孤立山体地震动力响应的振动台试验研究

设计并完成1∶10的孤立山体大型振动台模型试验。试验模型尺寸为4.4m×4.4m×1.8m(长×宽×高),该模型表面共包含30°、45°、50°及60°四个不同坡度的坡面。通过输入不同类型、幅值、频率的地震波,探讨地震作用下孤立山体模型的地震动力响应规律以及地震动参数对其的影响。采用三维局部坐标系,即山体的临空面方向L、坡面走向方向M及竖直方向N来对试验结果进行分析。试验结果表明:随着坡面角度的增大,临空面方向、竖直方向峰值加速度的高程放大效应逐渐增强,当坡面角度为45°,加速度放大效应突然增大,当坡面角度为50°,加速度放大效应渐趋平缓,而边坡走向方向的峰值加速度高程放大效应基本上不随坡面角度的增大而变化,其台阶也相对较为平缓;随着输入PGA的增大,临空面方向、坡面走向方向及竖直方向峰值加速度的高程放大效应逐渐减小,表现出"量级饱和"特性。试验结果有助于揭示边坡在地震作用下的失稳机制,为边坡工程的抗震设计提供有益的参考。     

坡面角度对岩质边坡加速度高程放大效应的影响

基于现场调查、振动台试验及理论计算等结果,由宏观现象定性的分析到理论求解的定量计算,全面、系统地研究坡面角度对岩质高陡边坡的加速度高程放大效应的影响。现场调查结果表明,边坡的失稳破坏主要发生在45°及以上的斜坡,从宏观现象上间接说明了随着坡面角度的增大,边坡的加速度放大效应会逐渐增强;振动台试验和理论计算结果从半定量和定量的角度揭示随着坡面角度的增大,临空面方向、竖直方向峰值加速度的高程放大效应逐渐增强,而在增强的过程中同时存在突然增大的拐点45°和渐趋平缓的拐点50°,即在45°以下加速度放大效应的增长较为缓慢,在45°~50°之间突然增大,在50°以上增长又逐渐变缓,这充分解释了“滑坡灾害主要发生在45°以上的斜坡”这一汶川地震震害现象。边坡走向方向的峰值加速度高程放大效应基本上不随坡面角度的增大而变化,其台阶也相对较为平缓。     

组合支护结构作用下反倾层状岩质边坡加速度响应振动台试验研究

设计并完成一个1∶30的大比例尺高陡反倾层状岩质边坡的振动台模型试验,坡体内部有6个软弱泥化夹层,研究在组合支护体系作用下EL Centro地震波和汶川-清屏地震波激振下泥化夹层含水量发生变化时边坡的加速度动力响应规律。试验结果表明:(1)坡面X、Z向加速度放大系数均具有非线性高程放大效应,但前者大于后者;(2)泥化夹层含水量的变化对坡面加速度放大效应影响显著,注水后X向减小而Z向增大;(3)支护体系作用下边坡临空面放大效应的现象受限制,预应力锚索抗滑桩以下边坡基本不存在加速度放大效应;边坡分级支护可有效降低X向加速度放大系数的高程增大效应,但对Z向会产生不利作用;(4)边坡的破坏模式为上部受软弱夹层滑动牵引而发生倾倒-拉裂变形,导致顶部框架梁有可能最先发生破坏,且破坏类型可能以绕坡顶为支点向坡体内侧转动,引起上部的锚索产生拔出破坏。     

地震作用下均质土坡动力特性的振动台试验研究

设计并完成比例尺1∶100的边坡振动台模型试验,讨论模型的相似关系、传感器的布置及模型的建造,并编制相应的动荷载加载方案。通过输入不同类型、不同幅值、频率的动荷载,分析模型边坡在地震作用下的动力响应规律以及地震动参数对边坡动力特性和动力响应的影响。试验结果表明,在坡体的表面和坡内的竖直方向上,加速度放大系数均随着高程增加而明显增大。当输入不同压缩比的地震波时,压缩比越大坡体的动力响应越明显,即随着输入动荷载的频率增加,越接近土体的自振频率加速度放大效应越明显;在坡体的同一高程处,坡面的加速度放大系数略大于坡体内的加速度放大系数,表现出一定的趋表效应,同时随着输入地震波振幅的增加,加速度放大系数整体出现递减的趋势。实验结果分析有助于揭示土质边坡在地震作用下的失稳破坏机制,为今后边坡工程的抗震设计提供积极的参考。     

