翻譯：基于二維離散單元法模擬生長正斷層砂箱試驗

1、裝訂線畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙基于二維離散單元法模擬生長正斷層砂箱試驗作者：Sheng-Shin Chuab , Ming-Lang Lin a , Wen-Chao Huang c,*, Wei-Tung Nien a , Huan-Chi Liud ,Pei-Chen Chanaa：臺灣省臺灣大學(xué)土木工程系b：臺灣省臺北水務(wù)部門c：臺灣省桃園縣中壢市中大路300號國立中央大學(xué)d：臺灣省臺北市教育大學(xué)地球與生命科學(xué)教育系文章信息：收錄于2014年一月31號，在2014年10月12號收錄修訂版，2014年10月29號可在網(wǎng)上在線閱讀。摘要 斷層滑移會引起淺層土體變形破壞和破壞基礎(chǔ)設(shè)施。臺北盆地西

2、側(cè)的山腳層就是這樣的斷層。山腳斷層活動已經(jīng)導(dǎo)致了臺北盆地第四紀(jì)沉積物發(fā)生變形，嚴(yán)重破壞了交通建設(shè)，以及在該地區(qū)的公用事業(yè)線。地質(zhì)鉆探和測年的數(shù)據(jù)已被用來確定山腳斷層是否存在生長型短程。在一個實驗中，建立了一個模型：在山腳斷層用無粘性砂土模擬生長斷層的存在，以及預(yù)測生長斷層對剪切帶發(fā)育及地表變形的影響。實驗結(jié)果表明，當(dāng)一個正常的斷層包含一個生長斷層，原始土壤頂層的剪切帶往往向上發(fā)展且土壤表面發(fā)展比單個平頂層的要快的多。所需的偏移率大約是單覆蓋土層的三分之一。在這項研究中，砂箱實驗數(shù)值模擬是利用離散元程序-PFC2D，真實模擬了上覆砂層剪切帶發(fā)育速度與正常斷層滑動范圍。這個模擬得出的結(jié)果類似于砂箱

3、實驗的結(jié)果，這個結(jié)果可以應(yīng)用于近斷層帶施工項目的設(shè)計。關(guān)鍵詞:增長型正斷層,離散單元法,山腳斷層,臺北盆地1.前言斷層底部的斷裂造成了短暫且強(qiáng)烈的縱向、橫向地震波，導(dǎo)致地震（動態(tài)行為）和地表（靜態(tài)行為）永久（或塑性）變形。這兩種機(jī)制可能對地表結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的破壞，特別是靠近破裂帶。雖然暫波引起結(jié)構(gòu)的積極反應(yīng)，已經(jīng)分析清楚，由斷層破裂導(dǎo)致的近地表破裂造成永久或塑性變形，從而嚴(yán)重破壞了地下結(jié)構(gòu)和公用管道。此外，在鄰近設(shè)施，如水庫或核電廠，斷層破裂造成的后果更是災(zāi)難性的，且這些設(shè)施不能容忍差異沉降。因此，主要的建筑設(shè)施的核心設(shè)計原則是盡量避免活動斷層。然而，對于線性的設(shè)施，如道路和管線，避免活動斷層幾

4、乎是不可能的，因為他們必須穿過斷層以滿足正常的運輸和供應(yīng)的需要。臺北是臺灣的主要政治經(jīng)濟(jì)中心。在造山期和之后，在這一地區(qū)形成了若干類型的斷裂構(gòu)造。因此，是否存在的活動斷層以及斷層活動性是居民主要關(guān)注的問題，也是一個研究熱點，學(xué)術(shù)研究人員（王，2008，程等2010）。臺灣經(jīng)濟(jì)部中央地質(zhì)調(diào)查所的研究結(jié)果（M.O.E.A.）表示，山腳斷層是一個活動正斷層，且經(jīng)過大屯火山和延伸到在臺北市區(qū)的東北方向的金山地區(qū)。斷層長度至少是以前公認(rèn)的長度兩倍，（中央地質(zhì)調(diào)查，2010）。臺灣電力公司委托的地質(zhì)調(diào)查表明，這個正斷層延伸離岸至少40公里。由于活動斷層和地震震級的長度之間的正相關(guān)關(guān)系，識別確認(rèn)重要設(shè)施與相

