Numerical analysis of dislocations of the face slabs of the Zipingpu Concrete Faced Rockfill Dam during the Wenchuan earthquake

The Zipingpu Concrete Faced Rockfill Dam (CFRD) was obviously damaged during the Wenchuan earthquake in 2008. A wide range of dislocations occurred along the horizontal construction joints at EL. 845m, between the face slabs constructed in the second and third stages. The maximum displacement of the dislocations reached 17cm. In this study, the slab dislocations were investigated using finite element (FE) analysis. The method based on strain potential was applied to compute the permanent deformation of the Zipingpu Dam during the Wenchuan earthquake. The calculated magnitude of the slab dislocation showed good agreements with the field measurements. The dislocation mechanism was discussed. The results show that the dislocation of the concrete slab is a subsequent damage after the permanent deformation of the rockfill materials. The effects of the shear strength and the direction of the construction joints, the reservoir water level and the seismic waves were studied. The shear strength and the direction of the construction joints, reservoir water level and have a significant effect on the dislocation displacement. The dislocation can be effectively reduced by measures such as changing the direction of the construction joints or improving the shear strength at the horizontal joints.     

关于紫坪铺水库蓄水是否与汶川地震有关的影响因素综合分析

汶川地震后,紫坪铺水库蓄水是否触发了汶川地震在国内外学术界引起了广泛关注.除定性讨论外,许多学者也采用定量分析的方法进行了计算,但因计算结果不同而得出了不同的结论.本文从目前紫坪铺水库蓄水不同研究组定量计算中出现的争议为出发点,通过对水库蓄水定量计算基本原理和可能引起计算结果差异可能因素的分析,找出定量计算中的关键影响因素,了解目前水库蓄水定量计算中存在的不确定性问题所在.初步结果显示:计算方法、模型维数、扩散模型、震源参数和扩散系数等的取值不同是造成计算结果差异的主要因素,特别是裂隙岩体的扩散系数.在紫坪铺水库定量计算中模型维数的差别使得汶川地震震源处的库仑应力变化计算结果相差约3倍;仅考虑断层渗透率(把岩体渗透率视为无穷大)或仅考虑均匀各向同性的岩体渗透率(忽视断层渗透率),均具有片面性;震源机制解断层走向倾角的差异,会显著影响库仑应力大小计算结果,可到达2~7倍;不同扩散系数下,孔隙压力相差可达几百倍."紫坪铺水库蓄水是否能够触发汶川大地震的发生?",鉴于目前的研究成果,库仑应力变化在kPa量级,尚不能排除触发的可能性,但得出的蓄水震源处的库仑应力变化太低,在背景构造应力场不明确的情况下,也不能确定一定有联系.在未来的工作中需有针对性的进行野外考察和室内试验,改进模型,采用高性能模拟分析计算,并在此基础上对中国和世界多个水库地震触发机制进行对比研究,探讨不同机制下水库地震触发机制特点,进一步量化分析水库地震发生的力学机制及水库对构造活动的影响和作用机理.     

利用三维孔隙弹性模型探讨紫坪铺水库对汶川地震的影响

本文基于三维孔隙弹性理论,建立了紫坪铺水库及周边地区的有限元模型.根据紫坪铺水库开始蓄水到汶川地震发震时刻的水位变化情况,计算了整个区域的孔隙压力和库仑应力.详细讨论了断层及周围地层的弹性模量和扩散系数对计算结果的影响.计算结果表明:从弹性角度看,断层的弹性模量对汶川地震震源处的库仑应力影响很小;震源处的库仑应力随着断层和周围地层的扩散系数增大而增大.当给定弹性模量和扩散系数代表性值的时候,计算结果表明在汶川地震发震时刻,震源处的库仑应力变化量为+1 kPa左右,这表明紫坪铺水库使得汶川地震发震断层更加危险.是否这个量级的库仑应力就能够触发汶川地震还需要进一步探讨.通过分析库区周边小震的分布,发现小震分布区域均是库仑应力增加的地区,因此紫坪铺水库周边的小震应该与紫坪铺水库蓄水有直接关系.     

利用三维孔隙弹性模型探讨紫坪铺水库对汶川地震的影响

本文基于三维孔隙弹性理论,建立了紫坪铺水库及周边地区的有限元模型.根据紫坪铺水库开始蓄水到汶川地震发震时刻的水位变化情况,计算了整个区域的孔隙压力和库仑应力.详细讨论了断层及周围地层的弹性模量和扩散系数对计算结果的影响.计算结果表明:从弹性角度看,断层的弹性模量对汶川地震震源处的库仑应力影响很小;震源处的库仑应力随着断层和周围地层的扩散系数增大而增大.当给定弹性模量和扩散系数代表性值的时候,计算结果表明在汶川地震发震时刻,震源处的库仑应力变化量为+1 kPa左右,这表明紫坪铺水库使得汶川地震发震断层更加危险.是否这个量级的库仑应力就能够触发汶川地震还需要进一步探讨.通过分析库区周边小震的分布,发现小震分布区域均是库仑应力增加的地区,因此紫坪铺水库周边的小震应该与紫坪铺水库蓄水有直接关系.     

