度板块持续向北推移挤压应力把持；错那-沃卡裂谷带以东，最大年夜主压应力忽然转向EW向，在超出东喜马拉雅构造结以后又转向NW向，其偏向变更法则无疑与地壳现代活动有关。其余，因为遭到深大年夜断裂的影响，作为两大年夜板块结合带的雅鲁藏布江断裂带成为地壳现今构造应力场的分水岭。在断裂以南，EW向拉张应力占主导地位，而断裂以北为低量值的EW向压应力，沿南迦巴瓦峰向北凸起地带呈现NNE向的透入性张应力。构造应力变更急剧的地段平日是构造活动跟地动活动激烈地区，而应力状况牢固区也是地壳绝对牢固区。
（2）应力大小变更法则
从图7-11、图7-12跟图7-13可能看出，地区最大年夜主应力、最小主应力跟剪应力均受地壳构造跟断裂构造的把持。
在滇西北区，最大年夜主应力的高值区多呈现在现今活动断裂交汇处，如红河断裂与程海断裂的交汇处、红河断裂与丽江-剑川断裂的交汇处、程海断裂与甲米断裂跟丽江-小金河断裂的交汇处等；最小主应力的异常区重要分布在大年夜理的洱海盆地及其东部；在滇西北区呈现多个剪应力高值区，重要分布在大年夜理、宾川、洱源、姚安跟维西等地，这些地带恰是地区性活动断裂激烈活动及历史地动的多发区。
在藏西北区（三江区），最大年夜主应力高值区跟最大年夜剪应力高值区重要呈现在巴塘断裂带跟理塘断裂带附近，近EW向展布，与其分布范畴与现今地动激烈活动区比较濒临，特别是最大年夜剪应力分布区与1989年巴塘6.7级强震群空间地位符合合，最大年夜主应力重要表示为压应力，其中在巴塘-理塘断裂带附近跟金沙江断裂带附近压应力比较会合，最大年夜剪应力高值区向西延长到EW向的八宿断裂带，这里恰是现代地动活动频繁的EW向构造带。地球物理探测成果标明，在云南三江地区近SN向构造背景下存在多条与之正交的近EW向构造（管烨等，2004），这些近EW向构造浮现出隐伏或深部构造特点，它的构成可能是青藏高原碰撞后地壳物质向南东挤出的深部物质流变构造的反应，也可能是类似于藏南裂谷系的走滑拉伸情况下的伸展构造。固然现在对EW向更生构造的成因机制另有待进一步研究，但该区高应力情况及其潜伏的地动及外动力地质灾害值得器重。
图7-11 最大年夜主应力（σ1）云图（单位：MPa）
图7-12 最小主应力（σ3）云图（单位：MPa）
图7-13 研究区主剪应力（τxy）云图（单位：MPa）
在藏南区及藏西北区西部，最大年夜主应力高值区重要呈现在通麦一带的东喜马拉雅构造结向北凸起的部位及其与嘉黎断裂带结合部位、错那-沃卡裂谷带南段跟亚东-谷露裂谷带北段由SN向转为NE向的转机处，这些部位为历史地动的多发区；最小主应力高值区在东喜马拉雅构造结向北凸起部位与嘉黎断裂带结合部位、错那-沃卡裂谷带跟嘉黎断裂带的一般段落；最大年夜剪应力则与最大年夜主应力跟最小主应力分布相呼应，重要分布在东喜马拉雅构造结及其向北凸起的部位、亚东-谷露裂谷带北段、错那-沃卡裂谷带与雅江断裂带交汇部位等，这些地区都是构造活动激烈区。