5、鄰斷層之間的相互作用是至關(guān)重要的。例如，施跨越山腳斷層的交通基礎(chǔ)設(shè)施包括臺北大眾捷運系統(tǒng)（MRT），臺灣鐵路局（TRA），和臺灣的高速鐵路（高鐵），以及眾多的公路（圖1）。山腳斷層的破裂會引起地面變形與上述基礎(chǔ)設(shè)施大量損害，且如果沒有提前部署適當(dāng)?shù)木徑獠呗韵嚓P(guān)結(jié)構(gòu)的修復(fù)幾乎是不可能的。因此，大城市地區(qū)周圍活動斷層的運動已成為居民和研究人員一個主要關(guān)注的問題。此外，如果斷層引起的地面變形裂縫和沉降變形，由于斷層破裂后所形成的沉淀，地面可能會隨著時間積累，因此將很難直接觀察原地面變形。圖1：臺灣北部的山腳斷層跡概述（鉆孔位置scf-1，2，14，15，16，17及wk-1e見圖）因此，定義了活動斷

6、層破裂可能影響范圍，有利于工程師設(shè)計實用管道或相鄰的故障的重要基礎(chǔ)設(shè)施。雖然在山腳斷層沒有地震活動的記錄，位于臺北盆地西緣的基巖表觀形態(tài)的700m深度陡坎（滑1.7m每1000年）表明在山腳斷層活動已經(jīng)在臺北盆地形成與演化的關(guān)鍵作用。臺灣北部的東拉應(yīng)力機(jī)制可能導(dǎo)致山腳斷層活躍起來（李和王，1988；Lu et al.，1995；騰，1996）。因為山腳斷層是由第四紀(jì)沉積物（主要是臺北盆地內(nèi)的沉積），證明是否存在斷層是很難的。然而，中央地質(zhì)調(diào)查和眾多的工程顧問公司已經(jīng)進(jìn)行鉆探和重大工程建設(shè)項目，通過山腳斷層地震調(diào)查，如新莊線及臺北捷運機(jī)場線。測量和鉆探結(jié)果有助于進(jìn)一步了解斷層的可能位置，在臺北盆

7、地第三紀(jì)深度范圍內(nèi)，和上一層的第四紀(jì)沉積物（有史以來過境國際有限公司1999；資源工程服務(wù)，1999）。自1999年來中央地質(zhì)調(diào)查局在轉(zhuǎn)官渡、五股、和樹林區(qū)測出的地質(zhì)剖面，在這些地質(zhì)剖面中，位于樹林區(qū)的SCF-15和SCF-16剖面（圖2，圖3）。在基底深52m及136.52m處再次證明位第三紀(jì)地層。在SCF-16剖面的第三紀(jì)地層底層深度比剖面SCF-15深約84m。在這兩個剖面中測得的基底深度差異很可能就是山腳斷層存在的有力證據(jù)，因此，山腳斷層的遺跡可能就存在這兩個鉆孔之間。在五股區(qū)域的SCF-2和SCF-2剖面(圖2)為45m和164m，在鉆芯137m和156.3m深度之間的成分為沙層和淤

8、泥層，這類似于一個小型傾斜正斷層（圖5）。山腳斷層的松散傾斜疊片是由斷層拖動滑移而成，鉆井SCF-2和WK-1E的基底深度分別為164m和679m，基底深度差異的兩個鉆孔之間的距離為515m，表明：山腳斷層可能位于這兩個鉆孔之間。舊第四紀(jì)的松散沉積物包括中更新世石橋市和更新世五股的形成比新第四紀(jì)底層包括上更新世京美和松山區(qū)域的形成要大的多，如圖6所示。底層的傾角表明山腳斷層形成在臺北盆地形成的早期，正式幾個正斷層的活躍期。圖2：山腳斷層地質(zhì)鉆孔scf-15和scf-16地點的詳細(xì)視圖資料表明山腳斷層深度從幾十米到700多米不等（林.2005）假設(shè)地面標(biāo)高為0m，山腳斷層的沉積層厚度約在幾十米到

