黄土场地震陷的灾害特征及成因研究综述

基于文献史料记载和现场科考成果,考证了黄土地区几次中强以上地震引发的黄土震陷灾害,分析了黄土震陷灾害的破坏模式、发育特征及其形成条件。依据大量不同地区黄土的动三轴试验结果,比较分析了黄土震陷形成的物性指标的区域性变化规律,并进一步研究了震陷临界动应力的影响因素。研究显示,黄土地区的几次中强以上地震的极震区均有黄土震陷事例;黄土震陷的灾害模式可区分为振密型震陷、震陷型滑坡和液化型震陷,并由土性条件、地形地貌和地震动作用形式决定;孔隙比大于0.8时,黄土高原地区的黄土需要考虑不同含水量条件下的震陷性,而黄土高原地区东南部的河南、河北和晋东南地区的黄土则可根据缩限含水量判定其震陷性;临界动应力的大小由黄土的结构强度所主导,临界动应力比与含水量之间存在很好的幂函数关系。     

含水量对黄土震陷性定量影响研究

含水量是影响黄土震陷性非常重要的参数。本文以洮河三级阶地上典型的Q3黄土为研究对象,对其震陷性特征进行了全面、系统的研究。通过在20 m深探井中依次取得4 m、8 m、12 m、16 m、20 m处黄土原状试样进行室内试验,得到以下结果:(1)天然黄土存在震陷性随深度增加而逐渐减弱的规律;(2)通过增湿、减湿获得5%,10%,15%和20%四种不同含水量黄土试样,同一深度黄土随着含水量增加其震陷性增长的规律明显;(3)通过实验数据分析得到了含水量对黄土震陷性定量影响规律,并根据其规律给出了不同动应力作用下的黄土震陷临界含水量。     

黄土的震陷性与其微结构特征的关系研究

借助电镜扫描分析手段，对Q3震陷性黄土的微结构特征、颗粒形态等进行了分析。结果表明黄土的显微结构对震陷系数有较大影响，并与震陷的临界动应力关系密切。通过孔隙含量的定量测试分析，探讨了中大孔隙对黄土震陷影响，并对土样的微结构某些指标进行了比较和分析。     

1995年永登地震黄土震陷变形特征及其形成机理

通过对1995年永登地震形成的黄土震陷场地现场考察及震区震陷形成的地震动和黄土厚度条件,用震区震陷试验曲线计算了震区试验震陷量。并通过震区震陷黄土和未震陷黄土微结构对比分析,探讨了黄土震陷形成的机理。结果表明,震区试验计算的震陷量略小于实际地震震陷量;黄土震陷产生的机理为地震力剪切作用下孔隙结构破坏,在重力和压力作用下振动质密所致。     

黄土震陷下限深度研究

利用兰州和西安地震小区划黄土震陷数据,获得了这两个地区黄土震陷下限深度预测的经验公式,与实验结果较为吻合。结果显示在一定的地震动条件下黄土的物理指标含水量、固结压力、剪切波速能够比较好的反映黄土震陷特性,通过研究它们与残余应变的关系可以预测黄土震陷下限深度。     

黄土震陷初判指标的界定研究

通过对宝鸡和兰州地震小区划中所获得黄土震陷数据的统计,对黄土震陷的影响因素如含水量、孔隙比、干密度、初始弹性模量进行了分析,得出了对震陷初判更实用、更为具体的多项指标标准,并对弹性模量应用于黄土震陷的判断进行了探讨。     

永登5.8级地震中黄土震陷灾害的探讨

在1995年兰州永登发生的5.8级地震中,震区产生了严重的黄土震陷灾害。为了研究震区黄土震陷灾害的成因,对震区黄土进行了土工试验和土动力学试验,探讨了该区黄土的基本物理力学指标和土动力特性参数与黄土易损性的关系,分析了易损性与震区黄土震陷灾害的关系。经过多指标综合分析研究发现,震区黄土的易损性大,震陷性强。利用黄土震陷试验分析计算预测方法对震区黄土场地的震陷量进行预测研究,所得结果与实际地震的震陷量符合较好。     

