汶川大型地震滑坡的类型及启程剧动机理研究

2008年汶川大地震诱发大型地震滑坡300余处,造成了巨大的生命财产损失,研究其发生机理有重要的理论意义和防灾减灾的实用价值.经收集分析已有地震滑坡的研究成果及多次深入现场调查,本文发现众多大型地震滑坡发生时都伴随有区别于汶川主震的地面震动,并将其称为滑坡地面震动,简称滑坡震动.本文在论述滑坡震动依据、成因及特征的基础上,根据滑坡震动力与主震力的组合情况及其对大型地震滑坡的影响不同,将汶川地震滑坡划分为3种类型:主震型地震滑坡,迟震型地震滑坡和同震型地震滑坡.认为主震型地震滑坡在主震结束前滑动,其主导失稳力学因素为主震力和重力,无滑坡震动或可忽略; 同震型地震滑坡亦在主震结束前滑动,但其主导失稳力学因素除主震力和重力外,滑坡震动力起重要作用; 迟震型地震滑坡在主震结束后滑动,主导失稳力学因素为滑坡震动力和重力.认为大型地震滑坡地面震动的发生与活断层导致地震类似,据此提出了滑坡震动加速度的估算方法,并以此为基础分析研究了各类型地震滑坡的启程剧动机理.     

极震区岩体地震动力破坏若干问题探讨

汶川地震时极震区产生了严重的地震地质灾害,其中强烈地震动造成的岩体动力破坏是造成灾害的根本原因。从极震区含义、地震动特征、岩体地震动力破坏概念、地震松动岩体和方法论等方面初步探讨了极震区岩体地震动力破坏问题。极震区是未来地震的潜在震源区,区内的地震属于直下型。极震区地震动具有不同于非极震区的地震动特征,岩体地震动力破坏的复合性特点就是地震动的不确定性造成的。对极震区岩体动力破坏概念的理解应考虑地震动的特点。地震松动岩体是极震区地震动造成的一种特殊破坏类型,是形成震害次生灾害的重要原因。岩体工程地质力学等学科的思想方法和技术手段为研究极震区岩体地震动力破坏这一命题提供了良好的基础,预测和评价极震区因岩体动力破坏造成的工程震害和地质灾害,减轻和预防未来地震时的灾害损失,是极震区岩体地震动力破坏研究的目标和方向。     

地震动持时压缩比对可液化地基地震反应影响的振动台试验研究

在与可液化场地相关的振动台模型试验中,地震动持时按照时间相似比压缩后,所输入地震动的持时、频率、能量等特性均发生改变,这将对液化地基在地震荷载下的动力响应产生显著影响。本文以持时压缩比例为本次研究中的唯一变量,依托小型振动台试验,分析了各组试验中可液化地基土在地震中的宏观现象、加速度反应、孔压比发展等,针对与可液化场地相关振动台试验设计中的地震动持时按照时间相似比压缩后对液化场地动力响应影响的问题进行研究。试验结果表明:地震动记录按照很小的相似比压缩后持时太短,地震动峰值一定时,可液化场地则有可能不发生液化;地震动持时越长,地震动能量越大,超孔隙水压力随地震动的输入积累迅速,场地土液化现象越明显,土体中加速度反应也表现出不同规律。根据得到的试验结果,涉及可液化场地的振动台模型试验中,建议采用原始持时地震动记录或按照较大的时间相似比压缩的地震动记录。     

地震动持时压缩比对可液化地基地震反应影响的振动台试验研究

在与可液化场地相关的振动台模型试验中,地震动持时按照时间相似比压缩后,所输入地震动的持时、频率、能量等特性均发生改变,这将对液化地基在地震荷载下的动力响应产生显著影响。本文以持时压缩比例为本次研究中的唯一变量,依托小型振动台试验,分析了各组试验中可液化地基土在地震中的宏观现象、加速度反应、孔压比发展等,针对与可液化场地相关振动台试验设计中的地震动持时按照时间相似比压缩后对液化场地动力响应影响的问题进行研究。试验结果表明:地震动记录按照很小的相似比压缩后持时太短,地震动峰值一定时,可液化场地则有可能不发生液化;地震动持时越长,地震动能量越大,超孔隙水压力随地震动的输入积累迅速,场地土液化现象越明显,土体中加速度反应也表现出不同规律。根据得到的试验结果,涉及可液化场地的振动台模型试验中,建议采用原始持时地震动记录或按照较大的时间相似比压缩的地震动记录。     