9、700米。一個沉積層（如700m厚）必須在斷層破裂的前后反復(fù)數(shù)次沉積，沉積厚度才逐漸增加，由于沉積層一般不是在一個沉積事件厚形成的，一次在多個沉積事件的基礎(chǔ)上探索正斷層的行動是必要的。由于兩層沉積層的厚度都足夠大，以至于成為一個大的但沉積層，因此認(rèn)為在沉積層下面的斷層是一個生長正斷層。（Roberts et.1990）幾個破裂時間和沉積層可能形成在上述斷層之前。之前的研究已經(jīng)表明，山腳斷層是一個生長正斷層，基于鉆孔和測年信息（Huang et al.，2007；Chen et al.，2010）；因此，一個生長正斷層的變形特征是這項研究的主要重點由于其潛在活性。圖3: SCF-15和SCF-1

10、6 的52和136米的基底深度地質(zhì)剖面最近研究生長正斷層的破裂引起的剪切帶的在沉積層傳播的方法主要集中在現(xiàn)場調(diào)查(Gawthorpeet al., 1997; Gawthorpe and Hardy, 2002; Castelltort et al., 2004;Nicol et al., 2005; Taylor et al., 2008; Pochat et al., 2009)，正斷層的實驗室測試(Hus et al., 2005; Lee and Hamada,2005; Patton, 2005)，和常見的故障的數(shù)值模擬(Saltzer, 1992; Seyferth and Hen

11、k, 2006; Egholm et al., 2007; Abeet al., 2011; Nollet et al., 2012; Hardy, 2013)。作者在實驗室進(jìn)行了測試，以探索在生長正斷層(Chu et al., 2013)的剪切帶的傳播。在這項研究中，對生長正斷層進(jìn)行了數(shù)值模擬。此外建立了位于五股地區(qū)地質(zhì)鉆孔剖面scf-1，scf-2，和wk-1e模型來比較剪切帶在沉積層以上的正斷層傳播的深度。圖4：地質(zhì)鉆孔scf-1 2和wk-1e的詳細(xì)位置2.生長斷層模擬法在這項研究中，運用離散單元法，利用顆粒流模擬（PFC 2D）(Itasca Consulting Group, 20

12、04)，復(fù)制之前做的實驗，這是縮小到第300分之一的蘇林地質(zhì)剖面（接近scf-15和scf-16）本研究的主要目的是要進(jìn)行生長正斷層第一變形的有效模擬，數(shù)值模型是使用以前進(jìn)行測試區(qū)的測試和，第二，在一個預(yù)先變形層的頂部中產(chǎn)生大量沉積層驗證第二組的數(shù)值模型。根據(jù)作者的以往的經(jīng)驗，共同土工測試或問題，使用商用離散元代碼，如直剪試驗，單軸壓縮測試或反向或正常故障故障引起的地表位移的模擬，已被證明是有效的和精確的(Seyferth and Henk, 2006;Chang et al., 2013; Yang et al., 2014); 因此，在這項研究中，PFC是用來產(chǎn)生粒子，分配適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件，

13、并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。數(shù)值模型中的邊界條件和微觀參數(shù)通過比較與實驗室結(jié)果得到了證實，因此，其他模擬相鄰的地質(zhì)剖面的現(xiàn)場條件離散元數(shù)值模型，可能會成為可行的，且底層的變形行為（包括地面和地下行為），也有了研究的可能性如前所述，數(shù)值計算和模擬實驗裝置是基于縮小蘇林地質(zhì)剖面而建的。在模擬裝置中，其長度為100厘米，寬度為20厘米，高度為60厘米。在本試驗中，采用了越南石英砂作為試驗材料，具有較高的均勻性。為確保均勻的粒度分布，砂使用40號至140號篩進(jìn)行篩選，比重為2.65，容重為15.7千牛/米，相對密度為55%和孔隙率為0.68. 通過直接剪切試驗和三軸試驗測量摩擦角為30-34度。經(jīng)分析將30

