地震作用下黄土斜坡的稳定性分析预测

基于对中国西部黄土地区大量地震滑坡实例的考察分析,对影响黄土斜坡稳定性的各类因素尤其是地震因素进行了分析,讨论了黄土斜坡滑裂面的产生机制及几何特征．在此基础上提出了一种基于随机搜索法和遗传算法确定黄土斜坡最危险滑裂面,进而对区域黄土地震滑坡进行预测的方法．以回回川滑坡为例进行了验证．结果表明,该方法具有较好的效果和实用性．     

黄土边坡“三维最危险滑裂面”的高效搜索和稳定性评价

本文介绍了作者所开发的一套实用型黄土坡体“三维最危险滑裂面”搜索和稳定性评价软件系统的核心思想,即采用Monte Carlo随机搜索法与遗传算法相结合的优化方法,高效生成一系列接近（或包含）“最危险滑裂面”的三维滑裂面,并以Hungr法所确定的稳定性系数最小为筛选依据,搜索确定任意形态黄土坡体的“三维最危险滑裂面”,进而基于已知的“三维最危险滑裂面”,进一步考虑各种可能的参数变化,进行严密的稳定性分析和评价。     

粘滑和稳滑实验条件下石英岩的某些显微形貌特征及其地震地质意义

本文利用石英岩在围压1—5千巴,轴向应变率4.4×10~(-5)/秒的条件下,产生粘滑和稳滑运动,应用扫描电镜(SEM)观察研究试样中破裂剪切滑动面的形貌特征。指出,粘滑运动具有快速剪切破裂滑动和撞击的形貌特征,稳滑运动则表现出缓慢揉裂和搓剪的形貌特征。这些特征与活断层产物中的某些形貌特征可对比。这对判别断层粘滑或稳滑活动形式,具有一定的实践意义     

初始滑面正应力假定对一般三维边坡稳定性影响

基于滑面正应力修正的边坡安全系数显示解法,研究滑面初始正应力分布对边坡稳定性的影响。假设滑面的初始正应力分布,用含有待定参数的修正函数对其进行修正,使滑体满足所有方向的力和力矩平衡条件,推导出满足所有平衡条件的安全系数方程,得到边坡安全系数值,对边坡稳定性进行评判分析。结果表明,对于三维对称边坡,不同初始滑面正应力分布对边坡稳定性影响较小,安全系数最大差别控制在5%以内;对于一般三维形状边坡,不同初始正应力分布对边坡稳定性影响较大,三维安全系数的差别在6.2%,与其他方法的差别最大达到28.7%,需要进一步验证滑面正应力分布的合理性才能应用于工程实践。     

利用高密度电阻率法确定滑坡面的正演研究

高密度电法探测是滑坡面探测的有效手段,适宜 的现场工作方案和相应的资料解译模型,是获取 可靠探测成果的前提。本文针对高密度电法勘探 中常用的四类电极排列方式,即维纳、施伦贝谢、 偶极、二极,利用有限元的方法二维正演模拟建 立了均质土坡滑面、软弱夹层滑面、堆积层滑面、 构造破碎带滑面的标准地电模型剖面;明确了进 行不同类型滑坡工程地质调查时不同电测装置的 探测能力和视电阻率异常模式;提出复杂地质条 件下斜坡问题探测数据有效处理的设计比值参数 方法。最后给出若干利用高密度电阻率法进行滑 坡工程地质调查的典型实例。     

加筋土边坡临界滑动场

在分析加筋土边坡稳定性时,将加筋材料的作用视为施加于滑面上的等效力,建立了满足力平衡的加筋土边坡安全系数的计算格式;将边坡临界滑动场数值模拟方法进行推广,提出了基于力平衡的加筋土边坡临界滑动场计算方法,可以得到形状任意的临界滑动面及边坡最小安全系数。通过算例,比较加筋前后临界滑动面和安全系数的变化,并探讨了加筋水平间距、强度、长度对加筋土边坡稳定性的影响。     

