汶川地震强震区地震诱发滑坡与后期降雨诱发滑坡控制因子耦合分析

本文以汶川地震强震区北川县典型研究区为例,利用高分辨率航片、SPOT5卫星图像对北川县典型研究区进行了512地震之后和924降雨之后诱发的滑坡解译,解译结果显示:512地震诱发滑坡1999个,924强降雨诱发滑坡828个,924强降雨导致原有地震滑坡面积扩大的滑坡150个。研究表明:地震和强降雨都是诱发滑坡的动力成因,924强降雨诱发的滑坡面积是512地震诱发滑坡面积的1/4倍,强降雨诱发滑坡的数量增加了41.4%; 强降雨不仅诱发新的滑坡,而且促使原来地震滑坡复活,并扩大其面积,强降雨导致地震诱发的滑坡面积扩大了原面积的68.7%。同时,在遥感解译数据基础之上,开展地震诱发滑坡与降雨诱发滑坡规模对比和控制因子耦合分析及地震与降雨耦合灾害链模式研究,为进一步分析研究地震灾区滑坡的产生、发展趋势、危险性和风险评价等预测预报提供科学依据,也为汶川震区恢复重建中的减灾防灾提供决策参考。     

不耦合装药爆破对硬岩应力场影响的数值分析

爆破地震勘探石油是一种重要的方法,但爆破地震效应与爆破参数、地质条件等密切相关。采用动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对柱状炸药与药孔壁之间为空气或其他介质以及空隙间距变化时碳酸盐岩岩石中爆炸应力波的传播规律和爆炸地震波能量的衰减特性进行了数值模拟研究,得到了不耦合装药爆炸时岩石应力、振动速度的衰减规律以及与不耦合系数、间隙介质的关系,分析了不耦合效应对爆炸地震波能量的影响。研究表明,不耦合或耦合不好时会使岩体中爆炸应力波的强度大大降低;耦合状态对岩体应力及速度的衰减系数和衰减指数影响较大;在空隙中注水或灌满泥浆会改善它们的耦合关系,增大下传的爆破能量。所得成果可为我国西南地区优选适合碳酸盐地层地震勘探的激发因素提供技术途径和方法。     

1556年陕西关中华县特大地震地质灾害遗迹发育特征

1556年陕西关中华县8 1/4 级特大地震造成地表强烈变形破坏,灾害群发,伤亡惨重,是史载灾害极端严重的具有世界对比性的特大地震。地表现存的华县特大地震地质遗迹清晰完整,具有重要的地震灾害比较学意义和地震地质学研究价值。本文在深入调查关中盆地东部的渭南、华县、华阴、潼关等高烈度区地震地质遗迹的基础上,重点对发震断层、地震裂缝、地震山崩与地震滑坡等4类典型地质遗迹的发育特征进行了调查分析。结果表明,华县特大地震的典型地震地质遗迹的形成机理是地震动力与区域构造应力场、场地岩土体性质、地形地貌特征、水文地质等要素和作用的耦合结果。华县地震地质遗迹具有重要的科考科普价值和开发应用前景,应积极开展评价和保护工作,发挥地质遗迹的社会和经济效益。     

输水隧道地震响应的多物质ALE数值分析

为研究浅埋输水隧道内部流体对隧道地震响应的影响,考虑黏弹性人工边界、土壤的非线性、隧道结构刚度有效率及流-固耦合作用,建立了双线隧道-土体-流体相互耦合作用的力学模型。通过刚度折减试验得到衬砌环环向、径向、轴向刚度,进而引入正交各向异性连续材料作为衬砌材料模型。采用基于任意拉格朗日-欧拉（ALE）描述法的流-固耦合方法,对上海某大直径双线输水隧道在流体作用下的地震响应进行了分析。通过与等效密度法对比,验证耦合模型对于处理输水隧道多物质非线性耦合抗震问题的可行性。计算结果表明,在水平方向地震激励下,无论一致激励或是非一致激励流体对隧道地震变形和内力都有较大影响,但对位移影响较小;对于不同隧道内水量,隧道弯矩均集中于衬砌隧道45°交叉斜线位置;相比于一致激励,非一致激励增强隧道地震位移和变形响应是明显的。     