14、度摩察角作為顆粒的摩擦角的數(shù)值分析值(Chu et al.,2013)。圖5：深度在137米和156.3米之間scf-2鉆孔成分（剪切帶，顯然是在這個范圍內(nèi)，wk-03即scf-2）。圖6：鉆孔scf-1.2和wk-1e約164和760米的基底深度的地質(zhì)剖面本實驗通過將右面板沿著另一個面板向下移動60度傾角來模擬正斷層的影響。在砂箱側(cè)壁安裝一個10萬像素攝像頭在一個固定的距離不斷拍攝測試的過程，包括在沙層破壞面發(fā)展的圖像。烘箱干燥的石英砂均勻地分散在砂箱里，且把幾層的石英砂染色鋪成2cm厚來觀察剪切帶發(fā)展。用干燥的沙子防止沙子不必要的凝聚力和變色。使用著色的石英砂的優(yōu)點在于發(fā)現(xiàn)砂層在給定的深度

15、（或任何層）錯位就表明破壞面已向上傳播到特定深度（圖7）。圖7：著色砂層的錯位觸發(fā)偏移，形成一個正斷層。在這項研究中模擬的模擬試驗分為2種類型。第一類（類型1）通過觸發(fā)一個6厘米的一次性偏移來創(chuàng)建一個正常的故障。第二類型（類型2）所涉及通過觸發(fā)一個5厘米從故障尖端偏移，并允許干沙層，從30cm的給定高度自由落下，以形成1厘米厚的沙子創(chuàng)建正斷層層（1厘米厚度從正常斷層下盤的接地表面測量）。在變形的砂面上鋪上第二層，另一個1厘米的偏移是引發(fā)故障提示使正常故障偏移位移評價的剪切帶的傳播和影響的寬度在生長正斷層的砂面測量。圖6鉆孔SCF-1.2和WK-1E基底深度分別約164和760 m 。3.砂箱實

16、驗結(jié)果討論著色砂層分布在2厘米厚的沙層之間。當(dāng)粒子的排列由斷層端部偏移而變化時，則剪切帶清晰可見。 試驗后，受影響區(qū)的規(guī)范化寬度（W/ H：寬度W是規(guī)范化砂層的厚度），并在不同的試驗中觀察到的將形成的剪切帶的方式。受影響的區(qū)域的寬度（W）為從下盤砂表面到下盤砂表面的切線故障尖端的垂直突起之間的水平長度。偏移距離為H，偏移量比定義為Hh，這是根據(jù)砂層厚度規(guī)范化的偏移距離。由于沙層總厚度h，在生長斷層的下盤和掛壁之間是不同的，下盤砂層厚度為Hf、掛砂層厚度為Hh。量的定義詳見圖7。每種類型的討論沙盒測試的結(jié)果如下：3.1類型1：斷層頂端6cm偏移量如預(yù)期一樣，剪切帶偏移量從斷層頂端開始發(fā)展。上盤的

17、向下垂直位移增加表明朝剪切帶是向砂層表面發(fā)展的。圖8中的位移照片是在不同偏移量距離下拍攝的。在砂層表面，當(dāng)測量W為H的約30-50，H / H達(dá)到4.2-4.8時，表明剪切帶已發(fā)展到砂層的表面。3.2類型2：創(chuàng)建生長斷層后引入1cm偏移量和5厘米斷層頂端偏移量。由于生長斷層是在另一個正斷層有5厘米的偏移量的基礎(chǔ)上用另一層沙子創(chuàng)建而成的。第二剪切帶是沿著第一剪切帶末端傳播，到達(dá)砂層頂面具有較小的偏移率：1.5-1.8%。圖8：類型1（斷層頂端6厘米偏移）剪切帶的傳播照片分四個步驟。（每一步有兩張照片，其中一張展現(xiàn)了剪切帶的影響寬度和傳播過程）在生長斷層施加第二階段偏移量后，剪切帶僅沿第一剪切帶的