基于有限元极限平衡法的锚固边坡稳定性分析

在平面应变条件下,采用极限平衡和有限元法对锚固边坡稳定性评价过程的关键问题进行研究。将条分法对锚固边坡安全系数的定义推广到有限元法中,通过弹塑性有限元分析计算结构整体应力场,再结合虎克-捷夫法完成最危险滑动面的优化搜索。以天然边坡、渗流作用下锚固边坡及开挖锚固边坡为例,对比分析了条分法、有限元极限平衡法及有限元强度折减法三者在安全系数大小、滑动面形状、位置及对锚固作用处理上的差异。结合工程实例分析发现:同条分法相比,有限元方法所得到的安全系数更大,滑动面也更深,其中,有限元极限平衡法具有良好的计算精度,而条分法在一定程度上削弱了锚固效应,有限元强度折减法在一定程度上会放大了锚固结构的稳定效果。     

基于GeoStudio的滑坡稳定性计算方法对比分析

为了解决滑坡治理过程中的稳定性分析问题,将GeoStudio软件应用于滑坡稳定性分析计算中。以陕西巨亭滑坡为例,采用极限平衡法、滑面应力分析的有限元法分别进行了稳定性计算。对比分析2种计算方法得到的安全系数和潜在滑动面得出：安全系数较勾接近,但有限元法得出的潜在滑动面更准确。GeoStudio软件可以方便的计算出边坡安全系数,直观的表达出潜在滑动面,为滑坡的治理分析提供可靠依据。     

层状岩质边坡稳定性影响因素及精度问题研究

层状岩质边坡的稳定性受坡高、坡角和结构面强度等多因素的影响,不同因素其影响程度不同。基于正交试验原理,对层状岩质边坡稳定性主要影响因素进行敏感性分析,得出影响因素排序为:边坡高度H坡角β结构面黏聚力C结构面内摩擦角φ岩体容重γ岩层倾角α滑块厚度h岩体黏聚力C′。对边坡有限元的精度问题进行探讨时,以典型单折线滑面的岩质边坡数值计算为例,分析计算模型的单元网格尺寸和边界条件对边坡稳定安全系数的影响规律,根据计算结果提出了数值模拟建议,用以提高已知滑动面岩质边坡数值计算的精度。结果表明:一般滑动面应用20~30个内界面单元或网格尺寸大致选用2~3m即可满足精度要求,在潜在滑动面以下至少有三~四层单元的过渡,使其过渡到固定支座边界。初步预测,为了防止波在界面反射,在边坡动力稳定分析中,因单元加密,单元尺寸应控制在λ/10~12(λ为波长),加大模型范围。     

土钉支护抗震性能的振动台试验研究

为研究土钉支护结构体系的抗震性能,设计并完成了土钉支护边坡1：12比尺的振动台试验,研究了土钉支护边坡的动力反应特征和规律。结果表明：土钉支护边坡坡面的最大变形主要发生在边坡坡腹处,坡顶与坡趾的变形相对较小;增大土钉倾角会增大边坡的侧向位移,增加土钉长度以及减小土钉间距则会减小边坡侧向位移;土钉支护最大作用带基本位于土钉支护区的中前部,呈折线形,与计算假设的圆弧形不同,而且该作用带与滑裂面的位置并不相同;边坡土体中部和下部的加速度放大系数较小而且比较接近,边坡上部土体的加速度放大系数则较大。     

基于构造应力场资料的加卸载响应比方法研究

引入中国大陆构造应力场资料,结合区域构造及断层运动特征,根据岩石力学原理确定优质破裂面,对走滑断层、正断层和逆断层３种主要断层运动形式,推导了有效剪应力表达式;提出了新的加卸载判定,并对部分震例进行了再研究。     

2008年MS7.1于田地震InSAR同震形变场及其震源滑动反演

本研究利用InSAR技术与ALOS PALSAR雷达数据,获取了2008年3月20日于田MS7.1地震视线向同震形变场,并基于该数据集和限制性最小二乘算法反演了此次地震的断层滑动分布;通过构造四大类反演方案,详细分析了InSAR观测系统中的入射角与方位角对反演结果的影响.结果表明:入射角随点位变化对反演结果有较大影响,...     