干密度对击实黄土震陷性影响的试验研究

干密度是表征黄土地基振密、挤密处理后土体紧密程度的一个重要物理指标。本文通过对不同干密度的非饱和击实土样的震陷试验,研究了干密度对击实黄土震陷性的定量影响规律,建立了击实黄土的震陷曲线方程,得到了不同振次下干密度与震陷系数的定量关系。文中提出了由干密度算不同振次和任一动应力下击实黄土震陷系数的经验公式,并为黄土地基抗震陷处理初步提供了干密度波速、标贯和孔隙比等方面的标准。     

永登5.8级地震极震区黄土微结构孔隙性的定量研究

通过电镜扫描手段和计算机图像处理,对1995年永登5．8级地震极震区遭受地震影响和未遭受地震影响的黄土微结构变化的各项指标进行了对比试验和分析,并将分析结果绘成受震与未受震两种孔隙分布曲线。从这些曲线可以看出,不同地点的黄土孔隙分布特征不同;同一深度不同地点的孔隙分布亦有明显差异。对未受震(粒状架空孔隙结构)与受震(粒状镶嵌孔隙结构)黄土的微观结构进行了定量处理,其分析结果较好地解释了土体的工程性质。同时介绍了黄土微结构研究的方法和要求,通过对黄土微观结构的定量处理,揭示了黄土震陷性与黄土孔隙含量所占比例大小的内在关系,达到了确定黄土场地震陷量的目的,验证了利用微结构研究黄土结构变化的可行性。     

考虑土体性质的黄土震陷灾害区域性特征

本研究在通渭、兰州、西吉、宝鸡、西安等多个西北典型黄土震陷灾害场地获取原状土样,通过对密度、含水率、孔隙比、塑液限等物理指标的测试,分析其与土体震陷性的关系;通过动弹性模量和阻尼比、动强度、震陷等室内动力特性试验,并结合大量前人研究资料,分析土体性质对岩土震陷灾害的区域性影响。结果表明：1）震陷系数与单一土体物性参数呈正相关或负相关关系,六盘山以西和以东的黄土震陷特性反映了明显的地区变化规律,在相同地震荷载作用下震害东轻西重;2）随着时间的推移,人类的活动增加,改变了土的含水率,导致土体上覆压力增大,在上覆压力的作用下,土体的初始孔隙数量有所减少,其固结程度越来越好,宏观表现为土体的易损性即震陷性减小。     

Experimental study on the influence of seismic subsidence of loess under bidirectional loading modes

Water content, dry density, void ratio, depth of soil layer, and seismic loading may all exert influence on the seismic subsidence of loess. Many scholars have carried out seismic subsidence tests of loess to simulate the stress on soil using unidirectional (axial) vibration instead of bidirectional vibration. We conduct seismic subsidence tests of loess using two different dynamic stress loading methods, unidirectional and bidirectional dynamic stress. In addition, the effects of different dynamic stress loading modes on the development of seismic subsidence of loess are compared for a case-study in northwestern China. The results show that (1) the increasing ratio of radial stress to axial stress has exerted significant influence on the seismic subsidence coefficient of loess under the loading mode of bidirectional dynamic stress (2) there is a critical ratio of radial stress to axial stress for seismic subsidence of loess, ranging from 0.6 to 0.8; when the ratio of radial load to axial load is greater than the critical value, the effect of bidirectional load on the development of seismic subsidence is more remarkable (3) when the ratio of radial load to axial load is smaller, the seismic subsidence of loess calculated by the existing unidirectional stress loading method is safe for engineering projects. However, if the value exceeds the safety ratio range it is dangerous to conduct safety evaluations using the seismic loess subsidence. The prediction value of seismic subsidence at engineering sites directly affects the later foundation treatment and the safety of the overlying structures. The seismic subsidence calculation and evaluation method in this study may provide a scientific basis for safety evaluations of loess sites in northwestern China.     

剪切波速和含水率双指标评价黄土震陷

为了研究地震荷载作用下黄土场地的震陷预测问题,以兰州黄土为研究对象来分析剪切波速和含水率与震陷系数的关系,并分别得出拟合函数关系。通过分析剪切波速和含水率在震陷过程中的内在联系,建立剪切波速和含水率双指标预测黄土震陷系数的方法,并依据该方法预测永登地震区黄土场地震陷量。研究结果表明:在一定的剪切波速区间内,震陷系数随着含水率的增加而增大;在一定的含水率区间内,震陷系数随着剪切波速的增加而减小。同时提出剪切波速可以反映黄土不因外部条件而变化的潜在震陷能力为绝对震陷能力的概念,相应的震陷系数称为绝对震陷系数,含水率影响潜在震陷能力的释放。通过震害实例计算验证剪切波速和含水率双指标预测方法的可行性。     

