地殼應(yīng)力與地下水動(dòng)力響應(yīng)

　　儲(chǔ)存于巖石中的地下水，處于一定的地殼應(yīng)力環(huán)境中，當(dāng)?shù)貧?yīng)力發(fā)生變化，必然引起地殼形變，并導(dǎo)致含水層孔壓變化和地下水流動(dòng)，孔壓變化又影響巖石的形變，這是一個(gè)水一巖耦合的水力學(xué)過(guò)程。地殼應(yīng)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(dòng)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(yīng)力的劇烈變化，甚至改變或破壞地下水的儲(chǔ)存條件，引起地下水動(dòng)力條件的大幅變化，有的變化甚至超出人類預(yù)期。應(yīng)力作用下的地下水動(dòng)力響應(yīng)是研究地殼應(yīng)力作用下地下水壓對(duì)巖石形變的響應(yīng)，地下水運(yùn)動(dòng)和井水位變化；探討地殼應(yīng)力作用下地下水文現(xiàn)象產(chǎn)生的力學(xué)機(jī)制；以及地下水壓變化對(duì)巖石形變的影響?！兜貧?yīng)力與地下水動(dòng)力響應(yīng)》主要研究已知高頻自然力和地震（靜應(yīng)力、地震波）作用下，井一含水層系統(tǒng)的力學(xué)和水力學(xué)響應(yīng)，以及由于井孔注水和水庫(kù)蓄水等，地殼應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)的改變對(duì)斷層強(qiáng)度和可能誘發(fā)地震的影響?！兜貧?yīng)力與地下水動(dòng)力響應(yīng)》共分9章。第1章簡(jiǎn)要推導(dǎo)流體力學(xué)耦合本構(gòu)方程和常用的簡(jiǎn)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(xué)是分析應(yīng)力作用與巖石形變和地下水壓變化的力學(xué)基礎(chǔ)。地下水對(duì)潮汐等高頻自然力的響應(yīng)是水一巖耦合的天然試驗(yàn)場(chǎng)。固體潮、海潮和氣壓等高頻自然力的周期性和重復(fù)性，以及振幅和相位可計(jì)算或可測(cè)量等特征，在估計(jì)含水層參數(shù)和分析含水層應(yīng)力（應(yīng)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(duì)潮汐的響應(yīng)理論，介紹了承壓井水位固體潮模型，以及應(yīng)用井水位潮汐分析軟件的預(yù)備知識(shí)。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(yīng)，包括不排水多孔介質(zhì)和裂隙介質(zhì)水頭的潮汐響應(yīng)模型，以及氣壓效率、貯水率和孔隙度等重要參數(shù)的估計(jì)方法。第4章研究潮汐作用下井一含水層系統(tǒng)的水動(dòng)力響應(yīng)，包括潮汐垂向流作用下，含水層壓力水頭對(duì)引潮高的響應(yīng)；潮汐徑向流作用下，井水位對(duì)壓力水頭的響應(yīng)，以及徑向、垂向流綜合作用下，井水位對(duì)引潮高的響應(yīng)。分析討論地下水潮汐流類型及其識(shí)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(dòng)力特征。第5章是研究如何利用井水位對(duì)固體潮和海潮的潮汐響應(yīng)模型，估計(jì)含水層導(dǎo)水系數(shù)（導(dǎo)水率）方法。利用含水層孔壓（井水位）對(duì)已知高頻荷載的振幅和相位差響應(yīng)關(guān)系，估計(jì)含水層孔彈性參數(shù)和地下水動(dòng)力學(xué)參數(shù)，具有非擾動(dòng)性、連續(xù)性等優(yōu)點(diǎn)，是其他方法無(wú)法比擬的。第6章分析研究地震應(yīng)力（靜應(yīng)力和地震波）作用對(duì)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(duì)含水層滲透性的影響。其中，含水層滲透性的變化主要通過(guò)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(xué)響應(yīng)，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(yù)測(cè)的力學(xué)機(jī)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(jì)地震前后含水層應(yīng)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(yīng)用巖石破壞的摩爾一庫(kù)侖準(zhǔn)則，分析討論注水和水庫(kù)蓄水等影響下，誘發(fā)地震的特征和發(fā)震機(jī)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(shí)別含水層形變和應(yīng)力變化，它是應(yīng)力作用下含水層形變和井水位（孔壓）變化的逆分析過(guò)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(jì)算含水層導(dǎo)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(guó)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(xué)講師、副教授、教授，資源與環(huán)境學(xué)院院長(zhǎng)，現(xiàn)任防災(zāi)科技學(xué)院教授、副院長(zhǎng)，主要從事地下水動(dòng)力學(xué)、地震地下流體的教學(xué)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(xué)出版社，1995）和大學(xué)教材2部，主編全國(guó)高中實(shí)驗(yàn)教材《環(huán)境保護(hù)》（湖南教育出版社，2004），在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物發(fā)表論文80多篇。曾獲得省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)和省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。