構造應力場模仿在地區工程地質研究中存在重要的感化，其主旨在於從「場」的角度去分析工程地質成績。經由過程構造應力場模仿，可能幫助處理地殼牢固性評價中的重要成績，諸如研究地動、斷裂、地裂縫等地質災害的展布法則及其傷害地段等，從而對地區地殼牢固性的認識獲得深刻跟證明。構造應力場分為古構造應力場跟現今構造應力場，古構造應力場模仿研究的東西是地質時代地質感化構成的各種微不雅跟微不雅構造景象，起首對它們的成因跟力學機制停止分析揣測，然後用構造應力場模仿去證明。現今構造應力場的模仿研究重如果對現今構造活動及其開展演變停止模仿分析，對猜測以後工程利用年限內的地殼牢固性存在非常重要的意思。
一、構造應力場數值模仿的技巧流程
無限元法（Finite Element Method，FEM）曾經廣泛利用於地學研究中的多個範疇，並曾經掉掉落長足開展。本次研究在體系分析滇藏鐵路沿線活動斷裂、地殼構造、工程地質岩組跟現今地殼活動GPS不雅察成果的的基本上，應用無限元模仿通用的ANSYS軟件，模仿分析了滇藏鐵路沿線地殼現今活動變形場跟地殼活動構成的構造應力場變更法則。構造應力場數值模仿的技巧流程如下：
（1）經由過程野當地質考察跟地質材料收集，分析滇藏鐵路沿線活動斷裂的活動學跟地動活動特徵，根據地質特徵分別工程地質岩組，收集先人在該地區實現的現今地殼活動的GPS不雅察成果，為樹破地質模型供給根據。
（2）收集各種材料的參數數據，包含工程地質岩組、斷裂帶跟蛇綠岩帶的彈性模量及泊松比等，為樹破多少何模型供給數據。
（3）樹破多少何模型跟數學模型，綜合考慮研究區重要斷裂兩側的地塊活動特徵及GPS位移監測數據，斷定模型的界限前提。鑒於研究區開展了較為體系的GPS位移監測，獲得了比較具體的地表位移偏向跟速度方面的監測數據，故本項模仿研究採用了位移界限。
（4）經由過程對數值模仿成果分析，定量地研究滇藏鐵路沿線位移跟應力等方面的變更特徵及其對鐵路建立的影響，提出響應的工程防治倡議。
二、地質模型的樹破
地質模型的原點選在研究區的左下角，坐標為：90°5′E，25°20′N。X軸偏向為EW偏向，向東為正，Y軸偏向為SN偏向，向北為正。所斷定的模型長度為1152 km（EW向，為最長邊），寬度為603 km（南北向，為最長邊）。考慮到印度洋板塊處於此次模仿範疇之外，且擬選用的界限前提為位移界限，故此次模仿打算不將印度洋板塊包含在內。
根據研究區的地質發育特徵跟差別地質體的岩石力學性質停止了工程地質岩組的分別跟簡化，分別出11種材料範例，包含花崗岩類、火山岩類、沉積岩類（按岩性分為4個亞類）、片麻岩類（按岩性分為2個亞類）、蛇綠岩帶、混淆岩帶跟斷裂帶等。為盡管瀕臨模仿的實在性，在模型中斷裂帶的寬度設定為4 km（圖7-7）。
三、數學模型的樹破
1.網格的分別
本次模仿打算採用的單位是PLANE42單位，此單位可能作為平面應力單位，能滿意模仿打算的請求。為了進步模仿的精度，在分別網格時，將單位格的大小盡管減小，但網格太小，在打算過程中又過大年夜地耗費打算機資本。經過壹直實驗，終極將斷裂帶的網格邊長定為4 km，其餘地塊的網格邊長定為10 km，採用打算機自由方法主動分別網格，本模型共打算分單位格9487個，節點9089個（圖7-8）。
圖7-7 滇藏鐵路沿線二維地質模型表示圖
圖7-8 網格分別及GPS位移荷載地位圖
