汶川大地震汉源县城建筑物震害调查

汶川地震中,距离震中约200公里的汉源县出现了明显烈度异常现象,汉源县城建筑物震害表现尤为明显.为了解释这一现象,在汶川大地震第一阶段科学考察中,相关调查小组对汉源县城建筑物震害开展了相应的调查.调查结果表明,该处烈度异常现象确实存在,烈度异常与该处局部场地条件有一定的联系.     

汶川特大地震汉源烈度异常原因的初步分析

远离震中的汉源县老县城在汶川大地震中遭到了严重震害,是Ⅵ度区内的唯一的Ⅷ度烈度异常区.汉源的地震烈度异常现象引起学术界的广泛关注.在汉源科学考察基础上,介绍了汉源震害情况,收集和整理了汉源县城及附近有关工程场地的强震和土体力学参数资料.通过背后山滑坡体有限元分析结果与汉源附近强震台记录的比较,从传递函数角度分析了背后山滑坡复活对烈度异常的影响,研究了汉源特殊土层结构对地震动的影响.结果表明,背后山滑坡的复活和特殊土层结构的放大作用等场地条件的影响是引起烈度异常的主要原因.所得结论对进一步分析汉源烈度异常的原因具有一定的参考价值.     

土层结构对汉源烈度异常的影响

汶川MS8.0大地震在远离震中近200 km的汉源县县城产生了高烈度异常, 其原因比较复杂．为了分析土层结构对汶川大地震中汉源县老县城高烈度异常的影响, 在汉源县城震害科学考察基础上, 依据地震烈度异常的分布情况, 在背后山滑坡前缘地带布设5个工程地质勘察钻孔, 获得了汉源县老县城场地土层结构资料．在现场测试和室内试验的基础上, 给出了汉源县老县城场地各层土体动力学参数．本文利用汶川地震九襄强震台的强震记录, 结合其台站的场地资料反演给出了汉源县老县城的基岩地震动时程, 作为地震反应分析的基岩输入地震动．在此基础上利用土层地震反应一维等效线性方法对汉源县老县城场地进行了地震反应分析, 并将计算所得结果与Ⅵ度区其它强震台站获得的强震记录进行比较．研究结果表明, 汉源县老县城土层结构对地震动的放大作用导致地表地震动异常, 是汉源县老县城高烈度异常的主要原因之一．      

汶川M_S8.0地震河谷地形对汉源县城高烈度异常的影响

汉源县城位于汶川M_S8.0特大地震六度区内唯一的八度异常区,为典型且罕见的远震高烈度异常区.汉源县城处于流沙河的河流阶地之上,河谷地形对地震震害有显著的影响.为定量分析河谷地形对汶川大地震汉源县高烈度异常的影响,基于汉源县城震害科学考察和场地勘察获取的资料,根据震害分布特征和流沙河谷地形的特点,选取1条实测得到的横切汉源县城并垂直流沙河河谷方向的典型剖面作为计算模型,以脉冲作为基底输入,采用有限差分方法研究了该剖面的场地放大效应,分析了地形对高烈度异常的影响.计算结果表明:汉源县城场地对地震动放大效应的显著频段是1.0~10Hz,且这一频段老县城场地的放大效应比新县城场地显著;汉源老县城场地对汶川M_S8.0地震主震的地震动有显著的放大效应,地表峰值加速度大大超过了抗震设计规范的规定值;汉源场地地形放大效应显著频段与汶川M_S8.0地震的能量集中频段基本吻合,汉源老县城建筑物的自振频率恰恰位于该频段,产生共振效应,从而造成更显著的放大效应,这也是汉源震害异常的主要原因之一.由此可见,河谷地形对地表地震动有重要的影响,在工程选址和抗震设计时应考虑其影响.     

汶川特大地震汉源震害异常研究

正2008年5月12日在汶川发生的8.0级特大地震,是新中国成立以来破坏最强、波及范围最广、救灾难度最大的一次地震。这次历史罕见的地震灾害所造成的巨大破坏,举国震惊,举世关注。距震中近250km的汉源县城为这一特大地震Ⅵ度区内唯一的Ⅷ度异常区,是十分典型而又罕见的远震高烈度异常区。汶川地震发生后,这一现象引起了国内外学者的广泛关注。探索汉源县城震害异常成因,总结其形成条件和地震动特征,对促进场地条件工程抗     

