[发明专利]用于监测发震断层面剪切力的物理模拟实验方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程地震灾害预测预报领域，尤其涉及一种用于监测发震断层面剪切力的物理模拟实验方法及其实验装置。

背景技术

地震是一种能够给人类社会带来巨大灾难的自然现象，它最突出的特点是猝不及防性和触目惊心的巨大破坏力。如果能准确预测出未来大地震的时间、地点和强度，无疑可以大大降低地震对人类带来的灾害，拯救无数生活在地震危险区人民的生命。上世纪60年代以来，地震预测特别是中、长期预测取得了一些有意义的进展。在长期预测方面，最突出的进展是板块边界大地震空区的确认，然而，短期与临震预测目前进展却不大。从观测地震发生前的一些微观前兆，如地壳形变、地下水位变化、地磁和地电异常、地下流体化学变化等，到地震宏观异常，如井水大幅度升降、发浑、变色、变味等异常变化和某些动物行为异常等，多年来地震学家们一直在努力寻找“确定性的地震前兆”，但是这种期待中的前兆，却迟迟未能确定。如今，国内外地震研究主要以物理模拟实验为主，利用物理模型模拟各种真实地质构造和地质现象，通过观测声波在模型中的传播特征来推断地震波在地下地质构造中的波场特征，从而了解地震发生和传播的过程。但地震波是伴随地震的发生而出现的，只有当地震发生以后才会产生地震波，因此对于预测、预报地震具有其自身的滞后性。如何利用物理模型模拟地震形成和发展过程，就成为本发明要解决的问题。

发明内容

鉴于目前这种情况，本发明旨在根据极限力学平衡原理，推导出可测力学量和非可测力学量之间的函数关系，借助可测力学量计算出不可测的地震断层滑面剪切力，从而解决天然力学系统不可测的难题，使地震的产生和发展过程能够得到准确、及时地预报。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种用于监测发震断层面剪切力的物理模拟实验方法，包括：按照实际地形地貌以一定比例制作相关地震带断层模型，在断层中设置应力传感器并随时探测地震带断层间的内应力变化；根据内应力变化数据，结合地震带断层力学模型和数学公式计算不同阶段发震断层面间的剪切力大小；绘制剪切力大小与时间关系曲线，随时显示曲线和内应力数值大小，分阶段完成发震断层面报警。

所述应力传感器的数量可以为一个以上，一个以上的应力传感器分布在地震带断层的不同位置。

所述发震断层间还设有预应力。

所述数学公式为：

P=Ccosθ-sinθtgφ+cosα+sinαtgφcosθ-sinθtgφM]]>

P为剪切力，M为扰动力，α为扰动力的加固角，θ为断层面与水平面夹角，φ为断层破碎带各土层内摩擦角的加权平均值，C为断层破碎带各土层内粘聚力的加权平均值。

一种用于监测发震断层面剪切力的物理模拟实验装置，包括模拟实际地形地貌的地震带断层模型、监测锚索、应力传感器、数据采集发射装置、数据接收分析装置、应力电子显示装置和显示器，地震带断层模型分为相对稳定的下盘和相对活动的上盘；监测锚索上设有预应力，监测锚索穿过地震带断层后，内端固定在断层下盘，外端头部安装的应力传感器嵌入断层上盘内；数据采集发射装置和应力电子显示装置固定在实验装置外侧的独立支架上，应力传感器将探测数据电传送到数据采集发射装置中；数据接收分析装置接收并处理来自数据采集发射装置的数据，形成剪切力-时间曲线和当前应力值，分别在显示器和应力电子显示装置上显示。

所述应力传感器为三弦式应力传感器。

所述数据采集发射装置以无线方式与数据接收分析装置进行数据传输。