Effect of slip rate on stress drop

Recent observations made by Kanamori and Allen about earthquake recurrence time and average stress drop revealed a very interesting relation: earthquakes with longer recurrence times have higher average stress drops. They attributed the difference in stress drop to the difference in long-term average slip rate. To interpret their result in terms of the healing effect, we simulated earthquake recurrence with a one-dimensional mass-spring model, incorporating a recently developed rate-and-state dependent friction law for different loading rates and heterogeneous strength distributions. We first calculated the stress drop and recurrence time as functions of loading rate for a homogenous fault model. We found that the stress drop increases up to 30% when the loading rate decreases from 10 cm/yr to 0.01 mm/yr. Thus, the observed great variability of stress drop, from a few bars to a few hundred bars, which is obtained by replotting the data of Kanamori and Allen in the form of stress drop versus long-term slip rate, may not be attributable to the healing effect alone. Our numerical simulation shows that the variability may be due primarily to the spatial heterogeneity of strength on the fault. Our simulation also suggests that of the two empirical laws that were inferred from the same laboratory friction data, called the power law and the logarithmic law by Shimamoto and Logan, the former can explain the observed relation between stress drop and slip rate better than can the latter, at least for strike-slip fault. The logarithmic law is an earlier and simpler version of the rate-state-dependent friction law.     

运用SDM方法研究2001年昆仑山口西MS8.1地震破裂分布:GPS和InSAR联合反演的结果

2001 年11月14日昆仑山口西M_S8.1地震是有现代仪器记录以来发生在青藏高原区域最大地震之一,对研究青藏高原的运动学模式具有重要意义.从地震发生至今,不同研究者运用不同资料和方法获取的地震破裂分布还存在一定差异.基于此,本文采用GPS和InSAR资料数据,参考最新研究成果,构建更为合理的断层几何模型,运用SDM方法反演本次地震的破裂分布.在反演中充分考虑不同数据权重的影响及InSAR数据中存在的整体偏移.结果显示本次地震断层性质以左旋走滑为主,最大破裂位错为~6.9 m,分布在35.76°N、93.40°E附近,地震较大破裂区域主要分布在地下20 km以内.同时,反演的位错分布在断层浅部与地质考察得到的地表破裂分布较为吻合.在与前人相关研究的对比中,显示本文结果的可靠性是较高的,例如,近地表破裂包络线与地表考察结果相近,地下破裂分布特征与前人提出的3次子地震事件相一致等,再一次佐证了此次地震由多次子地震事件组成的研究结论.     

Dynamic faulting under rate-dependent friction

We discuss the effects of rate-dependent friction on the propagation of seismic rupture on active faults. Several physicists using Burridge and Knopoff's box and spring model of faulting have proposed that fault complexity may arise from the spontaneous development of a self-similar stress distribution on the fault plane. If this model proves to be correct, it has important consequences for the origin of the complexity of seismic sources. In order to test these ideas on a more realistic earthquake model, we developed a new boundary integral equation method for studying rupture propagation along an antiplane fault in the presence of nonlinear rate-dependent friction. We study rupture dynamics of models with single and twin asperities. In our models, asperities are places on the fault with a higher value of prestress. Othewise all fault parameters are homogeneous. We show that for models with such asperities, a slip velocity weakening friction leads to the propagation of supersonic healing phases and to the spontaneous arrest of fracture if the prestress outside the asperities is low enough. For models with asperities, we can also observe narrow slip velocity pulses, qualitatively similar to the so-called Heaton pulses observed in some earthquake accelerograms. We also observe a complex distribution of stress after the rupture that depends on details of the initial distribution of asperities and on the details of the friction law.     

