汶川地震公路隧道普通段震害分析及震害机制研究

在汶川地震中隧道普通段出现了严重的震害,为了提高高烈度地震区隧道普通段的抗震性能,通过统计分析汶川地震公路隧道普通段震害调查资料,对隧道普通段进行了震害分析。结果表明,隧道普通段震害主要发生在软岩均一段、软硬围岩交接段软岩部分以及围岩缺陷段。通过三维有限差分数值模拟和现场典型震害分析,研究了公路隧道普通段的震害机制,探明了围岩均一普通段隧道震害机制,即硬岩隧道普通段基本无震害,软岩隧道普通段震害较严重,衬砌结构受地震惯性力影响较大,强制位移次之;探明了围岩软硬交接普通段隧道震害机制,即震害主要发生在软硬围岩交接段软岩部分,震害的主要影响因素为强制位移,地震惯性力次之;探明了围岩缺陷普通段隧道震害机制,即震害主要由地震惯性力造成强制位移影响很小。研究成果可为高烈度地震区公路隧道普通段的抗震设防提供参考。     

穿越富水断层破碎带隧道塌方机理分析与预防

穿越山岭隧道常遇到断层破碎带。由于缺乏断层复杂岩体稳定性机理的研究与理解,隧道施工曾导致多起大变形甚至塌方事故。本文使用理论分析、离散元数值模拟方法,结合现场监测结果,对江西某高速铁路隧道过断层施工案例进行综合分析。在考虑断层破碎带地下水影响的前提下,开展富水断层破碎带施工过程中围岩失稳塌方的内在机理研究。研究得出：隧道穿越富水断层破碎带时,岩体结构面发育,且结构面间多充填碎屑或黏土充填物。随着施工扰动引发结构面发生错动,流动的地下水进一步对结构面形成冲刷,从而降低围岩的完整性与力学强度。断层破碎带抗剪强度越低,围岩松动范围越大,塌方概率与范围越大。根据“防水排水,强化围岩”的思路,本文提出了穿越断层破碎带防塌方的措施：设置迂回导坑、地层预加固、增加支护强度、优化施工工法及加强监控量测,可为此类隧道工程的安全施工提供参考。     

汶川地震区典型公路隧道衬砌震害类型统计分析

汶川地震对震区公路隧道结构造成了严重的破坏,这严重影响了灾区震后救援和灾后重建。为了保留汶川地震灾区公路隧道震害的珍贵资料,对震区公路隧道震害资料进行了搜集、整理、统计和分析。首先按照隧道结构拱部、边墙、仰拱及附属结构进行统计和分析,再对影响隧道震害的六个因素(震中距、地质条件、断层、竖向地震、支护结构及施工质量)进行了研究,并得出了一些抗震设防启示及建议。研究成果一方面为研究汶川地震震区公路隧道震害机理提供了基础资料,另一方面对于进一步研究高烈度地震区公路隧道抗震及减震技术起到了推动作用。     

瑞利波探测公路施工隧道含水断层破碎带

断层破碎带的出现必然使岩体的硬度发生明显改善,而瑞利波的传播速度恰与介质的物理力学特性有关。利用瑞利波探测技术,对泉三高速公路某施工隧道含水大断层进行超前探测,并与地质雷达和钻探探测结果比较,结果显示,锐利波探测的断层破碎带宽度与隧道施工揭露的极其吻合,瑞利波是超前预报含水断层破碎带的一种简便、高效的技术。     

汶川地震断层带中碳酸盐岩碳氧同位素分异——对断层愈合机制的启示

汶川地震断层带北川擂鼓镇赵家沟剖面的露头及显微结构均发现多期次脉体纵横交错,角砾岩被胶结。通过对断层岩相关的碳酸盐矿物同位素分析得知,断层岩角砾和脉体中大量的白云石来源应是断层带内富Mg离子的流体,且碳氧同位素显著分异,角砾的δ~(18)O值和δ~(13)C值与灰岩围岩更接近,脉体和基质显示重同位素亏损。通过"同震热分解"和"水-岩相互作用"2种可能模型的研究分析,同震热分解模型δ~(13)C值明显高于实际,而水-岩相互作用则可形成这种分异结果。故震后深部流体上涌所导致的表层大气水再循环可能是导致震后断层快速愈合的重要原因,同震破裂和间震期愈合则形成完整的断层系统。     