地震作用下边坡动力响应及影响因素研究

利用ANSYS有限元软件建立了边坡数值模型,并结合汶川地震实例分析了边坡的共振特性、动力响应变化以及地震动三要素对边坡动力响应的影响,对汉源县高烈度异常现象从共振的原因做出了解释。通过分析发现:边坡的共振主要由前5阶固有频率被激发引起,坡体阻尼和地震波频率对共振作用有显著影响。边坡体对输入地震波低频部分存在放大作用,对高频能量具有滤波作用。坡体加速度和位移响应随高程增加而增大,沿水平方向从左至右,位移减小,加速度先增后减。坡体峰值加速度放大系数随频率的增加而减小,随持时变化不明显;坡体位移随振幅和持时增加而增大,随频率增大而减小;弹性范围内,加速度和位移动力响应绝对量随振幅增大呈明显的线性增长关系,而位移、加速度放大系数保持不变;坡面陡坎处动力响应突变效应明显。     

不同厚度层状边坡动力响应的模型试验研究

采用振动台物理模拟试验方法,以4种不同覆土厚度的层状边坡模型为研究对象,水平输入振幅逐渐增大的正弦波加速度,分析了结构面上覆不同厚度土层对动力作用下边坡的稳定影响.研究了在动力作用下边坡的破坏位置和性质、破坏形式及最危险覆土厚度,验证了坡面放大效应与高程的关系,采用MIDAS/GTS软件对模型试验进行振型分析,分析了模型边坡的自振频率与覆土厚度的变化关系.试验结果表明：①模型破坏时最先出现的裂缝在边坡的中上部,且6 cm覆土厚度的模型对振动的响应最大,对应到实际工程中时12m厚度土层覆盖的边坡是最应该注意防护的.②不同厚度的土层破坏的形式不同：当土层厚度较薄时模型破坏较迅速,基本沿结构面发生整体滑动破坏,且滑动呈现一定的流体特性;当覆土较厚时裂缝先在模型中上部出现,随着振动的持续裂缝继续发展,最后发生整体性崩塌.③随着高程的增加峰值加速度总体呈放大趋势,但最大值出现在边坡中上部而非坡顶,说明不仅均质边坡有加速度的高程放大效应,层状边坡也具有加速度的高程放大效应.     

黄土隧道边仰坡动力响应的大型振动台模型试验研究

设计并完成了1∶80比例尺的高陡黄土边坡大型振动台模型试验。通过输入不同类型、幅值、频率的地震波,探讨地震作用下模型洞口仰坡动力响应规律,以及地震动参数对动力响应的影响。试验结果表明,不同地震波加载的过程中,坡面的PGA随着测点高程的增大而增大,在隧道仰拱和拱顶所处的位置,PGA有突然减小的过程。其中仰拱周围边坡坡面的PGA减小更大,说明隧道的存在对坡面加速度的放大作用具有一定的抑制作用,其中仰拱位置比拱顶位置抑制作用更强。台面峰值加速度越大,仰拱对加速度的抑制作用更加明显,坡顶面的PGA最大,因此坡面越高,加速度的放大效应越明显,并没有出现加速度放大系数饱和的这种状态。试验结果有助于揭示黄土隧道仰坡在地震作用下的失稳机制,为工程的抗震设计提供有益的参考。     

强震作用下黄土隧道洞口段地震动放大效应研究

针对黄土地区山岭隧道面临的强震灾害现实特点,以强震作用下洞口周边土体与隧道结构的地震动放大效应为主要研究目标,通过建立三维数值模型,重点研究不同坡度、坡高与入洞高程模型的坡面高程方向、水平方向以及衬砌结构的加速度与位移响应规律,提出坡面加固区范围和隧道抗震设防长度建议值。研究结果表明:仰坡高度、坡角及进洞高程的变化,均会对隧道洞口段地震响应规律和破坏模式产生重要影响,缓坡易发生坡底处的剪切破坏,而陡坡易发生坡顶的拉裂破坏;随着边坡高度的增大,边坡的滑动破坏范围逐渐增大;隧道的存在对坡面地震动高程放大效应有明显"抑制"作用,在洞口水平向存在动力响应放大区,范围为2.1～2.8倍洞径;通过分析隧道衬砌沿进深方向的动力响应规律,建议黄土隧道洞口段抗震设防长度最小值为3倍洞径。     