地震动在地下采场开挖边界的耦合数值分析

在具有冲击倾向性矿井的动载支护设计中,地震动对动态载荷的估算有重要作用。目前,国内外普遍采用半经验公式(scaling law)来估算质点峰值振动速度(PPV)。然而,此方法在实际估算地震动时忽略了地质和巷道开挖对地震动分布的影响。为更好地理解开挖对地震动在地下开挖边界分布的影响,基于笔者提出的适于开挖边界的非线性速度模型及FLAC/SPECFEM2D的耦合数值模拟方法,针对高质量及中等质量围岩体两种情况,对一地下采场的地震动分布进行了数值分析。研究结果表明,不同速度模型对地震动分布影响很大。考虑了围压及开挖影响的非均匀速度模型能够更好地模拟地震动在地下开挖边界附近的分布,且模拟的地震动在采场表面的放大作用与现场观测的放大现象具有很好的一致性。相比于高质量围岩体,当模拟的开挖采场围岩为中等质量围岩体时,采场开挖边界处具有更强的地震动及更广的地震响应。     

深软场地大地震远场地震动反应特性分析

采用等效线性方法考虑土的动力非线性特性,利用一维波动模型分析了深软场地的地震反应特性,结果表明,与输入苏州人工地震波时的计算结果相比,大地震远场地震动作用时,深软场地的地表水平向峰值加速度明显增大,规准反应谱的特征周期值显著增大,地表设计地震动的水平地震影响系数值明显增大,且两者的差异随输入地震动峰值加速度的增大而增大;当土层剪切波速的变异性由+10%变化到-10%时,地表水平地震影响系数曲线平台值有降低的趋势,规准反应谱的特征周期略有增大,且-10%的变异性对水平地震影响系数的影响要比+10%的变异性的影响显著;土体动剪切模量比和阻尼比均有变异时对地表设计地震动参数的影响较大,且土的阻尼比由-2δ到+2δ变异时,地表水平向峰值加速度和地震影响系数平台值有减小趋势。     

汶川地震紫坪铺面板堆石坝地震波输入研究

对国家强震动台网中心紫坪铺面板堆石坝区域台站实测主震记录以及大坝台网实测余震记录进行分析,研究主震与强余震地震动的基本特征。分别选取茂县地办、郫县走石山、成都中和这3组基岩台站实测主震地震动,紫坪铺台站2008年11月6日实测余震地震动以及按水工抗震规范人工生成地震动作为数值计算的地震动输入,对紫坪铺大坝进行三维动力有限元分析,并与实测结果进行对比。研究表明,郫县走石山与成都中和2个远场台站位于断层下盘,其实测地震动的加速度反应谱长周期（0.65 s以后）分量过于丰富,不宜作为断裂带附近紫坪铺大坝的地震动输入;紫坪铺大坝台站实测的余震地震动1 Hz附近（大坝基频）的频率成分相对较少,且持续时间较短,以至于难以激发大坝响应;对比坝顶实测地震动加速度反应谱和数值计算反应谱,建议汶川地震中紫坪铺大坝动力计算时可采用茂县地办台站实测地震动或按抗震设计规范反应谱人工生成地震动。     