18、末端發(fā)展而不是從正斷層頂端重新發(fā)展。對類型2試驗要求的偏移比約是類型1實驗要求的偏移率三分之一。因此在生長斷層另一個偏移量存在下，剪切帶沿著原始的剪切帶以一個很小的偏移比發(fā)展到地表與那些新發(fā)展的正斷層相比。圖9顯示類型2實驗的的剪切帶傳播照片。在類型2試驗中，剪切帶一很小的偏移比發(fā)展到地表面。本研究的重點是展現(xiàn)模擬的結(jié)果;因此，物理模擬結(jié)果沒有解釋的進(jìn)一步解釋這一現(xiàn)象。然而，觀察到的行為是相當(dāng)復(fù)雜的，并在這項工作中被簡化成一個組合的現(xiàn)象，可能是依賴于所涉及的材料和它的應(yīng)力的歷史，如下面所討論：（1）材料：在這項研究中，顆粒被假定為一個沒有粘合力的材料，以模擬的沙質(zhì)材料的行為。對于砂性材料，剪切

19、強(qiáng)度是高度依賴于圍應(yīng)力和材料本身的相對密度。在物理、數(shù)學(xué)模型底部的材料，它是預(yù)期的應(yīng)力要比淺層材料的抗剪強(qiáng)度相對較高，因此應(yīng)在層底高。然而，與強(qiáng)制給定偏移量（通常是大的偏移）在斷層頂端，底部的殘余應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到材料和剩余區(qū)域漸漸向上移動。當(dāng)沉積在變形層的頂部產(chǎn)生的另一層，在不同區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)再次改變。(2)應(yīng)力歷史： 在圖10所示的Kf線詳細(xì)說明了在土壤層的不同區(qū)域所預(yù)期的應(yīng)力狀態(tài)相對位置。在圖10中可以看出，一旦引起第一偏移，底部的土壤（接近斷層頂端）將立即達(dá)到破壞線，而在其他地點的土壤沒有達(dá)到破壞（低于破壞線）。之后，當(dāng)沉積層形成，在土壤層不同區(qū)域下額外的覆蓋層應(yīng)力導(dǎo)致不同的應(yīng)力狀態(tài)。在這個

20、階段下到破壞線的距離不同取決于土壤層的位置。圖9：類型2（生長型正常斷層）斷層頂端6厘米偏移）剪切帶的傳播照片分四個步驟。（每一步有兩張照片，其中一張展現(xiàn)了剪切帶的影響寬度和傳播過程）圖10：沙材料在不通斷裂深度下的預(yù)期應(yīng)力路徑變化。當(dāng)?shù)诙€偏移被觸發(fā)，在土層中間和底部的土壤可能達(dá)到很快達(dá)到破壞（因為在這兩個位置上的應(yīng)力狀態(tài)可能比淺層土壤更接近破壞線），但剛過偏移位移，土層淺處也達(dá)到破壞。雖然以上討論是基于個人的假設(shè)和經(jīng)驗，我們認(rèn)為這是一個合理的猜測，但是，我們?nèi)匀恍枰M(jìn)行相關(guān)的分析，以證實上述假設(shè)。圖11所示為類型1和類型2試驗結(jié)果（包括重復(fù)試驗的結(jié)果），根據(jù)相對于W / H變化的HH的變化

21、（即偏移率和標(biāo)準(zhǔn)化的影響寬度）。如圖10所示在斷裂下不同深度下砂材料應(yīng)力路徑的預(yù)期變化。所需的砂層表面剪切帶偏移率分別為約4.8%（類型1）和1.5%（類型2），如圖11所示。試驗結(jié)果還表明，增加的偏移率也增加了砂表面的影響寬度，但剪切帶傳播到的砂表面，無論怎樣增加偏移率，影響寬度達(dá)到幾乎恒定的值，。表1還介紹了類型1和類型2測試結(jié)果。4.利用二維離散元方法模擬砂箱實驗如前所述，本研究的主要重點是模擬生長正斷層變形行為的。第一次將研究方法被用來驗證數(shù)值模型，通過比較與作者所獲得的測試結(jié)果，將在第3節(jié)中討論。一旦模型得到了驗證，模擬其他的生長正斷層也將變?yōu)榭赡?。?“實驗類型1（單層）和類型2（