2.地質體岩石力學參數的拔取
根據岩石力學實驗成果並參照先人所採用的經驗數據，對研究區各種地質單位停止岩石力學參數的挑選跟賦值，所採用的岩石力學參數如表7-2所示。
表7-2 打算模型材料參數表
3.模型束縛及荷載確切定
青藏高原現今變形速度場及其GPS不雅數據為滇藏鐵路沿線構造應力場及速度場的模仿供給了極好的束縛前提跟測驗標準。在模仿打算過程中，採用已有的GPS測點位移（絕對歐亞板塊）作為初始位移荷載（東西偏向跟南南偏向分辨施加位移荷載），具體的做法是將GPS監測獲得的位移速度值乘以1.0萬年（相稱於全新世以來產生的位移）。模型中GPS不雅察點地位跟位移荷載分佈如圖7-8所示，打算所採用的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測點位移速度
四、打算成果分析
1.位移場特徵
青藏高原沿重要走滑斷裂向東的活舉措為「大年夜陸逃逸」地球動力學模型的重要證據而被提出，並掉掉落了近期GPS不雅察成果的驗證，以GPS不雅察成果作為界限前提模仿打算的滇藏鐵路沿線地殼位移速度場再現了地殼物質繞東喜馬拉雅構造結髮生的渦旋活動（圖7-9）。
圖7-9 研究區位移矢量圖（單位：m）
由圖7-10可見，地殼物質向東彌散性的活動速度自西向東減慢，由藏南地區的25 mm/a～39 mm/a變更到藏西北地區的15 mm/a～18 mm/a，到滇西北地區遞減為8 mm/a～11 mm/a，其衰減法則及量值與GPS不雅察成果一致（圖7-6）。另一方面，地殼物質向東活動明顯遭到活動斷裂的影響，在高出斷裂處位移速度產生騰躍，如巴塘斷裂跟理塘斷裂等。這標明青藏高原的現今構造變形固然可能用持續變形來描述，但現今活動斷裂對接收地殼變形的奉獻也十顯明顯，斷裂走向與地殼活動偏向的夾角決定了斷裂活動方法。經由過程前面活動斷裂考察與分析可能發明，斷裂現今活動方法在很大年夜程度上受現今地殼活動所把持，如NE向的周城-凈水斷裂走向與地殼活動偏向多少乎垂直，所以該斷裂具逆沖性質。
2.應力場特徵
（1）地區應力偏向特徵
來自印度板塊的NNE向程度擠壓及地殼物質繞東喜馬拉雅構造結的扭轉把持了滇藏鐵路沿線地殼應力場。由圖7-10可見，地區應力場與構造活動特徵是複雜而有法則的，在遭到激烈擠壓應力場把持的同時，呈現部分拉張應力場，主應力偏向有法則地產生偏轉。
在滇西北區，近EW跟NE向張應力場代替NW向主壓應力而佔主導地位，在紅河斷裂跟程海斷裂之間以NEE向張應力為主，大年夜量的更生代斷陷盆地及活動正斷層構成於該張應力區。由模仿打算求得的該區主應力偏向與斷裂活動性質基本符合，從而為滇西北地區斷裂活動方法的斷定找到了力學根據。
在藏西北區的西部為牢固的NW向擠壓應力，向東部則NW向主壓應力逐步減弱，NE向跟近SN向張應力掉掉落加強。受巴塘斷裂、金沙江斷裂跟理塘斷裂的把持，主壓應力在NW向強勢背景上呈向南舌狀曲折，唆使出地殼物質的向南滑移及金沙江斷裂的逆沖活動跟理塘斷裂的左旋活動的應力場特徵，而巴塘斷裂則遭到NW向擠壓跟NNE向引張應力場的把持，從斷裂走向與應力場關係斷定，巴塘斷裂在右旋走滑的同時還可能疊加正斷分量。因為地殼的南向活動，在巴塘斷裂跟金沙江斷裂交匯地帶呈現近SN向引張應力，其量值已明顯超越該區的最大年夜主壓應力值，周榮軍等（2005）認為1989年巴塘6.7級震群屬於擠壓構造情況內正斷層把持的地動群，SN向擴大年夜應力場把持着該地區的地動活動，這與我們的模仿成果比較符合。