“5·12”汶川8.0级地震汉源烈度异常机理的初步探讨

本文通过总结分析汉源烈度异常主要特征,初步分析了导致烈度异常的可能原因。初步研究结果表明,“5·12”汶川8．0级地震震源过程及其能量释放空间分布和场地条件是导致汉源烈度异常的主要因素,同时莫霍界面反射波S11断层破裂带的阻震及激震效应等,也可能是汉源烈度的影响因素。探索汉源烈度异常对总结特大地震烈度分布、震害特征和成灾机理具有重要意义。为此作者提出,应在震害特征总结提炼的基础上,考虑震源机制、地壳介质、场地非线性等因素,对汉源烈度异常区进行全面的数值模拟,进一步确定汉源地震烈度异常的机理。     

汶川地震汉源县城高烈度异常区基岩地震动输入

合理的地震动输入是定量解释震害和烈度异常的基础.以汉源老县城震害为评价基准,确定了汉源老县城高烈度异常区的汶川地震基岩地震动输入.基于汉源老县城周边的九襄、清溪、宜东和乌斯河4个强震台站记录,采用LSSRLI-1程序反演给出了各自台站的水平向基岩地震动;选取汉源县城典型场地,利用LSSRLI-1程序计算给出了不同强震台站基岩地震动作用下的场地地表加速度时程和反应谱,以最可能引起汉源老县城震害的强震台站基岩地震动作为汉源县城的基岩地震动输入.研究结果表明:九襄台站反演的基岩地震动最可能反映汶川地震时汉源老县城的基岩地震动特性,因而用九襄台站的基岩地震动作为汉源老县城的地震动输入解释汉源县城高烈度异常现象是合理的.本文的研究思路为定量解释震害的地震动输入确定提供了重要参考.     

汉源县背后山滑坡动力稳定性分析

坐落于背后山古滑坡前缘堆积体之上的四川省汉源县在5.12汶川特大地震中出现了罕见的高烈度异常现象。针对此种现象,利用ANSYS有限元软件分析了汶川地震对背后山古滑坡稳定性的影响。通过有限元地震时程反应分析,计算得到了汶川地震汉源背后山滑坡的安全系数时程、速度时程及位移和应力矢量场,以此分析判断此滑坡是否发生整体滑动。在此基础上,针对坡肩附近等关键部位,分析其受力和振动速度效应,并运用4种安全系数确定方法计算了滑面和关键点的安全系数值。结果表明:背后山古滑坡在汶川地震中并未发生整体滑动,但在坡肩附近会出现局部拉张开裂,高烈度异常与滑坡滑动无关。     

汶川地震中一个特殊场地研究初探

为探明汶川大地震中汉源县城高烈度异常的原因,对汉源县城震害进行了科学考察。依据震害情况,首先考察了汉源县城的建筑结构破坏,在此基础上圈定了严重破坏范围,然后考察了几处液化现象,最后对背后山滑坡进行了考察,并作了简要分析。根据汉源县城震害科学考察的结果,对汉源县城5个场点进行了对比性的地脉动测试。测试结果表明,震害严重的汉源二中、老财政局和汽车站3个场地的自振频率较小,而震害较轻的流沙河左岸和萝卜岗2个场地的自振频率较大。初步揭示了汉源县城高烈度异常的可能原因是砂土液化、滑坡和场地软弱。     