苏州第四纪深厚沉积层一维等效线性和非线性地震反应对比分析

合理描述土体动力本构关系对场地设计地震动参数取值的准确性有显著影响。以苏州城区200 m深的钻孔剖面为研究对象,对比分析了一维等效线性波传分析法（ELA法）和基于修正Matasovic本构模型的多自由度集中质量非线性分析法（NLA法）给出的深厚场地地震反应,研究了基岩输入地震动特性和地震基岩面的选取对深厚场地地震反应的影响。结果表明：（1）随基岩地震动强度（PGA）的增大,ELA法给出的地表PGA呈单调递增的特征,而NLA法给出的地表PGA呈先快速增大后缓慢减小或几乎不变的趋势;（2）ELA法和NLA法给出的地表加速度反应谱（Sa谱）在短周期范围内存在明显差异,ELA法对基岩高频地震动具有显著的滤波效应,而NLA法对基岩高频地震动的影响表现为随基岩PGA的增大先放大后减小的特征;（3）随地震基岩面深度的增大,地表Sa谱的谱值呈现出稍许增大的趋势,但对周期T<0.1 s部分,NLA法给出的地表Sa谱的谱值则呈现出稍许减小的现象;（4）中、大震作用下,地表地震动持时不仅与基岩地震动特性有关,还与地震反应分析方法和地震基岩面的选取密切相关,NLA法能更合理地反映基岩地震动强度和上覆土层厚度对地表地震动持时的影响。     

四川汶川地震诱发滑坡与峰值速度的关系

利用汶川地震诱发的滑坡资料和得到的地震动数据,对地震诱发滑坡与峰值速度的关系进行了分析,得到一些基本认识：①地震诱发滑坡与地震动峰值速度(PGV)存在明显的正相关性,可以利用PGV作为判别地震滑坡的判据;②汶川地震龙门山震区可以触发地震滑坡的PGV下限约为0.5m/s;③龙门山震区可以触发地震滑坡的PGV上限约为1.5m/s;④建立了汶川地震龙门山震区PGV衰减关系,可用以估计地震滑坡致灾的范围。利用地震动参数研究地震诱发滑坡具有很好的一致性,可以克服应用烈度时存在的不足。上述研究结果可以应用于震后灾害快速评估工作中,为应急救援方案的制定提供参考信息。     

考虑地震动地形效应的边坡破坏概率——以金沙江下游新市镇附近边坡为例

边坡在地震作用下的破坏概率是地震边坡危险性评价的参数之一。在区域范围内计算地震边坡破坏概率一般采用实际地震滑坡和Newmark永久位移拟合得到的破坏概率公式进行计算。计算中所需的地震动峰值加速度数值大小受不规则地形的影响较大。为了较准确计算出区域地震边坡的破坏概率,本文利用公式分别计算了地震动峰值加速度地形效应系数和地震边坡滑坡概率,实现了地震动峰值加速度及滑坡概率的连续分布。在计算地表30 m平均剪切波速时,利用回归分析方法得出了Vs30与地形梯度G的连续性关系。这些方法充分考虑了地形在地震动峰值加速度中所起的作用,能够实现地震边坡破坏概率计算结果的连续性,如实反映了地震边坡破坏概率的实际状况,为更准确评价地震边坡滑坡危险性提供了新的思路。     

河口盆地非线性地震效应及设计地震动参数

针对基岩明显起伏、土层非均匀分布的典型河口盆地场地,考虑土体非线性特征,采用黏弹性人工边界模拟无限域对地震波动的影响,建立大尺度精细化二维有限元模型,分析了盆地地表地震动幅值、频谱、持时、传递函数特征,探讨了基岩起伏土层的地震动聚集效应及盆地边缘效应。结果表明：（1）盆地近地表土层表现出不同程度的地震动放大效应,且随土层深度增加呈非单调递减特征,基岩突变处地震动聚集效应明显,盆地两侧产生较为显著的边缘效应;场地中、长周期地震动的放大作用显著;（2）多遇地震、偶遇地震和罕遇地震水平时,场地卓越周期依次介于0.35～0.65 s、0.40～0.75 s和0.50～1.05 s之间;给出了盆地地表PGA（地表峰值加速度）、卓越周期均值等值线图及地表加速度反应谱放大因子建议值,地表设计地震动参数amax（地震影响系数）与Tg（特征周期）明显大于现行《建筑抗震设计规范》取值;（3）盆地特殊位置地表地震动持时得到不同幅度增长,且与输入地震动特性相关;（4）该盆地对0.5～2.0 Hz频段基岩地震动的放大效应比较显著,对小于0.2 Hz或大于2.5 Hz的基岩地震动,该盆地地震动放大效应不明显;（5）福州城区及其邻近区域地震动放大效应普遍较大。大尺度二维非线性分析一定程度上能合理反映微地形起伏、土层分布及土体非线性对地震波传播过程的影响。     