都江堰庙坝地震高位滑坡特征与成因机理研究

5 12 汶川地震诱发了数以万计的滑坡,其中有一类地震高位滑坡呈现出不同于典型滑坡破坏运动模式,都江堰市虹口乡庙坝滑坡就是其中的典型代表。庙坝滑坡位于龙门山中央断裂带中段,滑坡方量约113104m3。作者通过对庙坝滑坡详细深入调查和综合分析,力求揭示该滑坡的特征及形成机制,并且对该滑坡进行了详细分区。根据该滑坡的分区及动力特征,作者认为其形成过程可概括为:孕育-启动加速-高速运动-停积堆积。在孕育阶段,作者把强震对斜坡岩体产生的加速度耦合坡体结构解释了其高速剪出的原因,其成因模式类似于拉裂-散体滑移拉裂-顺层滑移的空间组合; 在启动高度运动阶段,作者耦合该滑坡地形地貌,对抛射体进行了运动程式分析,该滑坡平均运动速度为20.1m s-1,整个形成过程仅用了32s; 在停积堆积阶段,作者耦合坡体植被及微地貌解释了上部堆积区(Ⅲ1)形成的特殊性。基于以上滑坡形成机制的分析,作者得出地球内外动力的耦合作用正是该地震高位滑坡形成的原因。     

地震纵横波时差耦合作用的斜坡崩滑效应研究

多次典型地震的灾后实地调查都表明震中附近的竖向地震力作用十分明显,而传统的斜坡动力响应分析仅考虑了水平地震力的作用。文中运用离散元数值模拟技术,对震中附近的斜坡体在具地域性和空间非均质性的地震纵横波时差耦合作用下产生崩滑破坏的动力全过程进行了研究,确定了地震动力作用触发的震中附近斜坡体崩滑破坏的形成机制及主控因素。研究表明:对于地震作用下震中附近的斜坡体崩滑破坏,由于纵横波作用的时间差较短,其崩滑形成机制多为受地震纵横波的耦合作用,即竖向周期拉压与水平周期剪切的耦合作用,在此基础上又以纵波的竖向拉伸作用占优,即表现为拉剪破坏形式;此外,在地震构造组合机制、岩体结构与构造、斜坡岩体风化程度及物理力学参数等因素既定的情况下,地震力作用（即地震纵波的周期拉压和地震横波的周期剪切耦合作用）是诱发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素,而斜坡所处地形（如高程差、沟谷延伸方向）则是促使破坏后的斜坡体形成后续碰撞解体及碎屑流等运动过程的控制诱发因素。     

水平和竖向地震作用下液化场地群桩基础动力响应试验研究

为研究水平和竖向(双向)耦合地震作用下液化场地群桩基础的动力响应,设计了可液化地基-群桩基础-框筒结构动力相互作用体系振动台模型试验。选取不同类型模拟地震波作为振动台试验激励,通过对比水平地震作用和双向耦合地震作用下土体加速度、超孔隙水压力和群桩应变等试验结果,进而分析双向耦合地震作用对可液化地基和群桩基础动力响应的影响。研究结果表明:双向耦合地震作用下,液化场地土体竖向加速度峰值随土体埋深高度的减小而逐渐增大;饱和砂土的液化效应与双向耦合地震作用和输入地震波的类型有关;相比水平地震作用,不同种类波双向耦合地震作用下群桩基础桩身中部和底部的应变峰值增大,桩顶应变峰值变化略有不同;双向耦合地震作用加剧了建筑结构群桩体系的摇摆和倾斜。研究结果对可液化地基上群桩基础的抗震设计和防灾减灾具有十分重要的研究意义。     

汶川地震内外动力耦合及灾害实例

内动力和外动力地质作用是地质灾害形成过程中不可缺少的两种作用, 但是, 以往的地质灾害研究偏重于外动力作用, 对于外动力与内动力耦合作用的形式, 由于缺少直观的实例, 只能根据经验感觉进行判断和定性的研究。四川汶川M_S8.0级地震在给人们带来灾难和损失的同时, 也给人们认识内外动力耦合作用形式提供了机会。本文在龙门山地区地震地质和地质灾害调查的基础上, 总结了山区地震地质灾害形成过程中内外动力耦合作用的主要表现形式, 主要包括活动断裂和风化作用的耦合、岩土体结构与变形破坏形式的耦合、地震力与地形地貌的耦合以及地震力与地下水的耦合等。采用实例剖析了地震滑坡形成过程中各种地质作用及其产物之间的相互联系, 对于认识地震地质灾害形成机理和发育规律具有一定的指导意义。      

水平和竖向地震作用下液化场地群桩基础动力响应试验研究

为研究水平和竖向（双向）耦合地震作用下液化场地群桩基础的动力响应,设计了可液化地基—群桩基础—框筒结构动力相互作用体系振动台模型试验。选取不同类型模拟地震波作为振动台试验激励,通过对比水平地震作用和双向耦合地震作用下土体加速度、超孔隙水压力和群桩应变等试验结果,进而分析双向耦合地震作用对可液化地基和群桩基础动力响应的影响。研究结果表明：双向耦合地震作用下,液化场地土体竖向加速度峰值随土体埋深高度的减小而逐渐增大;饱和砂土的液化效应与双向耦合地震作用和输入地震波的类型有关;相比水平地震作用,不同种类波双向耦合地震作用下群桩基础桩身中部和底部的应变峰值增大,桩顶应变峰值变化略有不同;双向耦合地震作用加剧了建筑结构群桩体系的摇摆和倾斜。研究结果对可液化地基上群桩基础的抗震设计和防灾减灾具有十分重要的研究意义。     