圖7-10 研究區主應力矢量圖
在藏南區，錯那-沃卡裂谷帶以西，最大年夜主壓應力以近SN向跟NNW-SSE向為主，應力值由南向北遞減，亞東-谷露裂谷帶跟錯那-沃卡裂谷帶等藏南裂谷系的發育明顯遭到印度板塊持續向北推移擠壓應力把持；錯那-沃卡裂谷帶以東，最大年夜主壓應力忽然轉向EW向，在超出東喜馬拉雅構造結以後又轉向NW向，其偏向變更法則無疑與地殼現代活動有關。其余，因為遭到深大年夜斷裂的影響，作為兩大年夜板塊結合帶的雅魯藏布江斷裂帶成為地殼現今構造應力場的分水嶺。在斷裂以南，EW向拉張應力佔主導地位，而斷裂以北為低量值的EW向壓應力，沿南迦巴瓦峰向北凸起地帶呈現NNE向的透入性張應力。構造應力變更急劇的地段平日是構造活動跟地動活動激烈地區，而應力狀況牢固區也是地殼絕對牢固區。
（2）應力大小變更法則
從圖7-11、圖7-12跟圖7-13可能看出，地區最大年夜主應力、最小主應力跟剪應力均受地殼構造跟斷裂構造的把持。
在滇西北區，最大年夜主應力的高值區多呈現在現今活動斷裂交匯處，如紅河斷裂與程海斷裂的交匯處、紅河斷裂與麗江-劍川斷裂的交匯處、程海斷裂與甲米斷裂跟麗江-小金河斷裂的交匯處等；最小主應力的異常區重要分佈在大年夜理的洱海盆地及其東部；在滇西北區呈現多個剪應力高值區，重要分佈在大年夜理、賓川、洱源、姚安跟維西等地，這些地帶恰是地區性活動斷裂激烈活動及歷史地動的多發區。
在藏西北區（三江區），最大年夜主應力高值區跟最大年夜剪應力高值區重要呈現在巴塘斷裂帶跟理塘斷裂帶附近，近EW向展布，與其分佈範疇與現今地動激烈活動區比較瀕臨，特別是最大年夜剪應力分佈區與1989年巴塘6.7級強震群空間地位符合合，最大年夜主應力重要表示為壓應力，其中在巴塘-理塘斷裂帶附近跟金沙江斷裂帶附近壓應力比較會合，最大年夜剪應力高值區向西延長到EW向的八宿斷裂帶，這裡恰是現代地動活動頻繁的EW向構造帶。地球物理探測成果標明，在雲南三江地區近SN向構造背景下存在多條與之正交的近EW向構造（管燁等，2004），這些近EW向構造浮現出隱伏或深部構造特點，它的構成可能是青藏高原碰撞後地殼物質向南東擠出的深部物質流變構造的反應，也可能是類似於藏南裂谷系的走滑拉伸情況下的伸展構造。固然現在對EW向更生構造的成因機制另有待進一步研究，但該區高應力情況及其潛伏的地動及外動力地質災害值得器重。
圖7-11 最大年夜主應力（σ1）雲圖（單位：MPa）
圖7-12 最小主應力（σ3）雲圖（單位：MPa）
圖7-13 研究區主剪應力（τxy）雲圖（單位：MPa）
在藏南區及藏西北區西部，最大年夜主應力高值區重要呈現在通麥一帶的東喜馬拉雅構造結向北凸起的部位及其與嘉黎斷裂帶結合部位、錯那-沃卡裂谷帶南段跟亞東-谷露裂谷帶北段由SN向轉為NE向的轉機處，這些部位為歷史地動的多發區；最小主應力高值區在東喜馬拉雅構造結向北凸起部位與嘉黎斷裂帶結合部位、錯那-沃卡裂谷帶跟嘉黎斷裂帶的壹般段落；最大年夜剪應力則與最大年夜主應力跟最小主應力分佈相呼應，重要分佈在東喜馬拉雅構造結及其向北凸起的部位、亞東-谷露裂谷帶北段、錯那-沃卡裂谷帶與雅江斷裂帶交匯部位等，這些地區都是構造活動激烈區。