逆断层型地震地表破裂带滑动矢量计算方法探讨——以汶川地震为例

大震地表破裂带滑动矢量及其分布特征,是震后调查需要获得的最重要的资料之一。由于逆断层型地震地表破裂带运动性质(正向逆冲或斜向逆冲)、破裂带走向的变化以及断错标志线、断层运动方向与断层走向间夹角的变化等等,均会导致视位移的产生,使得野外位移测量数据复杂化。滑动矢量作为一个三维空间的量,代表了各破裂点或破裂面在地表或近地表的运动轨迹,较之其各分量,能够更准确更直观地反应出破裂带的性质和运动学特征。文章讨论了滑动矢量的计算方法,重点讨论了利用两条不平行断错标志线计算滑动矢量的方法。利用这些方法,我们对汶川地震映秀－北川地表破裂带北段北川县城附近若干点的滑动矢量进行了计算,对地表破裂带的性质和运动学特征进行了讨论。     

隧道软弱断层破碎带施工控制技术研究

以正阳隧道软弱断层破碎洞段为研究对象,分析了施工过程中出现的坍方、拱顶落石、掌子面涌泥、支护开裂剥落等造成施工障碍的工程难题,结合隧道所处地质条件、地理位置及施工措施等因素拟定安全施工控制技术方案,施工实践效果良好,可供同类工程参考。     

都江堰-汶川公路汶川地震次生地质灾害主要特征和形成机理

汶川特大地震发生后, 都江堰至汶川公路两旁次生地质灾害尤为严重, 先后多次完全中断震中交通生命线, 严重地影响了公路的安全运行和灾后重建。通过对汶川地震前后都江堰-汶川公路边坡现场调查资料对比分析, 研究了该地段边坡的主要次生地质灾害类型及其破坏模式、形成机制和时空分布特点。破坏类型主要为碎屑流式、碎裂滑移式崩塌和碎裂-俯冲式、振荡-高速滑移式泥石流等, 造成沿线边坡发生大面积浅表生改造破坏。此类灾害具有丛集性、相关性、分段性的明显特点。成因复杂的高陡岩土体是次生地质灾害的主要物质基础;强烈的场地地震效应和内外动力耦合作用是该地区地质灾害成生的主要因素。      

高地震区公路隧道地震动力响应分析

基于土一结构相互作用理论,对高地震区一实际重大工程的公路隧道洞口段结构进行了抗震计算,得到了衬砌结构各控制点的位移、加速度及内力响应规律。结果表明：在人工合成地震波条件下,衬砌墙脚、拱腰为抗震薄弱位置;结构的加速度波形与输入波形相似;这些结果为抗震设计提供了一些依据。     

汶川特大地震中山岭隧道变形破坏特征及影响因素分析

汶川大地震造成位于震中附近的都江堰-汶川公路多座隧道严重受损。本文通过现场调研、资料收集与分析,将地震区山岭隧道变形破坏的基本类型概括为洞口边坡崩塌与滑塌、洞门裂损、衬砌及围岩坍塌、衬砌开裂及错位、底板开裂及隆起、初期支护变形及开裂等。分析其影响因素,认为发震断裂的次级断层、基覆界面、洞口不稳定斜坡、高地应力环境下的软弱围岩对隧道强烈震害具有控制作用。以汶川地震给予隧道抗震的启示,建议强震区的山岭隧道应将洞口边坡防护、洞口明洞和洞门结构作为一个系统进行综合设计,在条件允许的情况下尽可能采用削竹式洞门结构;隧道穿越活动断裂带的次级断层时在其两侧一定范围内二次衬砌应采用钢筋混凝土结构;基覆界面、围岩软岩与硬岩之间的过渡地带、围岩质量突变地带等应采用改善围岩力学性质且让其渐变的措施进行处理。     