汶川地震背后山滑坡稳定性与动力响应分析

2008年5月12日,四川汶川发生了8.0级特大地震,这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最广、诱发地质灾害最严重的一次强烈地震。此次地震震撼了整个中国,引起了全世界的关注。在距离震中约250km,坐落于背后山古滑坡体前缘堆积体之上的汉源老县城,出现了比周边地区高出两度的烈度异常现象。如此高的烈度异常现象引起了广大科研人员和政府相关部门的高度关注。为了科学合理地解释汉源老县城高烈度异常的原因是否与背后山滑坡有关,并进一步探讨地震作用下边坡的稳定性及动力响应等问题,本文对背后山滑坡开展了与地震相关的一系列研究。本文的研究对推动这一领域的研究工作具有重要的理论和工程意义。本文系统地归纳、总结和评述了边坡稳定性的研究进展,对背后山滑坡的工程地质条件进行了详细的调查,整理和分析了汶川特大地震背后山滑坡科学考察的全部资料。在此基础上,通过有限元数值模拟,对背后山滑坡的共振特性,静、动力稳定性以及动力响应等进行了计算和分析研究,得到了若干有意义的结论,主要研究成果如下:(1)对汉源县的震害及背后山古滑坡进行了科学考察。在汶川特大地震发生后,防灾科技学院科考组在中国地震局的统一指挥下,负责汉源和北川的科考工作,对汉源县城背后山滑坡进行了野外调查,获得了地形地貌、地层岩性、地质构造等详细资料,揭示了背后山有古滑坡存在,圈定了古滑坡的边界范围,明确了古滑坡的活动期次、特征及现今稳定性状况。调查分析结果显示,汉源老县城位于背后山古滑坡体的前缘,但并未发现古滑坡整体复活的迹象,只在坡体后部出现了几条张性裂缝。(2)建立了背后山滑坡的地质模型、力学模型和有限元计算模型。选取典型的地质剖面,建立滑坡的地质模型、力学模型和计算模型,并制定了计算方案。提出4种安全系数的计算方法,对背后山滑坡的静力稳定性进行了计算和分析,得到静力安全系数为4.09。结果表明,在静力条件下,背后山滑坡是稳定的,同时为滑坡的地震稳定性分析提供了初始的静应力场。(3)分析了背后山滑坡的共振特性。分别通过ANSYS有限元模态分析和谐响应分析,得到了边坡体固有频率和振型,以及位移与频率的关系(共振曲线)。对比分析汉源县附近强震台站记录到的地震动卓越周期,我们发现,滑坡的固有周期与其基本相近。现场考察发现,汉源老县城坐落于背后山滑坡体前缘之上,由此分析认为,可能是由于滑坡体发生共振而导致了汶川地震时汉源老县城的高烈度异常。(4)计算和分析了背后山滑坡的地震稳定性。分别用拟静力法和有限元动力时程分析法计算了地震作用下滑坡的安全系数,重点是运用后一种方法进行计算、分析和评价。通过有限元动力时程分析,得到滑坡在地震作用下的安全系数时程曲线,通过分析给出了滑坡最小动力安全系数值为1.1,由此判断,滑坡整体是稳定的。对于边坡稳定性评价,本文提出可以根据安全系数最小值是否大于1,边坡关键点速度时程末段是否趋于零,以及在地震动时程末段位移、应力矢量场大小几个方面来判断滑坡的稳定性。在判断滑坡整体稳定的情况下,针对坡肩、坡脚等关键部位,提出从受力情况和振动速度两方面对其进行局部稳定性的分析和判断,并计算了关键点处的安全系数。计算和分析的结果表明,汶川地震中汉源县高烈度异常现象与滑坡滑动无关,但在坡肩附近以及坡体上部小范围内有轻度的拉张开裂,这与实际调查现象基本符合。(5)分析和讨论了背后山滑坡的动力响应,以及地震动三要素对边坡动力响应的影响。具体计算分析中,本文在坡面上、滑体内、滑面上、坡体内设置了32个监测点进行计算和分析。计算结果发现:在坡面附近,动力响应加速度峰值相较于输入地震动加速度峰值达到3倍以上,即PGA放大系数达到3以上。并且边坡体各点PGA放大系数在竖向上随高程增加而增大;沿坡体坡面方向从左至右,PGA放大系数逐渐增大后缓慢减小。坡体水平位移在竖向上随高程增加而增大;沿坡体坡面方向从左至右,位移逐渐减小。坡面陡坎对加速度、位移响应的突变效应很明显。分析地震动三要素对坡体动力响应的影响可以看出,加速度、位移动力响应的绝对量随输入地震波振幅增大呈明显的线性增长关系,但位移、加速度放大系数保持不变,它们不受振幅的影响,只取决于岩土体材料以及频谱特性。随着输入地震波频率的增大,坡面上各点的PGA放大系数减小,位移峰值随输入地震波频率的增大而减小。持时对坡体加速度峰值响应的影响不明显。综上所述,本文在背后山古滑坡工程地质条件调查的基础上,建立了地质模型、力学模型和计算模型。采用有限单元法对背后山滑坡进行静、动力稳定性分析、共振特性分析、动力响应分析等方面的研究是可行并且有效的。本文研究结果表明,背后山滑坡在汶川特大地震中并没有发生整体滑动,只是在坡肩附近小范围内产生轻微的拉张开裂。汉源县老县城高两度的烈度异常现象与背后山滑坡整体稳定性无关,与滑坡体共振产生剧烈振动有关,坡面的加速度放大效应非常明显。此外,本文认为,对于避免地震作用下边坡的失稳问题,可以通过分析边坡响应变化趋势、响应最明显的位置以及产生共振反应的频率段等相关特征给出相应的抗震措施。