论地质安全研究的框架体系

我国地处欧亚板块东缘,地貌类型多样,地质条件复杂,国家重大战略的顺利实施与生态文明建设的有效推进面临着严峻的地质安全风险,因此亟需解决各种地质作用对人居环境与工程活动带来的地质安全问题。本文以地球系统科学为指导,以圈层相互作用、内外动力耦合、人地协调互馈为理论核心,聚焦国土空间地质安全、重大工程地质安全、城市建设地质安全、生态环境地质安全及资源开发地质安全等方面,分析国家战略发展面临的重大地质安全挑战,剖析地质安全牵引出的系列前沿科学问题,勾画出地质安全主要研究方向。地质安全是保障人民高质量生活、推动社会经济绿色发展、构建宜居地球的重要前提,对于解决当前和今后发展面临的重大工程建设、重大灾害防控、生态环境保护和人地和谐安居等相关地质安全问题,推进科技进步与社会可持续发展具有重要科学意义。     

动态触发对断层亚失稳过程影响的实验研究

为探究动态应力扰动对断层亚失稳过程的影响,本文基于实验室地震研究方法,对准静态加载下的断层施加动态应力扰动,模拟不同应力状态下断层的地震动态触发过程,利用高速摄影和数字图像相关方法（DIC）观测动态触发地震的全过程.研究结果表明,当动态扰动恒定时,对于在亚失稳之前触发的事件,其破裂模式取决于初始的应力水平（τ/σ_n,剪应力/正应力）：当应力水平较低时（τ/σ_n < 0.42）,破裂发生之后无法持续传播,形成自停止破裂,破裂速度（V）相对较低;而当应力水平较高时（τ/σ_n>0.42）,断层更加接近临界状态,易产生完全破裂,破裂速度较高.整体而言,破裂长度随着初始应力水平的提高而增长,直至发生完全破裂.而当断层进入亚失稳阶段后,可以看到明显的成核阶段,在此期间施加的动态扰动均能触发整个断层的破裂.失稳时的应力降及破裂速度均高于亚失稳阶段之前的动态触发事件,甚至能触发超剪切破裂.此外,应力降（Δτ）随着初始应力水平的提高呈增加趋势.以上结果表明,动态触发地震的破裂特征与断层所处的应力状态存在对应关系.本研究系统性地揭示了动态触发地震的破裂特征,既丰富了地震亚失稳理论研究,也为利用动态触发地震的震源特征推测断层应力状态提供实验依据.

     

循环荷载作用下桩周土体强度弱化特性试验研究

软黏土地基在循环周期荷载的连续作用下不会发生液化现象,但是随着循环荷载的周期、振幅、应力的不断增加,土体的有效强度会不断降低,从而引起土体破坏。特别是桩结构在工作期间除了要承受竖向的荷载外,还将受到波浪、冰荷载以及船的撞击荷载。这些荷载一般都具有往复作用的性质,这种往复荷载作用期间会使桩周土体产生疲劳效应,土体结构发生破坏,引起桩周土体的弱化。通过室内动三轴模拟天津码头区域桩周土承受的静（结构荷载）、动（波浪荷载）组合作用,对振动前后桩周土体的强度弱化情况进行研究,试验获得该区域桩周土体在周期荷载作用下,土体土体强度的变化关系。同时提出一个相对较简单且符合试验规律的天津地区桩周土的强度弱化公式,为该地区土体弱化的评估提供参考依据。