芦山地震仁家村斜坡地震动监测

芦山地震次生地质灾害一个显著特点是地形放大效应。震后第二天,课题组在极震区仁家村斜坡局部孤突地带谷底基岩及斜坡中部坡折部位各放置一台地震监测仪,捕捉到一系列余震数据。数据显示,坡折(2#监测点)相对谷底监测点(1#监测点,二级阶地高程)的最大峰值加速度一般放大最大可达3.4,最小为1,说明坡折部位的地震动能量大于谷底部位。阿里亚斯强度计算显示,坡折部位阿里亚斯强度最大值为0.004 855 m/s,谷底部位阿里亚斯强度值最大为0.003 145 m/s,前者约为后者的1.5倍,阿里亚斯强度放大系数最大可达6.9。傅里叶频谱分析可知,1#监测点主频范围为4.81~22.81 Hz,2#监测点主频范围为3.31~20.94 Hz,说明局部孤突地形并不影响坡体接收到地震波的丰富程度。通过与桅杆梁监测成果对比,说明了软弱覆盖层地震波的低频部分有放大作用,而对高频部分存在滤波作用;三面临空山体表现更显著的放大效应。研究认为,地震条件下局部孤突地形对地震动加速度有明显的放大效应,因而在这些地区较易达到岩土体的强度极限,从而增加震裂、崩塌、滑坡等次生地质灾害发生的数量和规模,在进行山区工程选址和城镇规划时应充分考虑局部地形的放大作用和影响。     

宜宾长宁M_S6.0级地震斜坡动力响应特征

地震作用下,山体发生同震地质灾害,在山体特定部位相对集中,破坏程度较大。目前学术界多采取物理模型实验和数值模拟研究这一现象,较少地采取天然地震下记录到的山体地震动响应数据进行分析。长宁M_S6.0级主震以及M_S5.4级余震触发了布置在石棉南垭河两岸的3台强震监测仪,通过分析记录到的地震数据,结果表明:(1)震级的绝对大小决定了同一监测点峰值加速度和阿里亚斯强度(Arias Intensity)的大小,即呈正相关;(2)覆盖层场地在水平向对地震波能量表现为较为明显的低频放大效应和高频衰减效应,而在垂直向则不明显;(3)覆盖层场地水平方向特征周期远大于基岩场地;(4)山脊部位对地震具有明显的放大效应,表现为山脊处的水平向峰值加速度与阿里亚斯强度的放大;(5)覆盖层场地在三分量上均对峰值加速度和阿里亚斯强度均有放大,尤其是对阿里亚斯强度的放大最为显著。但是放大效应在水平向上要远强于垂直向;(6)地震动响应规律具有极强的方向性,水平向放大效应远强于垂直向。本研究为川西北高烈度山区地震危险性评价提供依据和参考。     

宜宾长宁M_S6.0级地震诱发地质灾害应急调查

2019年6月17日四川省宜宾市长宁县发生M_S6.0级地震。对震中双河镇开展野外应急调查,查明了此次地震诱发地质灾害的发育特征,并开展了环境噪声测试。调查发现,此次地震诱发地质灾害主要有崩塌、滑坡、路基破坏(沉陷或隆起)、屋基沉降、地表裂缝或塌陷、粉土液化等类型,且地质灾害主要沿北西向、北东向两条断裂地表破裂带沿线分布;地震诱发斜坡场地动力效应产生的崩塌、滑坡规模较小且发育密度较低,断层活动导致地表同震破裂产生地表裂缝、塌陷及喷水冒泥砂等震害;典型灾害点的水平与竖向谱比(HVSR)放大系数高于一般测试场地,且以高频放大为主(10 Hz),与斜坡靠近活动断层带附近的高频振动产生共振效应导致破坏密切相关;研究区测点的南北分量(NS)放大值普遍高于东西分量(EW),具有明显的方向效应,与调查区开挖公路边坡所形成的临空方向密切相关。调查结果可为震区的灾害评估、震后救援、灾区重建和灾害治理提供科学指导。     

