基于谱元法的玉田震害异常研究

玉田低烈度异常区位于河北省玉田县的中北部地区,该区在1679年三河—平谷8.0级特大地震和1976年唐山7.8级大地震中都表现出了明显的低烈度异常现象,是典型的低烈度异常区。唐山大地震以后,国内外众多学者对其异常的原因进行了较为深入的研究,取得了丰富的研究成果。作为一种探索,本文在已有研究成果的基础上,采用谱元法对异常原因进行了更为深入的研究。谱元法属于广义有限元法,是一种新的地震动数值模拟方法,具有计算精度高、收敛快以及易于实现并行运算等优点,用其进行数值模拟计算能大大减少内存需求和计算时间。近年来,该法取得了较快的发展,目前已成为进行大尺度、复杂地质结构模型地震动数值模拟分析的重要工具。破坏性地震震害异常机理的探索是进行场地条件对地震动影响研究的核心问题之一。本文为震害异常机理的研究提供了一种新的方法,这一工作对促进震害异常机理以及场地条件对地震动影响的研究具有重要的理论和实际意义。本文在对震害异常产生原因和研究进展进行详细归纳和总结的基础上,通过对玉田低烈度异常区已有研究成果和收集资料的分析,重点从基岩地形和土层特性两个方面,对玉田地区3个计算剖面的地震动反应进行了谱元法模拟,研究了玉田低烈度异常区的异常机理,得到了若干有意义的结论。本文取得的主要研究成果如下:(1)建立了玉田地区105m深度内的土层波速结构模型。根据收集的68个钻孔数据,从钻孔深度、覆盖层厚度、土层剪切波速以及场地类别4个方面对玉田地区土层的波速特性进行了详细分析,拟合得到了黏性土、砂土和碎石土剪切波速随深度变化的经验公式,再结合不同土层的波速特征,以平均剪切波速作为分类指标对玉田地区的土体进行了分层统计,建立了该区105m深度内的土体波速结构模型。(2)研究了基岩地形特征对地表地震动强度的影响。在对简单基岩凸起模型理论分析的基础上,通过对简单基岩地形模型的谱元法分析,从多个方面探讨了基岩凹陷或凸起地形对地表地震动强度的影响。结果表明,基岩凹陷或凸起地形的存在改变了地震波的入射角度,在使其出现多次折射与反射现象的同时,也使传播至凹凸变化区域的地震波向内汇聚或向外发散,从而导致与该区域相对应地表处的地震动强度整体得到加强或减弱,形成地震动强度相对增强区或减弱区。地震动强度相对增强区的范围较基岩凹陷区小,两者的比值随着基岩凹陷地形陡度和覆盖层厚度的增大而逐渐减小。地震动强度相对减弱区的范围较基岩凸起区大,两者的比值随着基岩凸起地形陡度和覆盖层厚度的增大而逐渐增大。(3)研究了玉田地区基岩地形对震害异常的影响。通过对玉田地区3个剖面6个基岩地形模型的谱元法分析,探讨了各剖面中基岩地形的变化对地表地震动强度的影响。结果表明,玉田地区地表地震动的强度受基岩地形凹凸变化的影响,且这种影响在玉田地区的南北方向上表现得较为明显。玉田县城下基岩凸起地形的存在,降低了城区内大部分区域的地震动强度,形成了地震动强度相对减弱区;而县城以北区域下基岩槽形洼地的存在,则增大了该区的地震动强度,形成了地震动强度相对增强区。相对增强区内的地震动强度为相对减弱区的2倍左右。地震动强度相对减弱区与震害异常区相对应,且其范围较基岩凸起区大。(4)研究了玉田地区土体对震害异常的影响。通过对玉田低烈度异常区内外土体模型的谱元法分析,从地震动强度和频谱特性两个方面,探讨了同一地震作用下异常区内外土体地震动反应的异同。结果表明,在0~105m的深度范围内,玉田异常区内外土体的地震动强度相差不大,且都具有大致相同的频谱特性。异常区内外土体对较低频段(异常区内为0.67~3.17Hz,异常区外为0.67~2.94 Hz)地震波都具有明显的放大作用,而对高频段(6 Hz左右)地震波则都具有一定的吸收作用,并且这种放大、吸收作用在水平方向上表现得尤为明显。(5)研究了玉田地区基岩地形和土体对震害异常的共同影响。通过对玉田地区3个实际剖面的谱元法分析,综合分析了基岩地形和土体对震害异常的影响。结果表明,基岩地形与土体的共同作用,在增大地表地震动强度的同时,更显著地加强了基岩凸起(凹陷)地形对地震波的发散(汇聚)作用,表现出了明显的低烈度异常现象。低烈度异常区的范围较基岩凸起区大,但与震后现场调查得出的0.2等震害指数包线相比,其在南北向的范围较小,东西向则相差不大。综上所述,在合理考虑介质各向异性、地质构造背景以及场地条件等多种影响因素的前提下,建立正确的计算模型,利用谱元法进行震害异常机理研究是可行、有效的。玉田低烈度异常区的出现,是基岩地形与土体共同作用的结果。其中,玉田地区基岩地形的凹凸变化,在加强玉田县城以北区域地震动强度的同时,也降低了玉田县城内大部分地区的地震动强度,从而使县城内大部分地区的地震动强度相对更低;玉田地区深厚覆盖层的存在,导致土体的卓越频率主要位于较低频段,这与唐山地震时区内建(构)物自振频率较高的特点正好相反,避免了共振现象的产生,降低了玉田地区建(构)物的破坏程度。基岩地形和土体的共同作用,使玉田城区内大部分区域的震害程度相对更低,从而形成了典型的低烈度异常区。     

