地殼應力與地下水動力響應

　　儲存于巖石中的地下水，處于一定的地殼應力環(huán)境中，當?shù)貧Πl(fā)生變化，必然引起地殼形變，并導致含水層孔壓變化和地下水流動，孔壓變化又影響巖石的形變，這是一個水一巖耦合的水力學過程。地殼應力作用下，地下水呈現(xiàn)豐富的水文現(xiàn)象。如潮汐力作用下，井水位的周期性升降、泉流量的周期性變化；地震活動影響下，井水渾濁，井水位、河流流量和泉流量的變化，以及砂土液化等現(xiàn)象。地震引起地殼應力的劇烈變化，甚至改變或破壞地下水的儲存條件，引起地下水動力條件的大幅變化，有的變化甚至超出人類預期。應力作用下的地下水動力響應是研究地殼應力作用下地下水壓對巖石形變的響應，地下水運動和井水位變化；探討地殼應力作用下地下水文現(xiàn)象產(chǎn)生的力學機制；以及地下水壓變化對巖石形變的影響?！兜貧εc地下水動力響應》主要研究已知高頻自然力和地震（靜應力、地震波）作用下，井一含水層系統(tǒng)的力學和水力學響應，以及由于井孔注水和水庫蓄水等，地殼應力場和滲流場的改變對斷層強度和可能誘發(fā)地震的影響?！兜貧εc地下水動力響應》共分9章。第1章簡要推導流體力學耦合本構(gòu)方程和常用的簡化本構(gòu)方程，以及主要的孔彈性變量和孔彈性常數(shù)之間的關(guān)系。水一巖耦合流體力學是分析應力作用與巖石形變和地下水壓變化的力學基礎(chǔ)。地下水對潮汐等高頻自然力的響應是水一巖耦合的天然試驗場。固體潮、海潮和氣壓等高頻自然力的周期性和重復性，以及振幅和相位可計算或可測量等特征，在估計含水層參數(shù)和分析含水層應力（應變）等方面具有重要意義。第2章闡述引潮力和引潮位的概念和地球形變對潮汐的響應理論，介紹了承壓井水位固體潮模型，以及應用井水位潮汐分析軟件的預備知識。第3章研究以潮汐為主的高頻自然力作用下，不排水巖體的水力響應，包括不排水多孔介質(zhì)和裂隙介質(zhì)水頭的潮汐響應模型，以及氣壓效率、貯水率和孔隙度等重要參數(shù)的估計方法。第4章研究潮汐作用下井一含水層系統(tǒng)的水動力響應，包括潮汐垂向流作用下，含水層壓力水頭對引潮高的響應；潮汐徑向流作用下，井水位對壓力水頭的響應，以及徑向、垂向流綜合作用下，井水位對引潮高的響應。分析討論地下水潮汐流類型及其識別方法，以便于更好地分析和了解潮汐力作用下含水層水動力特征。第5章是研究如何利用井水位對固體潮和海潮的潮汐響應模型，估計含水層導水系數(shù)（導水率）方法。利用含水層孔壓（井水位）對已知高頻荷載的振幅和相位差響應關(guān)系，估計含水層孔彈性參數(shù)和地下水動力學參數(shù)，具有非擾動性、連續(xù)性等優(yōu)點，是其他方法無法比擬的。第6章分析研究地震應力（靜應力和地震波）作用對含水層滲透性的影響，討論了季節(jié)性水量增減引起的靜水壓變化對含水層滲透性的影響。其中，含水層滲透性的變化主要通過井水位和井水位潮汐振幅和相位差變化確定。第7章研究地震與含水層力學響應，包括同震和震后含水層形變，井水位（孔壓）變化所引起的地震水文現(xiàn)象，地震地下水位前兆預測的力學機理和案例分析，以及利用井水位和井水位潮汐振幅、相位差變化等資料，估計地震前后含水層應力變化，分析討論了汶川地震后江油井水位急降13.Sm的成因。第8章應用巖石破壞的摩爾一庫侖準則，分析討論注水和水庫蓄水等影響下，誘發(fā)地震的特征和發(fā)震機理。第9章是利用井水位和井水位潮汐振幅和相位差變化，分析和識別含水層形變和應力變化，它是應力作用下含水層形變和井水位（孔壓）變化的逆分析過程。附錄B介紹了井水位潮汐分析軟件使用方法和利用井水位潮汐分析計算含水層導水系數(shù)的方法和程序。

　　劉春平，湖南醴陵人，1962年1月生，1989年12月國家地震局地質(zhì)研究所博士研究生畢業(yè)。歷任湖南師范大學講師、副教授、教授，資源與環(huán)境學院院長，現(xiàn)任防災科技學院教授、副院長，主要從事地下水動力學、地震地下流體的教學和科研工作，出版專著《地下水系統(tǒng)規(guī)劃與管理優(yōu)化模型》（中南工業(yè)大學出版社，1995）和大學教材2部，主編全國高中實驗教材《環(huán)境保護》（湖南教育出版社，2004），在國內(nèi)外學術(shù)刊物發(fā)表論文80多篇。曾獲得省科技進步獎二等獎、三等獎和省教學成果一等獎。