仰坡坡度对隧道洞口段动力响应的影响分析

采用动力有限元数值模拟的方法,设置四种不同仰坡坡度的模型,沿隧道轴向方向输入地震波,探究隧道洞口段及仰坡在不同仰坡坡度影响下的动力响应,并通过对无隧道通过的纯边坡模型与相同条件下有隧道通过的边坡模型的动力响应进行对比分析,研究隧道的存在对坡面动力响应的影响。研究结果表明:(1)由于临空面的存在,隧道洞口段的位移与加速度具有明显的放大效应。不同坡度模型的位移峰值皆位于y=0m断面的拱顶处,在距洞口y=40m后的各控制点位移差值迅速减小。(2)随着仰坡坡度的增加,同一断面处隧道的位移值随之增加,洞口段的截面变形也随之增大。(3)当坡度α≥60°时,坡面位移随着坡面高程的增加而增大;当坡度α60°时,坡面位移随着坡面高程的增加先增大后减小,在0.4~0.6倍坡高处达到最大,即随着坡度的增加,坡面的位移峰值也就越靠近坡顶。(4)隧道的存在对于坡面的稳定性有重要影响,这种影响在洞口附近尤为明显。     

斜入射地震作用下坡面形态对碎石土边坡稳定性影响研究

本文研究了在震源近场时,地震波斜入射条件下,不同坡面形态对碎石土边坡稳定性的影响。利用FLAC3D有限差分软件,建立了多种坡面形态的边坡模型。采用对比方法,分析了边坡在地震波作用下的稳定性。结果表明:临空坡面对输入地震波有放大效应;坡面的水平位移与加速度峰值随高度增加而增大,随坡度增加而增大;随着坡面凹度的增大,剪应力增量向坡肩处集中,坡肩愈加不稳定;随着坡面凸度的增大,剪应力增量向坡腰处集中,坡腰愈加不稳定;台阶对坡面的加速度放大效应有削弱作用,台阶数越多越稳定。同时给出了边坡防治的几点建议:减小坡面的坡度;对凹型坡加强坡肩位置处的防治,对凸型坡加强坡腰位置处的防治;对高边坡可设置多级台阶增加稳定性。     

河北临城地震序列揭示的一条隐伏断层

2017年9月4日河北临城发生M_L4.4地震,这是邢台地区自2003年以来发生的唯一一次M_L4以上地震。震后大量余震沿条带分布,揭示了一条前人未发现的隐伏断层(根据其经过的地点称之为齐家庄-东双井断裂)。为研究该隐伏断层的几何形状和滑动性质,首先基于河北数字地震台网资料对地震序列进行精定位,利用精定位地震数据拟合发震断层面,计算断层面的走向和倾角,并给出其标准差。然后搜集震中附近历史地震的震源机制解,利用网格搜索法反演区域构造应力场参数,根据构造应力场和断层面的几何形状确定齐家庄-东双井断裂的滑动性质。结果表明,临城M_L4.4地震的发震断层为一条近EW向的隐伏断层,产状为走向约92°,倾角约85°,滑动角约-12°,滑动角标准差约8°,为倾向南的高倾角左旋走滑型断层,延伸深度约10km。区域应力场在齐家庄-东双井断裂上产生的相对剪应力和正应力分别为0.650和0.691,此次地震不是在最大剪应力的断层方位发生,表明该断裂不是现今应力场作用下产生的,而是在复杂的历史地质活动中遗留的,该断裂在现今应力场作用下积累了一定的应力而导致了M_L4.4地震的发生。齐家庄-东双井断裂及其性质的发现为该地区的地质构造和地震孕育环境分析提供了基础。     

2019年10月2日贵州沿河MS4.9地震震害特征及发震构造分析

贵州沿河M_S4.9地震发生在历史地震强度较低的上扬子地块凤冈SN向隔槽式褶皱变形区。通过地震地质背景分析、震害调查、震源机制解、断层调查和库区水位变化情况等,得到主要认识如下:由于震源深度浅、灾区老旧自建房抗震性能差,导致本次地震直接经济损失严重;本次地震主震的机制解为节面Ⅰ:走向61°/倾角35°/滑动角135°,节面Ⅱ:走向190°/倾角66°/滑动角63°,表现为走向NE、逆冲兼平移型运动方式;结合等震线走向及震中主要断层性质,判断NE向沿河断层为本次地震主震的发震构造,并进一步推测此次地震为水库诱发断层活化引起的地震。     