Distribution Characteristics of the Seismicity of Zipingpu Reservoir Region after the Wenchuan Earthquake

815 earthquakes recorded by 12 seismic stations of the Zipingpu reservoir seismic network in 2009 were relocated using the double difference algorithm to analyze the seismic activity of the Zipingpu reservoir.Relocation results show that the earthquakes are concentrated relatively in three zones.The distribution characteristics of focal depth are obviously different among different concentration zones.This means earthquakes in different concentration zones may have different causes.Compared to relocation of...     

The Focal Mechanism and Characteristic of Stress Field in the Zipingpu Area before the M_S8.0 Wenchuan Earthquake

Based on seismic wave records of the Chengdu digital seismic network and Zipingpu reservoir digital seismic network from August 16,2004 to May 12,2008 when the Wenchuan MS8.0 earthquake occurred,the parameters of focal mechanisms of 486 earthquakes with magnitude larger than M1.6 in the Zipingpu reservoir area were calculated using amplitude ratio method,meanwhile the temporal-spatial variation characteristics of mechanisms and stress field were analyzed based on these parameters.Results show a low ratio of thrust earthquakes and an increased number of strike-slip earthquakes in the reservoir water area in the period from 2006 to 2008.While in the areas far from the reservoir waterfront,the thrust earthquakes took up a high proportion and the strike-slip ones did not increase.The direction of mean principal compressive stress field was deflected and disturbed differently in each area before the Wenchuan MS8.0 earthquake.     

紫坪铺库区小震产生的库仑应力变化及其与汶川地震的关系

本文选取自2004年8月至2008年5月12日汶川地震发生前,紫坪铺库区发生的2.1 < M_L < 4.0的65次小震,分别计算了历次地震在汶川地震震源处产生的应力扰动量,随后根据不同机构给出的汶川地震震源机制解求取震源区的静态库仑应力改变量,讨论了紫坪铺库区小震与汶川地震的关系.在不同计算参数下,小震震群在汶川震源处产生的静态库仑应力扰动量之和为6±3 Pa,尽管分析认为小震群可能在汶川震源处产生较大的动态应力扰动,约为百帕量级,但均远未达到触发阈值,认为小震群并未直接对汶川地震有触发作用.推测小震群之间相互作用产生连续振动改变了周边区域介质的渗透率及强度,进而可能与汶川地震的发生具有间接关系.

     

A semi-empirical formula for evaluating residual strain of soils under earthquake loading

A new semi-empirical formula for evaluating the residual strain of soils under earthquake loading is presented in this paper based on the incremental method and the increment model proposed by the authors. When the incident loading is uniform, the results calculated by the new formula are nearly the same as those by the existing formula. For excitation of the random earthquake loading, the results calculated by the new formula are compared to the results obtained by dynamic triaxial tests. The dynamic triaxial tests had been performed considering different seismic waves, confining stresses,consolidation ratios, and types of cohesive soils. The comparison between the calculated and tested results indicate that the presented formula can efficiently and practically describe the time-dependent process of the soil residual strains under actual seismic loads.     

汶川8.0级地震前紫坪铺水库小震活动及震源参数研究

利用区域和水库地震台网记录的数字地震波资料,研究了汶川8.0级地震前的2000年1月1日～2008年5月11日紫坪铺水库区的地震活动及震源参数.结果表明:汶川8.0级地震前该区域小震活动持续,地震活动水平为M_L2～3,自2005年9月紫坪铺水库蓄水以来,特别是2008年2月地震活动明显增加,但从长期的序列来看,地震活动频次和强度仍在区域地震活动的正常起伏范围.汶川8.0级地震发生前近3个月内,中小地震的视应力差值△σ_(app)普遍大于0,计算得到的视应力总大于其拟合值.汶川8.0级地震震中位于低应力区,而相对较高的视应力差值分布在震中以东地区,局部出现视应力增加的现象.     