A field testing study on negative skin friction along piles induced by seismic subsidence of loess

At present piles foundation is widely used in the earthquake-prone loess area of China. Unfortunately, negative skin friction (NSF) along piles induced by an abrupt settlement of loess under strong earthquakes, so called seismic subsidence, has not been taken into account in design of piles foundation due to the lack of NSF data from field test. In order to investigate NSF along piles caused by seismic subsidence of loess and develop a method to estimate this earthquake-induced NSF, the authors perform a field test at a loess site by means of a series of explosions, i.e. a short delay blasting, in which two reinforced concrete piles was grouted. The expected ground motion generated by the short delay blasting is strong enough to induce an obvious seismic subsidence in the loess site. There are 40 stress gages to be averagely disposed into the two piles with a certain interval to collect the data of NSF during this field test. Meanwhile, ground motion and seismic subsidence of loess were, respectively, observed by accelerographes and a level gauge. The obtained data particularly disclose the developing characteristics and magnitude of loess seismic subsidence and NSF at the condition of strong ground motion. The loess seismic subsidence and NSF both have a rapid development in the explosion process and then keep a slower increase for some days after the blasting. At the end of observation, the maximum seismic subsidence of loess in the field reaches 33 mm; the average NSF along piles attains to 54 kPa, which is much greater than previous cases of NSF caused by collapse of loess. This field test shows the NSF along piles induced by seismic subsidence of loess is significant and should not be ignored in design of piles foundation in seismic loess regions.     

黄土震陷灾害典型震例的综合研究

阐述了1995年甘肃永登5.8级地震时造成的黄土震陷灾害形成条件、震害形态特征、黄土的基本性质及湿陷性和静、动土力学参数与震陷灾害的成因关系。并用震陷量预测计算方法和三维有限元数值模拟方法检验了黄土震陷灾害预测的理论、方法并解释了永登5.8 级地震黄土震陷现象。     

饱和原状黄土液化基本特征的振动台试验研究

天然黄土因其较强的结构性,制备大尺寸原状试体非常困难,国内外尚无针对饱和原状黄土实施振动台模拟试验的数据与资料。通过解决大尺寸原状黄土试体现场取备难题,利用振动台模拟试验研究饱和原状黄土液化现象及其基本特征。试验结果表明:饱和原状黄土的液化现象,在超孔隙水压力增长、持续与消散的趋势性上与饱和砂土具有可比性,二者的最大差别在于细节特征方面的不同;饱和度是决定地震作用下天然黄土液化特性的首要条件;试体饱和度约为90.3%的条件下,加载后的最大孔压比约为0.93;饱和度85%、75%和65%可能是天然黄土能否发生液化现象、似液化现象(循环失效)和不考虑循环失效现象的临界值。试验获得的资料与分析结果,对深入理解饱和土体液化物理过程与力学机制意义重大。     

引洮供水总干渠增湿黄土隧洞的动力特性分析

为了得到增湿后黄土围岩隧洞在地震作用下的动力特性, 基于初始弹性模量和抗剪强度指标与含水量的关系, 采用时程分析法, 对增湿情况下的黄土围岩-隧洞结构进行地震动力分析. 数值计算结果表明: 随着含水量的增加, 隧洞衬砌各部位主应力绝对值减小, 自振圆频率减小, 自振周期相应增大; 与输入的地震加速度峰值相比, 当黄土隧洞围岩含水量小于临界含水量时, 隧洞顶部加速度峰值大于输入地震加速度峰值, 大于临界含水量时则出现相反的结果; 同一含水量下, 隧洞衬砌对称部位最大、 最小主应力交替出现, 使隧洞衬砌材料发生疲劳损伤, 是隧洞衬砌破坏的主要原因. 本文研究结果可以为在不同含水量情况下黄土围岩-隧洞结构的抗震分析提供参考.      

黄土场地震陷量的试验预测

通过不同地震荷载作用下黄土震陷的试验研究对兰州地区几个黄土场地的震陷量进行了预测．发现黄土在随机地震荷载和等幅正弦荷载作用下的震陷量预测结果存在一定的差别