土坡抗震稳定性分析的有限元-滑动面法

提出了一种土坡抗震稳定性分析的新方法，即将有限元法和传统的滑动面法相结合。首先根据有限元法通过求解动力方程，计算出某一时刻土坡内的有效应力，然后根据有效应力计算该时刻的最危险滑动面及对应的安全系数。该方法不仅能够考虑土的应力应变性质，而且能够在任意时刻确定最危险滑动面的位置及安全系数。给出了该方法的详细算法。     

平面P-SV波入射时非均匀饱和土 自由场地的响应

基于Biot多孔介质波动模型,研究了非均匀饱和土层对平面P-SV波入射时的动力响应.考虑饱和土地基的物理力学特性沿厚度方向连续变化,利用亥姆霍兹矢量分解原理和动力刚度法,分析了平面入射P-SV波在非均匀饱和土层中的反射和透射,并给出了基岩表面和自由表面处反射系数和透射系数的计算表达式.基于理论推导结果,数值分析了平面SV波入射下非均匀饱和土自由场地的动力响应,其中假设饱和土地基的物理力学性质沿土层深度按幂律梯度变化.数值结果表明,平面SV波入射所引起的地面位移与基岩位移之比均随土层厚度和土体的非均匀程度、波的入射角和入射频率的增加而减小,且其竖向位移比的减小更为显著,厚土层对地震波的耗散作用尤为明显.      

Study on the sources of some deep focus earthquakes in Northwest Pacific region

The sources for thirteen deep focus earthquakes ofm _b≥5.5 andh>400 km in Northwest Pacific region were studied using waveform fitting and shear fracture source model. The source parameters were obtained as follows: focal depth, faulting plane, slip direction, rupture velocity, rupture length, rupture direction and scalar moment tensor. It was found that all these earthquake sources can be interpreted as shear faulting and have simple source time functions. The strike direction of faulting plane for most deep focus earthquakes coincides with that of the subduction zone, especially in the deep part of the subduction zone, it results in the tendency of reducing the dip angle of the subduction zone. The multiple point source model was also used to study the source process. The waveform fitting is better than the shear fracture model, but the general rupture direction which coincides with that from unilateral shear source model can not be obtained from the multiple point source model. This study is supported by the National Science Foundation of China and the Chinese Joint Seismological Science Foundation.     

潮汐应力与大震关系研究

选用1976—2009年全球震源深度小于70 km, M_W≥7.0的地震为研究对象, 利用震源机制解资料, 对每个地震的发震断层面进行了判断, 得到233个地震的发震断层面解。 据此, 本文讨论了发震时断层面上的地球固体潮汐剪应力方向与滑动方向的关系以及潮汐正应力在发震时所处的相位, 发震时断层面的库仑应力值。 结果表明, 当潮汐剪应力方向与滑动方向一致时触发作用最为明显, 逆断层地震与潮汐的关系最为密切; 而当潮汐剪应力方向与滑动方向相反时, 地震较少发生。     

2008年于田MW7.2地震滑动分布反演及三维同震形变场解算

基于ENVISAT ASAR升降轨数据, 利用InSAR获取2008年于田M_W7.2地震同震形变场; 采用SDM反演本次地震断层滑动分布; 使用PSCMP正演获取于田M_W7.2地震南北向模拟形变量, 并结合升降轨同震形变场, 解算三维同震形变场。 同震形变场分析表明, 2008年于田M_W7.2地震以正断为主, 且带有走滑运动特征, 破裂带走向为NNE向。 同震滑动分布反演结果显示, 断层沿走向被分为4段F1、 F2、 F3、 F4, 其滑动分布集中在0~14 km区间, 以F2、 F3段为主, 最大滑动量约5.31 m, 位于F2段深部2.76 km处; 沿破裂带走向, 左旋走滑位移与垂直位移比值有增大的趋势; 反演获得的地震矩M₀=5.58×10¹⁹N·m, 相当于矩震级M_W7.1。 三维同震形变场解算结果显示, 断层上盘整体表现为沉降, 断层下盘整体表现为隆升, 且沉降量明显大于隆升量, 表明地震以正断破裂为主; 除靠近断裂带中上部表现为向东南运动外, 上盘整体上表现为向西南运动; 断层下盘则整体表现为向东北运动, 证明破裂兼有左旋走滑运动。 滑动分布反演、 正演与三维同震形变场解算结果皆表明, 于田M_W7.2地震破裂以正断为主, 且带有一定的左旋走滑。