水平向与竖向地震动的时间遇合模式对边坡动力安全系数的影响

通过沿滑面的应力积分法和动力时程分析法,研究了水平向、竖向地震动单独作用对边坡动安全系数的影响,发现竖向地震动与水平向地震动一样也对边坡抗震稳定性有显著的影响。在此基础之上,重点探讨了实际地震的双向地震动同时作用时,其时间遇合模式对动力安全系数的影响,结果表明,常用的加速度峰值遇合模式和随机遇合模式都不能充分体现出竖向地震动与水平向地震动的叠加效应,进而造成对安全系数的高估;文中提出的最大地震作用效应遇合模式才是最危险的遇合模式,其所得稳定性安全系数时程的极值更小。在考虑多向地震的边坡抗震分析中,由于多维地震动的强烈随机性,应考虑出现这种最大地震作用效应遇合的可能性,以得到工程设计中偏于安全的动力稳定性安全系数值。     

场地土的随机地震反应分析

研究了剪切模量随深度呈线性变化时场地土的随机地震反应分析方法, 分别建立了基岩输入地震动加速度功率谱函数为白噪声和过滤白噪声时场地土的随机地震反应分析理论。     

岩土工程中的设计地震动参数确定

与岩土工程相关的设计地震动参数的规定分散在各行业的工程设计规范之中,比较了主要技术规范中设计地震动参数规定之间的差别,讨论了在岩土工程的勘察与设计中确定地震动参数的方法和内容,分析和研究了确定设计地震动参数时不同规范之间需要协调的主要问题,指出了在目前岩土工程中的设计地震动参数确定方面的需要重点关注的参数选择的合理性,提出了具有地震工程专业基础（注册地震安评工程师）的注册土木工程师（岩土）确定具体设计地震动参数应更符合工程建设的实际需要的建议。     

地下爆炸地震效应的评价标准探讨

在对地下爆炸地表震动特性进行分析的基础上,对地下爆炸地震效应的评价标准进行了分析与探讨,通过解析的方法,建立了地下爆炸地表运动计算模型和震动反应谱。计算结果表明：地下爆炸地表运动存在两组波群,在评价波对于建筑物的作用时应当考虑到第2波群中粒子运动的周期比第1波群的粒子运动周期长1.5～2.0倍;地面建筑物的响应取决于建筑物的固有频率、阻尼和地震的频率、振幅;对于小当量一次性爆破,震动频率高而震动时间短,可以忽略地表震动频率对结构的影响;但是对于大当量爆炸地震安全问题,不应当忽略频率的影响;对于双层建筑物,第2层结构的不稳定运动有大振幅的特点。     

SV波入射下河谷地形地震动分布特征分析

基于显式有限元方法和人工透射边界,对二维河谷地形在3条地震动波以SV波形式垂直入射和30°斜入射下进行了地震反应分析,比较了河谷地表各观测点地震动的差别,探讨了河谷地形地震动空间分布特征。结果表明,河谷地形对地震动分布具有重要影响,沿河谷斜坡顶到谷底的各观测点地震动峰值加速度（PGA）存在显著差异,地震动位移存在差动现象,地震动加速度反应谱在大于1 Hz的高频段差别明显。入射角度是影响场地地震反应的重要因素,斜入射时各观测点PGA和相对位移的离散程度明显大于垂直入射情形。     