22、生長正斷層）剪切帶發(fā)展綜述。該PCF2D程序是由作者用來創(chuàng)建相同的尺寸的物理模型，如圖12，以觀察在顆粒剪切帶的影響的發(fā)展速度和范圍。所述數(shù)值模型的微觀系數(shù)示于表2中。表2：數(shù)值模型的微觀參數(shù)。離散元模型中的接觸法和剪切剛度（Kn和Ks）的微觀系數(shù)與模擬材料的體積性質(zhì)有關(guān)，如顆粒的堆積、顆粒的彈性模量、顆粒的摩擦特性等，可能是對材料進(jìn)行測試的方法。例如，Potyondy和Cundall（2004）和Wang（2000）等，所提出的經(jīng)常接觸剛度相關(guān)的彈性模量和圓板的下單立方四面體和立方填料的厚度（2D條件）。Yimsiri and Soga (2000)表明，在已知體積內(nèi)的顆粒數(shù)和材料下，彈性模

23、量微觀和整體性質(zhì)的顆粒直徑有關(guān)。在這項研究中，我們采用的關(guān)系必須通過Yimsiri and Soga (2000)提出來估算材料的接觸正常和剪切剛度在當(dāng)前離散元模型的包裝配置。當(dāng)估計粒子泊松比時，就要用到摩擦角了。眾所周知，靜止土壓力系數(shù)（K0）是泊松比是相關(guān)的，見下式：因為部分剪應(yīng)變不能在PFC2D程序顯示，為了將剪切帶進(jìn)行區(qū)分，拉姆齊和胡貝爾根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，利用應(yīng)變橢圓（1983）作分析依據(jù)，使用Matlab軟件作為一個后處理器將一個網(wǎng)格的歷史文本的數(shù)據(jù)文件，它是通過PFC2D模擬產(chǎn)生。在模型中的適當(dāng)數(shù)量的顆粒包括一個正方形區(qū)域，如圖13所示，并形成一個圓形的面積在中心的正方形如圖14所示。

24、當(dāng)正方形受單剪的影響時，中心的圓就變成了一個橢圓，稱為有限應(yīng)變橢圓。有限應(yīng)變橢圓可以用來獲得的剪切應(yīng)變的剪切效應(yīng)的原始廣場的值。其中R是橢圓的，一個是有限應(yīng)變橢球的長半徑，B是有限應(yīng)變橢圓的短半徑，是體積應(yīng)變后，一個是原來的正方形的面積，以前是平行的正方形的面積剪切后，R是原圈半徑，是應(yīng)變橢圓的傾斜角度，并是剪切應(yīng)變，如圖14所示。橢圓率是有限應(yīng)變橢圓的長軸和短軸的比率，這個物理量可以用于表示探針受剪切反應(yīng)的影響程度。剪切力越大，應(yīng)變橢圓越窄，長越，橢圓率越大。應(yīng)變橢圓可以充分描述對象被剪切的條件。橢圓率，剪切應(yīng)變，有限應(yīng)變橢圓，體積應(yīng)變和最大延伸的關(guān)系如表3所示。在這項研究中，橢圓度主要是用

25、來描述反應(yīng)的水平，當(dāng)探頭被剪。不同范圍的橢圓度產(chǎn)生不同的顏色反應(yīng)。在本研究中所產(chǎn)生的反應(yīng)，橢圓率為1.5（淺綠色）或以上則表明為剪切帶。圖12：PFC2D砂箱模型（頂部：原始層；中間：正斷層；底：另一個正斷層上的沉積層）。5.PFC2D砂箱實驗?zāi)M生長正斷層以及五股區(qū)附近的剖面在砂箱實驗中，采用2厘米的水平染色砂層，在斷層破裂過程中，對剪切帶的發(fā)展進(jìn)行了觀察。在各種條件下的偏移比（H/H）對比下，可觀察到剪切帶發(fā)育順序和的范圍。沙盒大小被用來建立數(shù)值模型，并使用相同的速度來計算滑移比和比較剪切帶的發(fā)展。定性部分（剪切帶傳播）和定量部分（高度和寬度的剪切帶）產(chǎn)生的結(jié)果類似于那些的實驗，如圖15和