底商多层砌体房屋地震倒塌机理及加固方法研究

<正>我国地震多发且震害严重,震害的主要表现是人员伤亡,而导致人员伤亡的最重要因素是房屋倒塌。汶川地震显示,在我国中小城镇,地震破坏严重的建筑结构类型主要有底商多层砌体结构、多层RC框架结构、多层砖混结构,其中极震区底商多层砌体结构倒塌比率达85%。分析这类房屋倒塌机理,提出相应的抗倒塌设计方法及对既有建筑抗倒塌加固方法十分必要。本文通过对汶川地震极震区中底商多层砌体结构好、坏两种典型代表进行深入剖析,通     

超低温混凝土力学性能与抗冻融耐久性研究进展

随着天然气等清洁能源需求的快速增长,液化天然气(LNG)安全存储已成为所面临的一个重要挑战。混凝土由于其良好的力学特性,是目前LNG存储结构的一种重要工程材料。近年来,LNG产业快速发展也推动了混凝土超低温性能的相关研究。在超低温环境下混凝土的性能与常温环境下存在很大差异。现有研究表明,超低温环境下混凝土的抗压、抗拉强度与弹性模量显著增强,学者们根据试验结果给出了不同的性能预测公式,并结合孔隙水-冰相变过程解释了其性能增强的机理。超低温冻融循环试验结果表明,混凝土超低温抗冻融耐久性较差,仅几个冻融循环后力学性能就显著降低。现有的常规冻融试验手段不满足超低温冻融条件,尚缺乏专门针对超低温冻融条件下混凝土性能测试与评价的规范标准。此外,目前相关成果由于试验仪器与测试过程的差异而难以相互参考。因此,亟需系统总结现有超低温冻融条件下混凝土性能试验结果,完善特殊条件下混凝土试验相关规范,并通过大量试验数据的深入分析,助力超低温混凝土研究水平的发展。为此,本文全面总结分析了目前国内外在混凝土超低温试验平台、超低温力学性能、超低温冻融破坏机理与抗冻融耐久性提升方面的研究进展,并结合对现状的认识和思考...     

兰州九州重塑黄土的抗拉变形破坏机理

通过对不同干密度及含水量的重塑黄土进行室内抗拉强度试验,探究轴向压裂法致使试样破坏的机理及一般规律。结果表明,黄土的抗拉变形破坏可分为4种类型：I类,高干密度低含水量（干密度大于1.65 g·cm^-3,含水量小于15%）,抗拉强度介于8~12 kPa;Ⅱ类,低干密度低含水量（干密度小于1.60 g·cm^-3,含水量小于15%）,抗拉强度介于4~8 kPa;Ⅲ类,高干密度高含水量（干密度大于1.65 g·cm^-3,含水量大于17%）,抗拉强度介于4~8 kPa;IV类,低干密度高含水量（干密度小于1.60 g·cm^-3,含水量大于17%）,抗拉强度介于3~4 kPa。I类、Ⅱ类破坏类型属于脆性破坏,Ⅲ类、IV类属于塑性破坏。重塑黄土抵抗变形最弱的含水量为15%。通过对比分析黄土、普通黄黏土、红黏土及膨胀土的抗拉强度发现,在最优含水量处,不同干密度下黄土的抗拉强度均最小。黏性土的持水能力远超过黄土。黏土及膨胀土的抗拉强度均在最优含水量处达到最大值,而黄土的抗拉强度随着含水量的增加持续减小。研究结果对黄土强度特性的理解具有一定的参考意义。     

某岩溶区公路岩土滑坡形成机理与治理

灰岩区复杂的岩体和土体条件引发频繁的滑坡,严重影响了岩溶区高速公路的建设和运营。以某高速工程典型的岩土双区滑坡为例,进行岩溶区滑坡机理研究,结果表明,岩土体及地形是内因,路堑开挖是外因,强降雨是诱因,滑坡机制概括为开挖应力释放—降雨推移（Ⅰ区土体）—牵引（Ⅱ区岩体）。通过极限平衡法的滑坡稳定性分析,卸载后滑坡达到了基本稳定,但是在降雨工况下,滑坡依然处于不稳定状态。针对这种滑坡特殊成因,采用以抗滑桩为主的综合分区治理滑坡方案,处治效果良好,具有降低造价,加快施工进度等优势。      