問答欄

[问]1956年5月31日22时在广东省恩平县(位于东经112度20分北纬22度15分,与茂名油页岩矿区接近)发生了地震,震动时间约1/4分钟。震动时,首先发生雷鸣,随着墙壁摇动,窗户格格发响,经过1/4分钟以后就终止了。据我们所知这一震动,波及的面积有100平方公里以上。恩平县城内有两座高约20公尺的楼房,一座     

同震滑坡发生概率研究——新一代地震滑坡危险性模型

地震滑坡发生真实概率研究基本空白。本研究创新性的利用贝叶斯概率方法与机器模型开展了中国地震滑坡危险性真实概率研究,制作了第一代中国地震滑坡危险性概率图。基于9个地震案例开展研究,包括1999年台湾集集、2005年克什米尔、2008年汶川、2010年玉树、2013年芦山、2013岷县、2014鲁甸、2015尼泊尔、2017九寨沟地震,这9次地震中7次发生在中国,2005年克什米尔与2015尼泊尔地震均发生在中国邻区,可以更好的控制模型预测精度。这些地震事件均有详细完整的,利用面要素标识的地震滑坡数据,包括306 435处真实的地震滑坡记录。考虑到真实的地震滑坡发生区域,滑坡面积规模的差别,滑坡与不滑样本的比例等因素,共选取了5 117 000个模型训练样本。选择绝对高程、相对高差、坡度、坡向、斜坡曲率、坡位、地形湿度指数、土地覆盖类型、植被覆盖度、与断层距离、地层、年均降水量、地震动峰值加速度共13个地震滑坡影响因子。采用贝叶斯概率方法与机器学习模型相结合,建立地震滑坡发生的多因素影响模型,得到各个连续因子的权重与分类因子的各个分类的权重。再将模型应用到整个中国研究区,地震动峰值加速度因子为触发因子。分别考虑研究区在经历不同地震动峰值加速度（0.1~1 g,每0.1 g一个结果,共10个结果）下的地震滑坡发生真实概率。此外,还结合中国地震动峰值加速度分布图,得到了中国地震动峰值加速度背景下的地震滑坡发生真实概率分布。     

大连上震旦统地震灾变事件研究

笔者在大连工作区的上震旦统南关岭组、甘井子组和营城子组碳酸盐岩地层中,识别出以震动液化脉、震动液化角砾岩、碳酸盐岩注积岩等震积岩为代表的古地震灾变事件层（工作区缺失上震旦统顶部的兴民村组震积岩）,这在工作区属首次发现,这一发现进一步提高了辽南震旦系的研究程度,证明了辽南地区晚震旦世存在4个地震活跃期,从而为区域地层对比提供了新的实际材料,新发现的甘井子组白云岩中的地震灾变事件层表现为白云石质的震动液化脉及液化卷曲变形,是对辽南震旦系研究程度的提高和丰富。     

考虑海水-海床耦合效应的海底隧道地震响应研究

在近海海域修建海底隧道必须考虑地震灾害的潜在威胁,进行海底隧道地震响应研究时考虑海水动水压力的影响将更贴合实际情况。为研究考虑海水-海床耦合效应的海底隧道地震响应规律,本文基于某海峡海底盾构隧道工程,考虑了海床土体和隧道混凝土的动力非线性特性以及海水与海床之间的耦合效应,建立了海水-海床-隧道动力相互作用的有限元模型,研究了在不同地震动输入、不同地震激励方向、不同上覆水深条件下海底隧道的地震响应规律。结果表明:使用ABAQUS中的声学模块能够有效地实现流-固耦合作用的模拟;在水平地震作用下,隧道在左右拱肩及拱脚位置应力集中显著;地震作用时水域最大动水压力出现在隧道正上方左右两侧海床表面处;当处于双向地震激励时,海床表面动水压力显著增大,隧道各点处的应力峰值也随之显著增大;相较于高频丰富的地震动,低频丰富的地震动输入对海底隧道的影响更大;海底隧道地震损伤随着水深增加逐渐减小。研究结果有助于更好地掌握实际海底隧道地震响应规律。