汶川Ms8.0级地震断层同震位移特征对断裂构造分析的启示

断裂构造是地壳浅层次最重要的构造现象,也是构造地质学研究的主要领域之一.以稳态区域构造应力作用下的岩石变形破坏过程为基础的断裂构造分析理论和方法,受到强地震过程中断裂构造复杂同震变形的挑战.汶川Hs8.0级地震过程中断层同震变形的几何学、运动学特征及其空间变化,为检验断裂构造的几何学、运动学分析的相关理论和方法提供一个现实的范例.本文通过对汶川Ms8.0级地震断层同震位移的方式、规模和空间变化特征分析,提出沿断层走向的位移方式和位移规模的空间变化是区域构造应力和地震动力复合作用的结果.汶川地震过程中地震断层的位移方式和位移规模的空间变化以及同一构造部位的断层摩擦镜面中却出现了不同运动学指向的擦痕线理等特殊的构造现象,对历史断裂构造变形分析中所遵循的某些原则提出了挑战,需要重新审视和研究.     

地震折射波法和高密度电法在隧道勘察中的应用

介绍了浅层地震折射波法及高密度电法基本原理和方法,结合工程勘察实例,阐明折射波法和高密度电法在铁路、高速公路隧道勘察中的应用效果,并介绍了这2种方法相结合在查明隧道隐伏构造和破碎带等不良地质体的位置、规模、性质、特征中的应用效果,提出提高这2种方法勘察精度的几个举措.     

基于RS与GPS的汶川地震路基路面震害损毁调查——以都汶公路为例

文章以都汶公路为例,利用遥感解译技术快速获取地震诱发山地灾害类型及其对公路造成的严重损害类型,利用GPS对公路损毁灾害点准确定位,获得路基路面直接震害类型信息,同时对山地灾害遥感判识结果进行检验。通过分析认为公路沿线岩体岩性以及风化破碎程度的不同,对公路产生的损毁程度不相同;路基破坏程度与距离震中和断裂带的远近有密切关系;路基下方护坡的破坏与所处边坡的坡度有关;崩塌滑坡产生大量松散固体物质,雨季到来之后,极易暴发大规模泥石流,需要注意并防范泥石流对行车安全和道路交通的影响。     

汶川地震灾区茂北公路禹里乡至擂鼓镇段应急调查与抢通

“5．12”汶川大地震发生后,对抗震救灾“生命线”——茂县至北川公路禹里乡至擂鼓镇公路沿线进行了路基、桥梁震害和次生地质灾害应急调查,浅析震害形成机制并制定抢通方案。     

断层破碎带隧道突水突泥灾变演化模型试验研究

为研究断层破碎带隧道开挖扰动作用下突水、突泥灾变演化过程,建立了三维地质模型试验系统,以江西永莲隧道F2断层突水、突泥灾害为例,通过大量的材料配比及物理力学性能参数测试,研制出适用于流-固耦合模型试验的新型断层及正常围岩相似材料,对隧道突水、突泥灾害进行研究。试验结果有效地揭示了无支护条件下断层破碎带隧道的洞周位移、渗流压力、应力-应变以及突出物质量等特征参数对时效性的响应规律。随着时间的增长,渗流压力整体呈上升趋势,越靠近开挖面其波动范围及幅度越大;突出物质量在发生突水、突泥灾害前出现短时减小后迅速增加;洞周围岩拱顶以竖向位移为主,而拱腰以水平位移为主;在相同相应力状态下,拱腰位置应变比拱顶位置大。将试验灾变特征与现场实际演化过程进行对比分析,两者结果较为吻合。该系统可广泛应用于其他地下工程的模型试验研究,其研究方法及结果对类似工程研究具有一定的指导和借鉴意义。     