考虑残余体应变的土石坝地震永久变形分析

地震永久变形是评价土石坝抗震稳定性的一个重要依据,其合理计算需要同时考虑材料的残余体积应变和残余剪切应变的影响。因此,在过去提出的永久变形等效节点力计算方法的基础上,通过考虑剪切压缩耦合作用来反映残余体积应变对地震永久变形的影响,并推导了相应的模量矩阵,明确了参数选择和计算步骤。对典型单元体的残余变形模式进行了分析,计算得到的剪切应变和体积应变大小均与理论值相符,验证了模量矩阵的可靠性。在此基础上,对心墙堆石坝和面板堆石坝的算例进行了计算,重点分析了竖直向、顺河向和横河向3个方向永久变形分布,并与实测规律进行比较。计算结果表明,考虑残余体应变之后,所提方法能够反映土石坝地震永久变形以沉降为主、水平变形相对较小的特点,可更为合理地反映地震永久变形的规律。     

上海软土的非饱和特征研究进展

本文通过上海软土的土水特征、非饱和三轴剪切等试验,以及非饱和相对渗透系数预测等手段,获取了上海软土的非饱和特征参数:上海地区软土(粉质粘土、粘质粉土)的进气值在120~250kPa,且随土体颗粒粒径的增大而减小;残余吸力约为10~20MPa,并随土体颗粒粒径的增大而减小;减饱和过程具有明显的阶段特征;低吸力范围(0~1400kPa)内,上海浅部第21土层的土水特征存在明显的滞后性;上海非饱和软土的渗透性参数随吸力(含水量)呈现非线性变化,吸力增加(含水量降低)渗透性快速降低;低吸力范围内,上海软土(4层灰色淤泥质粘土)非饱和强度与吸力基本呈线性增长关系,非饱和土抗剪强度参数φb=10.6°。     

上海地区地震放大效应的初步探讨

上海地区地震反应敏感,经常出现烈度异常,究其原因主要与深厚松散堆积层的地震放大效应有关,本文主要从井下基岩与地表土层的地动位移、地震烈度及加速度峰值几方面论述了上海地区的土层地震放大效应。     

上海典型黏土小应变剪切模量现场和室内试验研究

土体小应变剪切模量在基坑、隧道等地下工程的计算分析中有着重要作用,越来越受到人们的关注。虽然上海地区地下工程项目的建设规模不断扩大,但关于上海典型黏土层的小应变剪切模量的研究相对较少。分别采用现场波速测试和室内弯曲元试验对上海典型黏土层的初始剪切模量进行了研究。试验结果表明：在减小土样扰动、保持土样应力状态与原位土体等效的基础上,弯曲元试验得到的初始剪切模量与现场波速测试相一致;考虑了土体应力状态和孔隙比的经验公式能够合理地描述上海典型黏土层初始剪切模量的变化规律,并给出了各土层的经验参数。试验结果可为上海地区地下工程计算分析中小应变剪切模量的估算提供参考。     

地层结构对砂土液化影响的有效应力动力分析

跟据上海市区典型土层的力学参数,构造不同地层组合的计算剖面,利用Biot固结理论和亚塑性边界面模型的排水有效应力动力分析法,研究地层结构对砂土液化的影响。分析发现：上履土层厚度增加时,砂土峰值孔压比随之减小;上履土层较软时, 砂土峰值剪应力先增加、后减小;较硬时,峰值剪应力单调增加。下卧土层越厚,砂土层的峰值孔压比越小,峰值剪应力愈大,总体变化都不大,但下卧土层较软时,砂土层的峰值孔压比变化相对明显。     

非饱和上海软土水力和力学特性耦合弹塑性模拟

目前大多数非饱和土的弹塑性本构模型用非饱和击实土的试验结果进行验证,但现场其他类型的土,如沉积土经常有在非饱和状态下外部环境变化的情况。现有的非饱和土弹塑性模型是否适用于沉积土一类的现场土是需要研究的课题。进行非饱和上海第③层土的吸力控制排水排气三轴剪切试验,使用文中提出的能统一考虑非饱和土水力性状和力学性状的弹塑性本构模型,预测上述三轴试验结果,并与试验数据进行比较。比较结果显示,建立的本构模型能够很好地预测非饱和上海软土的水力和力学性质,说明该模型不仅可以适用击实土的预测,还能够很好地适用于其他类型非饱和土的水力和力学性质的模拟。     