汶川地震诱发山地斜坡震动的地形放大效应

汶川地震诱发大量山地斜坡次生灾害具有明显的地形分布特征,对其地形放大效应研究具有重要的理论及实际意义.斜坡震害调查表明,宏观地貌单元对次生地质灾害的发育类型具有控制作用,中高山区以大中型滑坡、崩塌为主,低山及丘陵区以山体震裂、小型崩塌为主;峡谷形态对次生地质灾害的发育密度具有明显影响,其中“V”型峡谷发育密度高于“U”型峡谷;单薄山脊、条形山体、坡型转折部位、凸出地形等微地貌地形放大效应明显.监测显示,不同方向水平分量地震波峰值(PHA)相差可达10余倍,研究表明:地形尺寸与地震波波长的耦合作用使得地震动水平分量放大显著.     

皂角沱崩塌形成机制数值模拟

以位于"5·12"汶川大地震震中区的皂角沱崩塌为研究对象,通过对崩塌所处的自然地理、工程地质环境进行野外调查,分析崩塌的发育特征;采用不连续变形分析软件DDA,对坡体失稳崩塌的全过程进行模拟研究。结果表明,斜坡地形放大效应在震中区是客观存在的,具倾向坡外的陡倾控制性结构面的高陡突出地形对地震波具有明显的放大作用。该坡体崩塌失稳模式为:峰值加速度放大→增加的振幅迫使岩体沿陡倾坡外的控制性结构面迅速拉裂→沿滑动面发生崩滑→高速脱离滑源区→巨大的势能和动能驱动块体做长距离运动。通过数值模拟可知,随着斜坡坡高的增大,地震加速度和速度无论是在水平向,还是在竖直向均存在放大效应,但是水平向的放大效应较竖直向更明显;结构面监测点的加速度和速度放大系数相比稳定的坡体要大得多,地震袭来,当遇到陡倾坡外的不连续结构面时,斜坡动力响应强烈,最终危岩体沿控制性结构面发生崩滑破坏。     

基于DDA的斜坡地震动响应分析

深切谷坡浅表部卸荷裂隙发育,风化强烈,致使浅表层成为非连续介质及介质性质差异,地震动响应由此变得复杂。基于此,对适用于分析岩质边坡运动过程的不连续分析方法(DDA)进行改进,实现了地震波从模型底部输入,将其应用到四川青川东山斜坡中,通过与地震波的实地监测数据对比,揭示了高程、地形、山脊宽度以及"丁"字形山体等因素对地震波峰值加速度(PGA)放大的影响:相对谷底,当坡度一致时随高程增加地震波会出现放大,在坡折部位,由于地震波的反射及折射作用,PGA会得到放大,放大倍数达3.16倍;垂直单薄山脊方向上水平PGA放大明显,达4.64倍;"丁"字形山脊结合处,PGA放大倍数减小,约2倍。用改进后的DDA还模拟了四川汶川映秀"飞来石"临空抛射过程,认为"飞来石"形成的主要原因是斜坡中部古河道堆积物与单薄山脊的介质性质差异引起的放大效应。     

不同地下水位碎石土斜坡对震动的差异性动力响应

基于室内小型振动台试验研究不同地下水位碎石土斜坡动力响应规律及变形破坏特征,对边坡的工程抗震设计有参考作用。结果表明,地下水具有一定的减震作用。有地下水边坡中下部的水平及竖直加速度峰值表现出局部高程减弱的趋势,边坡上部的水平及竖直向加速度峰值表现出高程放大的趋势。输入相同振动强度条件下,随着地下水位的增加,动力响应减弱区域增大,减震能力增强;地下水位越高,边坡顶部加速度放大系数越小。无地下水斜坡变形破坏主要发生在坡顶;有地下水斜坡变形破坏主要发生在坡脚。地下水位及振动强度的增加,加剧坡脚破坏的程度。     