P波作用下跨断层隧道轴线地震响应分析

基于近场波动有限元方法并结合黏弹性人工边界条件,针对3D断层场地,通过求解等效二维场地地震响应,从而获得3D场地地震动输入的自由场响应,并将自由场响应转化为3D模型边界面上的等效节点力,从而建立含断层3D场地P波入射的倾斜输入方法。自由场算例验证所提方法具有较好精度,进而基于建立的输入方法,开展了跨断层隧道地震响应的数值模拟研究。数值模拟结果表明:在P波作用下,隧道跨断层部位处于拉、压、剪切的复杂受力状态,且断层处的隧道衬砌地震响应明显大于其他部位的地震响应;围岩的力学性质与断层的力学性质相差越大,断层处衬砌的地震响应放大越明显;断层处衬砌地震响应随断层深度的增加而增加。另外,跨断层隧道的地震响应受P波入射角度的影响较大,随P波入射角度的增加,断层处隧道衬砌的轴力、弯矩先增加后减小,而剪力具有逐渐减小的规律。     

穿越断层隧道地震响应规律动力对比试验研究

为研究断层隧道在地震作用下的影响规律,开展了穿越断层隧道的振动台对比试验,介绍了试验材料、相似比选取及动力加载情况。试验表明：地震作用下衬砌腰侧的受力明显大于顶部和底部,在进行结构设计时应进行加强;隧道衬砌具有一定的加速度放大效应,衬砌结构的加速度傅里叶谱值主要集中于中低频,在结构临近破坏时,加速度和应变响应值将发生突变;隧道衬砌裂缝发展与结构位置密切相关,地震作用下底部裂缝由内向外发展,腰部裂缝由外向内发展;断层走向与隧道纵向夹角越小,地震对隧道的作用越大,裂缝的发育越明显;隧道的最终破坏形式为管节本身的纵向拉裂缝和管节接缝处的错台组成。该研究成果为穿越断层隧道的相关设计提供参考。     

5.12汶川地震断层的同震位移构造意义与运动学模型

5.12汶川8.0级地震断层的同震位移方式、大小和空间变化为检验断层几何学、运动学与动力学分析理论与方法提供了一个现实范例。本文通过对汶川8.0级地震断层同震位移的几何学、运动学特征和可能的深部过程分析,并考虑到地震动力作用的影响,探讨了断层同震位移的地质意义和断层运动学模型问题,继而讨论了汶川8.0级地震过程中所呈现出的断层构造变形的现象对断裂构造分析的有关理论和方法的启示。提出了如下初步认识:(1)根据地震破裂面两侧地表高程差确定的断层垂直同震位移,并不完全是深部震源破裂的构造位移扩展到地表所致,而是包含了地震动力作用对断层破裂面两侧深部岩体的结构损伤破坏(膨胀)强烈程度差异所形成的非构造位移;(2)汶川地震的发震断层走滑-逆冲位移大小和方式的空间变化,可以用区域稳态构造应力和地震动力的联合作用给予合理解释,即断层的逆冲位移成分可以归因于为垂直断层的南东向的区域构造挤压应力作用之结果,而水平走滑位移则与震源体破坏过程形成的地震动力作用方向与不同区段断层的交角变化所致,即震源体上方映秀-北川断层南段和彭灌-江油断层,无论是区域构造应力,还是地震动力,都与断层走向近于直交,因此,断层以逆冲为主;而映秀-北川断...     

由古地震推断海地Enriquillo-Plantain Garden断层的地震危险性

海地的Enriquillo-Plantain Garden断裂带被认为是主要板块边界断层系之一。走滑性质的Enriquillo-Plantain Garden断层带紧邻太子港市而过,起初被认为是2010年1月12日M_w7.0级地震的发震断层。海地经历了1751年和1770年的大地震,但人们对Enriquillo-Plantain Garden断层带在这些地震中起的作用知之甚少。我们利用卫星影像、航空照片、激光雷达和野外调查这些方式证实了Enriquillo-Plantain Garden断层的第四纪活动性。我们指出断层晚第四纪左旋位移量达160m,并发现了一组可能与18世纪的一次地震有关的小位移,其位移量从1.3m到3.3m不等。小位移的幅度显示18世纪的那次历史地震大于M_w7.0,但是很可能小于M_w7.6。我们没有发现与2010年大地震有关的明显的地表破裂。没有地表破裂,加上其他的地震学、地质学、大地测量学方面的观察结果,表明2010年大地震时Enriquillo-Plantain Garden断层即使有,也只是很少的累积应变得到释放。这些结论证实,Enriquillo-Plantain Garden...