歙砚石金星金晕纹饰特点及其成因分析

在归纳总结歙砚石金星金晕纹饰类别的基础上,分析了金星金晕纹饰的形态特点;通过对金星金晕的纹饰矿物组成,化学成分检测,探讨了金星金晕纹饰的成因机理,同时研究了金星金晕纹饰命名分类规则,为歙砚金星金晕纹饰及其它纹饰的研究方法提供了科学的参考。     

纳米比亚欢乐谷地区白岗岩型铀矿成矿机理剖析

文章对纳米比亚欢乐谷地区白岗岩型铀矿的铀矿物学、成矿期次、主要控矿因素、成矿物质来源及成矿机理等进行了系统的研究,认为白岗岩型铀矿受到构造、岩性、地层、基性岩脉和后期热液活动等因素的综合控制。矿体主要产于褶皱的拐弯处、穹窿边缘及构造变异(转折、膨大)部位,这些构造为铀矿化提供了充足的赋存空间;同时千岁兰区域性断裂为铀的活化迁移提供了通道;在岩性方面,矿化白岗岩具有专属性,只有D、E型白岗岩成矿,其他类型白岗岩不成矿,而且矿化白岗岩主要侵入于卡里毕比组和卡塞布组;后期流体也对铀成矿具有叠加改造作用,该期铀矿化与侏罗纪基性岩浆的侵入密切相关。另外经研究发现,白岗岩型铀矿主成矿期铀来源于富铀的前达马拉基底,热液叠加改造期的铀可能来自于原生铀矿物本身,据此构建了一个全新的四阶段三期的"四维"成矿模式。     

济南白泉泉群形成机理研究

白泉泉群位于济南市历城区,有花泉、柳叶泉等20余处。20世纪五六十年代,因泉群四溢,形成一片开阔水域,泉群周围稻香四飘,荷塘遍地,因其独特的出露方式,在济南众多泉水中具有十分重要的地位。白泉泉域是一个相对独立的水文地质单元,南部以地表分水岭为界;北部以石炭、二叠系与岩浆岩接触带为界;东、西边界分别为相对阻水的文祖断裂和东坞断裂,总面积为783.48 km2。其南部山区大面积的寒武-奥陶纪石灰岩,大气降水在此入渗并向北径流,在王舍人、济钢附近遇到石炭、二叠系和岩浆岩体阻隔,在第四系薄弱处涌出地表。该文以前人所做的大量地质、水文地质工作为基础,从地貌、地层、构造、补给等条件入手深入分析研究了济南白泉泉群的形成机理,从而为白泉泉群的保护提供科学的地质依据。     

潮汐地电场特征及机理研究

以中国大陆一百个地电场台站的数据为分析基础,将潮汐地电场分类为近正弦形的TGF-A型和近梯形的TGF-B型.TGF-A型地电场与固体潮汐密切关联,基本分布在大面积水域附近,并与附近水域面积和距离、岩性结构、构造活动等因素有关.TGF-B型地电场与气潮作用产生的空间S_q电流关系密切,并与岩石饱和度、渗透率等有关.TGF-A型波形畸变揭示了岩石所受应力可能出现变异,导致岩石裂隙水周期性渗流突变;TGF-B型背景值跃变可能是岩石微破裂加剧导致地下水向破裂区渗流.两类潮汐地电场变异的机理可能是地电场数据应用于强震短临分析的理论基础.     

华北盆地强震孕育的动力学机制研究

强震活跃区通常出现在地壳变形剧烈的地区.但是,华北盆地地壳变形速率小,而破坏性强震却十分频繁.文中利用有限元方法对华北盆地发震断层下方可能存在的速度异常体进行了力学分析,计算结果显示：无论这个异常区是低速异常还是高速异常,在水平构造力的作用下（无论是挤压还是引张力作用）,应力及应变能密度都在空间某些区域积聚.根据本文的工作及前人的研究结果,认为华北盆地强震孕育的物理机制如下：华北克拉通在减薄、破坏过程中,浸入的岩浆或上涌的地幔物质经过漫长的地质时期演化,成为低速异常体.当断裂带下面存在这种低速异常体时,水平向构造力的作用,会使异常体上方应力集中、应变能积聚.当异常体上方的应力水平达到某种限度,介质发生破坏.在破坏过程中,异常体释放的能量,使断裂带上的应变能集聚速度加快;另一方面,异常体的破坏使断层的闭锁面积减小.随着外部构造应力的持续加载,当发震断层上的应力及能量积累达到一定极限,断层产生错动,发生强震.同时,文中结果还显示,断层在从闭锁、积累能量到解锁、发生强震的过程中,其下方的低速异常体起着重要的推进作用.