2015年11月23日青海祁连MS5.2地震震源机制解及发震构造初步探讨

采用CAP（Cut and Paste）方法反演了2015年11月23日青海祁连M_S5.2主震的震源机制解,其最佳双力偶解：节面Ⅰ走向109°、倾角58°、滑动角21°,节面Ⅱ走向8°、倾角72°、滑动角146°,矩震级M_W5.16,矩心震源深度约为9 km。结合震区的活动构造,判定发震断层面为节面Ⅰ,推测托勒山北缘活动断裂中段为此次地震的发震断裂。     

Source parameters of bohai earthquake, July 18, 1969 and yongshan earthquake, May 11, 1974 determined by synthetic seismograms of teleseismic P waves

The source parameters of the Bohai Sea earthquake, July 18, 1969 and Yongshan, Yunnan earthquake, May 11, 1974 were determined by full — wave theory synthetic seismograms of teleseismic P waves. P+pP+sP wereform were calculated with WKBJ approximation and real integral paths. One — dimensional unilateral, finite propagation source was also considered. By trail — and — error in comparing the theoretical seismograms with the observational ones of WWSSN stations, the source parameters were obtained as follow: for Bohai earthquake, φ=195°, δ=85°, λ=65°,M _o=0.9×10¹⁹Nm,L=59.9km.V _R=3.5km/s, ∧ _R =160°; for Yongshan earthquake, φ=240°, δ=80°, ∧=150°,M _o=1.3×10¹⁸Nm,L=48.8km,V _R=3km/s, ∧ _R =−10°, where φ is strike, δ dip angle, λ slip angle,M _o seismic moment,L rupture length,V _R rupture propagation speed. As III type fractures the faulting propagated along the fault planes, and ∧ _R is the angle from the strike to the propagation direction. Yongshan earthquake showed complexity in its focal process, having four sub—ruptures during the first 60 seconds. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,13, 1–8, 1991.     

2013年山东莱州M4.6地震序列发震构造初探

采用双差定位法对山东莱州地震序列重新定位,通过CAP方法反演M4.6地震震源机制,在此基础上初步探讨莱州地震序列发震构造。结果显示:精确定位震中位置主要位于柞村—仙夼断裂的NW方向,深度剖面显示从SE方向到NW方向断层深度呈由浅逐渐变深的趋势,这均与柞村—仙夼断裂位置、走向、倾向特征较为吻合;M4.6地震震源机制解的节面Ⅰ与柞村—仙夼断裂走向、倾角较为接近。综合精确定位震中位置、剖面深度分布特征、M4.6地震震源机制解及宏观调查烈度分布等结果与柞村-仙夼断裂产状之间的关系,初步推测柞村—仙夼断裂可能为莱州地震序列的发震断层。     

Rupture process of the M L=4.1 earthquake in Huailai Basin on July 20, 1995

On July 20, 1995, an earthquake of M _L=4.1 occurred in Huailai basin, northwest of Beijing, with epicenter coordinates 40.326°N, 115.448°E and focal depth 5.5 km. Following the main shock, seismicity sharply increased in the basin. This earthquake sequence was recorded by Sino-European Cooperative Huailai Digital Seismograph Network (HDSN) and the hypocentres were precisely located. About 2 hours after the occurrence of the main shock, a smaller event of M _L=2.0 took place at 40.323°N, 115.447°E with a focal depth of 5.0 km, which is very close to the main shock. Using the M _L=2.0 earthquake as an empirical Green’s function, a regularization method was applied to retrieve the far-field source-time function (STF) of the main shock. Considering the records of HDSN are the type of velocity, to depress high frequency noise, we removed instrument response from the records of the two events, then integrated them to get displacement seismogram before applying the regularization method. From the 5 field stations, P phases in vertical direction which mostly are about 0.5 s in length were used. The STFs obtained from each seismic phases are in good agreement, showing that the M _L=4.1 earthquake consisted of two events. STFs from each station demonstrate an obvious “seismic Doppler effect”. Assuming the nodal plane striking 37° and dipping 40°, determined by using P wave first motion data and aftershock distribution, is the fault plane, through a trial and error method, the following results were drawn: Both of the events lasted about 0.1 s, the rupture length of the first one is 0.5 km, longer than the second one which is 0.3 km, and the rupture velocity of the first event is 5.0 km/s, larger than that of the second one which is about 3.0 km/s; the second event took place 0.06 s later than the first one; on the fault plane, the first event ruptured in the direction γ=140° measured clockwise from the strike of the fault, while the second event ruptured at γ=80°, the initial point of the second one locates at γ=−100° and 0.52 km from the beginning point of the first one. Using far-field ground displacement spectrum measurement method, the following source parameters about the M _L=4.1 earthquake were also reached: the scalar earthquake moment is 3.3×10¹³ N·m, stress drop 4.6 MPa, rupture radius 0.16 km. Contribution No. 99FE2022, Institute of Geophysics, China Seismological Bureau. This study is supported by the Chinese Joint Seismological Science Foundation (95-07-411).     