基于汶川地震同震地下水位变化反演含水层体应变

许多地下流体监测井在地震发生时都能记录到同震水位变化,而利用地下水位的同震响应特征以及水位固体潮效应可以反演地震对含水层产生的体应变量．本文尝试从大尺度上对大地震引起的体应变变化进行研究,为此收集了位于我国大陆不同构造活动区5口地下流体监测井两年半的水位数据资料进行分析,去除干扰项,提取出水位固体潮成分,进行调和分析求取潮汐因子,并反演出汶川MS8.0地震对这5口井所在含水层产生的体应变量．结果显示,汶川大地震对这5口井 含水层造成的体应变量基本在10-7量级. 地震引起的体应变随距离的衰减规律比较复杂,其不仅与震中距有关,而且与活动断裂带的展布和地壳岩体结构等密切相关．      

定量分析紫坪铺水库蓄水与汶川地震发生的关系

为分析紫坪铺水库蓄水与2008年汶川M_S8.0地震的关系, 通过求解二维孔弹耦合层状介质下解析解形式的扩散孔隙压, 获取了汶川地震发生前地震震源处的扩散孔隙压值。 在此基础上, 开展了汶川地震发生前, 地震震源处以及北川—映秀断裂带断层面上应力变化量的计算。 结果表明, 汶川地震发生前, 地震震源处的库仑应力变化量值较小, 为-0.001 MPa, 表明蓄水对汶川地震的发生具有一定程度的抑制作用。     

紫坪铺水库库区地震精定位研究及分析

利用双差定位法, 对紫坪铺水库台网8个地震台站记录到的2004年8月16日至2008年5月10日的1569个小震进行重新定位。 结果显示, 重新定位后的小震主要集中分布在龙门山推覆构造带的中央北川—映秀断裂、 前山灌县-江油断裂和后山汶川—茂汶断裂上, 其中大部分地震位于北川—映秀断裂并收敛于紫坪铺水库的两端, 走向NE向; 震源深度集中在5~15 km范围内, 平均深度为7.8 km, 15~30 km也有少量地震发生。 水库区域小震活动频度与水库水位存在一定的相关性。 精定位后, 到时残差的均方根平均值为0.048 s, 震源位置的估算误差在水平方向上平均为0.63 km, 在垂直方向上平均为0.51 km。 文中还讨论了紫坪铺水库区震源分布和地质构造的关系。     

汶川M_S8.0地震彭州灾区典型震害与成因初步分析

2008年5月12日14时28分汶川发生的8.0级大地震对我国四川省西部及西北部县市造成了特别严重,甚至是毁灭性破坏.基于现场调查资料,分析了彭州灾区的灾害空间分布,描述了典型建筑物破坏和大型滑坡体等地质灾害现象,并结合彭州地区房屋抗震设防情况,对此次地震灾害的主要成因进行了分析.结果表明,本次地震灾害的主要成因包括震级大、破坏力强,滑坡崩塌等地震地质灾害严重,农村建筑物缺乏必要的抗震设防措施等.在未来的规划与建设中,应避开断层、滑坡危险区域,并加强对农村地区建筑物的抗震设防指导.     

2008年汶川大地震对周围断层的影响

2008年5月12日的汶川地震明显地改变了区域地震的应力场．理解这种应力场的改变对周围断层构造加载进程和区域地震危险性的改变非常重要．本文以汶川地震的破裂为驱动源,计算了该地震造成周围断层上的静态库仑破裂应力变化．结果表明,汶川大地震的发生使得龙门山断裂北部和最南端、鲜水河断裂最南端、东昆仑断裂、陇县——宝鸡断裂、鄂拉山断裂、白玉断裂、日月山断裂南端、马边——盐津断裂南部、班公错——嘉黎断裂西部、则木河断裂的库仑破裂应力增加,量值达0.00001——0.06MPa．库仑破裂应力增加尤为显著的断裂量值分别为:龙门山断裂的地震断层南端最大增加0.01MPa、北端0.03MPa,秦岭南缘断裂的西南部最大增加0.03MPa,东昆仑断裂的东南部为0.007MPa,地震破裂断层西南部的鲜水河断裂为0.005MPa,西秦岭北缘断裂的天水——宝鸡段为0.004MPa,陇县——宝鸡断裂为0.0003MPa．该地震还使得龙日坝断裂、怒江断裂、西秦岭北缘断裂西部、秦岭北缘断裂、庄浪河断裂、日月山断裂北部、海原断裂、岷江断裂、玉树——玛曲断裂、金沙江断裂的库仑破裂应力减少;减少尤为显著的断裂为龙门山断裂的断层破裂段、岷江断裂和鲜水河断裂的炉霍段,其库仑破裂应力减少分别达0.04——0.7MPa,0.001——0.1MPa和0.008——0.01MPa．本次地震在小金河、安宁河和大凉山断裂面上产生的库仑应力变化很小,对断层地震活动没有显著影响．      