考虑固结历史的结构性软土路基沉降数值模拟

沿海地区广泛分布结构性海相软土,给公路运营带来很多安全隐患。通过研究某高速公路江苏段,提出了基于Shanghai软土本构模型,利用现有路基下软土的固结试验结果反推施工前原状土本构参数取值的方法。通过水-土耦合有限元程序模拟路基长期沉降,分析了土层结构性、渗透性、软土层厚度对路基沉降发展的影响。结果表明,土层初始结构性越强,加载阶段孔隙累积值越大,施工沉降越大;工后土体结构性变化越大,土层压缩越明显。土体渗透性影响路基沉降,渗透性越小,累积孔压越大,沉降时间越长,总沉降量与工后沉降占比越大。软土层厚度影响路基沉降发展,土层越厚,路基最终沉降越大,沉降稳定时间越长。     

地下水位变化模式下含水砂层变形特征及上海地面沉降特征分析

土体变形特征与其经历的应力状态有关。由于抽灌水位置和水量的变化,同一土层中不同时期的地下水位可以呈现不同的变化模式,土层表现出不同的变形特征。论文根据上海1400多个水位孔近40a的水位观测资料和各土层的变形资料,从土层变形角度将地下水位的变化方式划分为5种模式。分析了每种地下水位变化模式下土层的变形特征,并进一步分析了上海地面沉降在时间和空间上的特征。分析结果表明:地下水位的变化模式对上海土层的变形有显著影响。同一土层在不同的水位变化模式下可表现为弹性、弹塑性或粘弹塑性的变形特征;地面沉降与地下水开采量、地下水开采层次与主要沉降层具有密切的关系,开采地下水是上海地面沉降的主要原因;与现阶段含水层的水位变化模式相联系,第四承压含水层是上海最近几年来地面沉降的主要沉降层。     

上海市第四承压含水层变形特征研究

上海市自1968年调整开采层次以后,第四承压含水层逐渐成为地下水主要开采层次,历史上曾因过度开采利用地下水而成为主要的压缩土层。本文依据上海市长期的地下水位和地面沉降监测资料,总结了第四承压含水层在不同水位变化条件下的变形特征,同时根据压缩试验资料,对第四承压含水层变形机理探讨,为合理开发利用地下水资源提供理论依据。     

上海深厚饱和覆盖土层的动力耦合地震反应分析

上海的第四纪沉积土层呈水平层状分布，市区的土层厚度约为270－290m，年平均地下水位0.5-0.7m。上海地区上覆深厚、饱和的沉积土层，对土层的地震反应特性具有重要的影响。基于动力耦合理论，将上海深厚饱和覆盖土层视为由固相和液相组成的两相饱和多孔介质，建立了能够反映上海土层深厚、饱和特点的地震反应计算模型。然后应用该模型，以El Centro,Taft，苏南和唐山地震波作为基岩输入加速度，对深度280m的上海深厚覆盖土层进行了动力耦合地震反应计算，并对加速度、振动孔隙水压力和地基震陷结果进行了分析。     

Influence of seismic motions on behavior of piles in liquefied soils

In the present study an analytical procedure based on finite element technique is proposed to investigate the influence of vertical load on deflection and bending moment of a laterally loaded pile embedded in liquefiable soil, subjected to permanent ground displacement. The degradation of subgrade modulus due to soil liquefaction and effect of nonlinearity are also considered. A free headed vertical concrete elastic nonyielding pile with a floating tip subjected to vertical compressive loading, lateral load, and permanent ground displacement due to earthquake motions, in liquefiable soil underlain by nonliquefiable stratum, is considered. The input seismic motions, having varying range of ground motion parameters, considered here include 1989 Loma Gilroy, 1995 Kobe, 2001 Bhuj, and 2011 Sikkim motions. It is calculated that maximum bending moment occurred at the interface of liquefiable and nonliquefiable soil layers and when thickness of liquefiable soil layer is around 60% of total pile length. Maximum bending moment of 1210 kNm and pile head deflection of 110 cm is observed because of 1995 Kobe motion, while 2001 Bhuj and 2011 Sikkim motions amplify the pile head deflection by 14.2 and 14.4 times and bending moment approximately by 4 times, when compared to nonliquefiable soil. Further, the presence of inertial load at the pile head increases bending moment and deflection by approximately 52% when subjected to 1995 Kobe motion. Thus, it is necessary to have a proper assessment of both kinematic and inertial interactions due to free field seismic motions and vertical loads for evaluating pile response in liquefiable soil.