Synthesis of accelerations of the 1976 Tangshan earthquake ( M S 7.8) in near- and far-field by using semi-empirical method

In this paper a heterogeneous fault model of the Tangshan earthquake is suggested, which consists of two southern sub-faults striking N30°E and two northern sub-faults striking N50°E. Total length of the main shock fault is 114 km and seismic moment is about 1.4 × 10²⁰ N·m. The epicentre of the main shock is located at the southern part, near the intersection of the two bands. Accelerations of two aftershocks (M _L 5.5, M _S 6.9) were used as empirical Green’s functions to synthesize the accelerations of the main shock in near and far field. A method that small events and main shock are considered not satisfying the similarity relationship in the improved empirical Green’s function is also applied in this paper. Peak values, duration and response spectra of synthesized accelerations in far field are in agreement with the observed records. The synthesized results in near field are also in agreement with the epicentral intensity distribution of the main shock. The results show that the peak acceleration of Tangshan earthquake in epicentral region exceeds 1.1 g. It is consistent with the peak accelerations recorded in some large earthquakes occurred in recent years. The research is supported by the National Science Foundation of China.     

Source process of M_s6.4 earthquake in Ning’er, Yunnan in 2007

The moment tensor solution, source time function and spatial-temporal rupture process of the MS6.4 earthquake, which occurred in Ning’er, Yunnan Province, are obtained by inverting the broadband waveform data of 20 global stations. The inverted result shows that the scalar seismic moment is 5.51×1018 Nm, which corresponds to a moment magnitude of MW 6.4. The correspondent best double couple solution results in two nodal planes of strike 152°/dip 54°/rake 166°, and strike 250°/dip 79°/ rake 37°, respectively...     

2019年6月17日四川长宁6.0级地震中心震源机制解及震源区构造应力场研究

不同资料和方法给出的2019年6月17日四川长宁6.0级地震震源机制解存在较大差异,为了找到1个合适的震源机制解来研究此次地震的发震方式,通过数学方法得到了与现有震源机制解差别最小的中心震源机制解,节面I的走向、倾角、滑动角分别为194.78°、52.68°和139.16°,节面Ⅱ的走向、倾角、滑动角分别为312.44°、58.67°和45.22°,根据本次地震余震分布拟合得到的断层面的走向为312.17°,与中心震源机制的节面Ⅱ走向一致,因而推断节面Ⅱ为本次地震的发震断层面。之后,利用此次地震之前震源区地震的震源机制解,反演了震源区的震前构造应力场。结果表明,长宁6.0级地震的中心震源机制解和震源区震前应力场均为逆冲型为主兼走滑分量的类型,震前应力场压轴为NWW—SEE向,中间轴为NNE—SSW向,两轴倾角接近水平,而张轴较陡,表现为逆冲型的应力场。将反演得到的应力场投影到中心震源机制解给出的与余震分布一致的节面上,发现中心震源机制解的滑动角和应力场预测的滑动角差别仅为13.45°,表明此次地震受背景应力场控制而发生在先存的薄弱面上。     

岩层倾角对顺倾向边坡地震效应的影响

利用FLAC3D软件模拟地震作用下不同岩层倾角的顺倾向边坡,对比坡面峰值加速度放大系数、峰值位移、地震作用结束后坡体剪应变增量的变化规律,探讨岩层倾角对顺倾边坡地震效应的影响。研究表明:(1)在水平地震波作用下,坡面水平峰值加速度放大作用随岩层倾角增大而线性减小;(2)当岩层倾角小于软弱岩层内摩擦角时,坡面峰值位移较小且变化规律受岩层倾角影响不明显,当岩层倾角大于软弱岩层内摩擦角且小于30°时坡面峰值位移增大,大于60°时减小;(3)岩层倾角小于坡角时,残余剪应变增量最大值集中在坡面中下部软弱岩层处,反之,剪应变增量最大值出现在整个坡面并呈弧形区。