汶川地震强余震与引潮力关系的初步研究

以汶川地震为例,统计分析2008年5月12日—2009年9月30日5级以上强余震与引潮力的关系,发现平行断层方向的线应变引潮力峰(谷)值时间与汶川地震及强余震发震时间的对应关系较好,且其对应程度与断层性质有关。综合分析认为,引潮力可能是地震的诱发因素之一。     

汶川8.0级地震地表变形局部化样式与建筑物破坏特征关系初步研究

以汶川地震地表形变带的实地测量数据为基础,结合沿实测地震地表变形剖面建筑物破坏情况的调查与测量,分析了不同地震地表变形类型及其建筑物破坏特征,定量化地讨论了地表变形梯度与建筑物破坏程度间的关系.提出无论地震地表变形表现为何种类型的断层陡坎,强变形均局部化在宽10~30 m的地表破裂带内;建筑物受损情况最直接的影响是建筑物所处地点的地表变形梯度,地表变形梯度大于0.1的地段,建筑物均完全被摧毁;地表变形梯度在0.07~0.1间的地段,建筑物遭受严重损坏,产生倾斜及强烈变形等;地表变形梯度在0.03~0.07间的地段,建筑物可能受到中度损坏,产生倾斜及变形等,具有抗震设防能力的建筑物一般不会倒塌;地表变形梯度小于0.03的地段具有抗震设防能力的构建筑物一般只会受到轻度损伤或基本完好.     

汶川、鲁甸、康定地震前应变数据由自洽到失洽的转变与地震成核

根据四分量钻孔应变观测的弹性理论模型,四个分量的观测值 S1、S2、S3、S4之间存在“自洽方程”：S1＋S3＝S2＋S4。“十五”期间新建的“数字地震观测网络工程”四分量钻孔应变观测系统中已有一批台站,无论是几天的短期数据,还是6年以上的长期数据,两组面应变相关系数 k 值都超过了0．99。k 值不受降雨、河湖水位、机井抽水等外界干扰影响,具有稳定性。但姑咱台和昭通台,分别在汶川8．0级、鲁甸6．5级和康定6．3级地震前,观测到了 k 值发生明显变化即数据自洽性遭到破坏的现象。导出自洽方程的条件是安装应变仪钻孔附近岩石完整及应力源与观测点间介质的连续性要求,由此,作者认为,姑咱台和昭通台面应变相关系数发生变化可能由于台站附近发生的大地震的地震成核过程中震源区地层介质连续性逐渐受到破坏所致。     

紫坪铺水库附近都江堰震群小震震源机制解分析

2008年2—4月,位于汶川大震初始破裂点的紫坪铺水库附近发生了一系列的小震活动,它们与汶川地震和紫坪铺水库小震的关系值得研究。本文采用CAP方法,反演了紫坪铺水库7个专用数字地震台站的数据,得到震级大于M_L 1.0的28个震源机制解。结果表明:有19个地震事件集中在紫坪铺水库东南方向的都江堰附近,最大地震为逆冲型,发震机制为逆冲型带走滑分量,少量带正断层分量;从深度剖面看,地震震源深度主要集中分布在地下13km附近区域,都江堰震群丛集在前山断裂带上,其它地震散布在中央断裂带上;发震最大主压应力方向随时间的变化具有从最大主压应力方向变化比较大到趋向一致的演化过程。这些现象说明龙门山断裂带在都江堰附近存在1个凸凹体,形成应力集中点,引发都江堰震群活动,由此迫使龙门山断裂带前山断裂发生逆冲性活动,从而加剧了龙门山断裂带中央断裂的活动,在一定程度上加速了汶川地震的发生。     

关于汶川8.0级地震前两项异常真伪的探讨

2008年5月12日汶川8.0级地震前出现了成都台重力和姑咱台钻孔应变异常现象,是否属于地震前兆还存在争论.本文针对这些问题,分析了可能存在的环境因素影响及其引起的测值变化形态特征,并以实验方法验证了对姑咱台钻孔应变异常原因的推断.结论表明,成都台重力震前异常是由台风活动引起,姑咱台钻孔应变异常是钻孔内水位干扰所致.     

汶川8.0级地震绵竹市桥梁震害分析

汶川8.0级地震中桥梁破坏严重,根据现场调查资料对绵竹市公路桥梁的震害进行了分析。首先介绍了绵竹市地质地貌、烈度分布与桥梁的概况,然后对绵竹市桥梁震害进行统计和分析,介绍了几个典型的桥梁震害,最后给出结论和建议。