26、圖16所示。該PCF2D程序被用來創(chuàng)建用于模擬SCF-2和WK-1E型材，其中的數(shù)值模型的微觀參數(shù)如表2所示的沙盤模型相同。該模型涉及觸發(fā)從正斷層頂端2.5米的偏移量創(chuàng)建一個正斷層，并允許一層顆粒沉積0.8-m-thick層以上的下盤和上盤3.3-m-thick層斷層之上。圖13圖14：用橢圓來描述正方形的剪切反應(yīng)（Ramsay and Huber (1983)表3：有限應(yīng)變橢圓的定義圖15：砂箱試驗和數(shù)值模擬剪切帶比較（數(shù)值模型的顏色顯示不同的剪切應(yīng)變。詳情請參閱表3）圖16：砂箱實驗與數(shù)值模擬歸一化影響寬度和偏移率的比較（H / H）圖17：PFC2D模型五股剖面SCF-2鉆孔中交替和傾滑

27、斷層片。圖18：五股剖面模型的剪切帶的剪切應(yīng)變分布的特寫鏡頭。從斷層頂端引發(fā)第二個2.5米偏移量，從而使下盤以上的另一層顆粒沉積厚0.8m和另一個正斷層掛壁上3.3m厚。滑移和沉積，重復(fù)205次，導(dǎo)致下盤沉積超過164米，掛壁沉積物沉積在676.5米，模擬scf-2和wk-1e剖面。在剪切帶區(qū)交錯顆粒類似scf-2剖面（圖5）的137米到156.3米深的鉆芯成分。在數(shù)值模型中，生長正斷層最終達(dá)到滑移2.5米，剪切帶擴(kuò)展到顆粒表面，如圖18所示。6.討論沙箱試驗和數(shù)值模擬生長正斷層表明在變形正斷層之上有一層沉積層了，另一個偏移量從正斷層頂端可以以一個相當(dāng)小的偏移率傳播的剪切帶的表面。此外，在一個

28、生長正斷層頂端存在一個偏移量，將導(dǎo)致剪切帶繼續(xù)從舊的剪切帶的端部向上發(fā)展。上述現(xiàn)象的原因是相當(dāng)復(fù)雜的，且這項工作中將他簡化成一個組合的現(xiàn)象，可能是依賴于顆粒材料（圍壓）和不同深度的土壤層應(yīng)力的歷史。這就解釋了為什么剪切帶一個較小的偏移率發(fā)展到地面與普通的正斷層相比。山腳斷層的巖土工程地質(zhì)調(diào)查表明，它仍然保持高度的活躍。鉆井和測年信息進(jìn)一步證實在正斷層頂部存在100700m厚的沉積層，經(jīng)過了一些斷裂和沉積事件。在這項研究中，實驗和數(shù)值模擬結(jié)果顯示，生長正斷層和普通正斷層是易于區(qū)分的。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和臺北盆地沉積物地質(zhì)年代，山腳斷層位于臺北盆地西緣，可以得出的結(jié)論是山腳斷層是一個典型的具有從100到

29、700米不同的沉積厚度的生長正斷層。雖然斷層頂部可能已經(jīng)被掩埋基于對砂材料研究，在生長正斷層頂部剪切帶以一個很小的偏移比發(fā)展到地面。因此，必須考慮防止結(jié)構(gòu)發(fā)生任何災(zāi)難性的破壞。參考文獻(xiàn)1Abe, S., van Gent, H., Urai, J.L., 2011. DEM simulation of normal faults in cohesive materials. Tectonophysics 512 (14), 1221.2Castelltort, S., Pochat, S., Van den Driessche, J., 2004. How reliable are growt

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