西藏俄拉村滑坡地震动态响应失稳过程

为了研究岩浆岩质边坡在地震作用下的动力响应特征和失稳过程,以西藏俄拉村滑坡为原型建立离散元数值模型,通过输入实测地震动数据,研究该斜坡在地震作用下的动力响应特征和失稳破坏过程。模拟结果表明:(1)俄拉村滑坡失稳过程为:震动拉裂-剪切阶段→"锁固段"剪断贯通阶段→堆积掩埋夯实阶段;(2)水平向地震加速度PGA具有高程放大效应,且在相同高程坡面PGA放大系数较坡体内部大,坡形转折处和坡体凸出部位的放大效应也表现为坡面较坡内显著;(3)水平向地震加速度PGA值自坡体内部向外表现为时而增大、时而减小的节律性规律。研究结果可为岩浆岩质边坡在地震作用下的失稳模式提供依据。     

“4·20”芦山7.0级地震次生山地灾害活动特征与趋势

2013-04-20芦山县发生7.0级地震,震源深度13 km.截至4月29日地震共造成196人遇难,21人失踪,13484人受伤,200余万人受灾.地震发生后,我们立即开展了地震次生山地灾害的遥感解译、实地调查及危险性评估工作.作者定义了地震次生山地灾害,分析了次生山地灾害的活动特征、形成机制与模式以及发展趋势,并与汶川地震次生山地灾害进行了对比.初步查明芦山地震诱发了1460余处崩塌和滑坡,大量落石和4处堰塞湖.次生山地灾害具有规模小、群发性和高位破坏的特征.崩塌和落石成群发育于坚硬岩石形成的陡坡上,主要发育区段有:芦山县的宝盛乡金鸡峡、双石镇大岩峡以及省道S210线K317路段和灵关镇以北小关子段,对沿河公路及救援生命通道影响严重.滑坡数量较少,以中小规模为主,主要发生于砂岩、页岩和松散堆积层中,仅发现一处大型滑坡并转化为碎屑流.堰塞湖主要由崩塌、滑坡形成,均为低危险性小型堰塞湖.芦山地震次生灾害的主控因素为构造、岩性、结构面和地形,崩塌破坏主要表现为顺层滑动破坏型、切层倾倒破坏型和结构面控制破坏型3种模式.芦山地震诱发崩塌、滑坡的数量、分布范围和规模比汶川地震小得多,其数量仅为汶川地震的5.53％,造成的地表破坏面积(3.06 km2)仅为0.57％.芦山地震区两次地震扰动的叠加效应,大大降低坡体的稳定性,震后崩塌、滑坡和泥石流的活动性增加,增幅有限,活跃期也相对较短,但震区山地灾害的隐伏性和隐蔽性强,给隐患排查带来困难.     

地震作用下边坡及不利地质体的动力特征

深切谷坡浅表部卸荷裂隙发育,风化强烈,致使浅表层介质性质出现差异,成为非连续介质,地震动力响应由此变得复杂。根据青川地震监测数据分析线型坡及山坳处的地震动力响应特征,并结合适用于分析岩质边坡运动过程的不连续变形分析方法(DDA),对不同岩质边坡及岩体中出现节理和软弱夹层等不利地质体时的动力特征进行分析,揭示在一定高程下线型坡上地震波加速度随高程增加而增大,且垂直山脊方向的地震波峰值加速度放大系数大于沿山脊方向,最大可达3.12倍;山坳处的地震波加速度较谷底会出现一定程度的衰减。同一规模边坡,岩质越硬加速度放大系数越大;当边坡中存在节理及软弱夹层时,地震波传播会受到反射和透射的影响,从而影响边坡的动力响应特征。分析表明,岩体弹模较大时,节理对地震波传播的透射作用较强,且节理间距与输入波长的比值小于临界值时,其比值越大,节理对地震波的透射作用越强;岩体分界面下部岩性较上部岩性硬时,随着两种岩性弹模差别增大,透射波峰值加速度降低越明显,而反之分界面以下岩性较上部软时,随着两种岩性弹模差值越大,透射波加速度放大越显著;软弱夹层厚度以及其与周围岩体波阻抗比较大时,地震波经过软弱夹层时的透射系数较小。