2023年积石山6.2级地震诱发大规模黄土液化流滑的特征与启示

2023年12月18日23时59分,甘肃省积石山县发生了6.2级地震,震中位于北纬35.7°,东经102.79°,震源深度10 km。本次地震在距震中约20 km的青海省海东市民和县永川乡金田村和草滩村二级阶地黄土台塬地貌下引发了长2.5 km的大规模液化流滑灾害,引起了国内外的高度关注。笔者在震后立即对该液化流滑灾害和地震动特征进行了现场联合调查,基于现场考察、无人机现场勘测、钻孔勘探、电法探测、参考历史同类灾害的前期研究成果等手段,初步查明了液化流滑的特征与机理。结果表明,该液化流滑是由于地震触发11 m深度以下地下水饱和的黄土层大面积液化,上覆土体随液化土体沿液化层带顺着2°~3.5°的缓斜坡方向流滑进入冲沟,然后,沿坡度为1.5°~5°的冲沟向下游继续流滑。在流滑过程中,液化土体中喷涌出的大量水与上覆土体中高含水率表层土中的水不断与流滑土体搅合揉搓使得流滑混合体在到达冲沟中下部的拦洪坝之前,已经演化为泥流。在遇到拦洪坝受阻漫溢到左右两岸的同时,泥流转而也进入了左侧另一条相邻冲沟一定距离,最终拦洪坝溃坝,泥流继续下泄到了金田村和草滩村,造成两村51户房屋被埋或冲毁,20余人死亡,泥流最终停止于两村下游约317 m处。并在结论中得到了评估与减轻此类灾害风险的启示。

钢筋混凝土构件修复加固与抗震性能比较

钢筋混凝土框架结构在地震作用下应满足强柱弱梁等抗震设计理念,但由于设计和施工各种综合原因所致,在历次地震中,规范要求的"强柱弱梁"理想破环机制始终没有出现,竖向承重构件遭受了不同程度的损伤和破坏,不满足现有规范的相关规定,为了保证钢筋混凝土竖向承重构件不先于水平构件破坏,对于一些重要位置的钢筋混凝土构件进行修复加固显得十分重要。本文以加大截面加固法、外贴碳纤维加固法、喷射混凝土技术加固法、外包钢加固法、外包粘钢加固法等加固处理方式为例,对钢筋混凝土构件的修复加固方法及其抗震性能进行对比分析。研究对于钢筋混凝土构件的修复加固工程具有一定的参考价值。

2016年1月21日青海门源M_S6.4地震甘肃灾区震害特点分析

通过对2016年1月21日青海门源M_S6.4地震的发震构造、房屋震害的现场科学考察,系统的介绍了本次地震的发震构造、烈度分布、建筑物震害特征、地震地质灾害分布及特点、不同烈度区房屋震害特点,并对破坏机理进行分析讨论总结此次地震灾害的特征及影响,对今后抗震设防和防震减灾工作有启示作用。

大型振动台试验土质边坡模型材料相似性及评价

大型振动台模型试验是边坡动力响应和破坏模式研究的重要手段,其中相似材料的选择是决定试验能否成功的关键。以黄土地区2类典型边坡为研究对象,在对滑坡体原状土样开展室内土动力学测试的基础上,提出6种相似比条件下振动台模型试验相似材料的配比方法;对2种相似比条件下相似材料的参数进行量纲分析,依据相似判据、相似准则的约束,以模糊数学理论进行优化,并提出大型土质边坡振动台试验的材料相似性评价体系。

粉煤灰掺入量对改性黄土动本构关系的影响

通过重塑非饱和试件的动三轴试验,开展了粉煤灰改性黄土的动力特性研究。探讨了动荷载作用下粉煤灰改性黄土的动应力-动应变关系,考察了粉煤灰掺入量对改性黄土动本构关系、动弹性模量和阻尼比的影响。研究结果表明,对应于不同粉煤灰掺入量的改性黄土其动本构关系均服从双曲线模型,但试验参数a、b均随粉煤灰掺入量的增大而减小。动弹性模量随着粉煤灰掺入量的增加而增加,而阻尼比明显减小。粉煤灰改性黄土的最佳粉煤灰含量在15%～20%之间。

黄土地震滑坡的触发类型、特征与成灾机制

基于现场调查勘探、无人机航测和大型振动台试验,系统研究了黄土地震滑坡的触发类型、特征与成灾机制。结果表明,黄土地震滑坡在空间分布、单体规模、致灾范围、平面形态、地形水文条件、地震动强度、土层厚度、与发震断层关系等方面具有显著特征。黄土地震滑坡从触发机理角度可划分为剪切型滑坡、液化型滑坡、震陷型滑坡三种类型。剪切型滑坡根据滑动面地层岩性可进一步分为黄土层内滑坡、黄土与泥岩接触面滑坡、切入基岩的切层滑坡;液化型滑坡可根据液化层位置划分为底部液化滑移型、表层液化泥流型、底-表层联合液化滑流型等。震陷型滑坡可根据坡体破坏形式细分为陷滑型、崩滑型等两种。本文可为黄土地震滑坡的风险评估与防控提供科学依据。

黄土斜坡变形失稳破坏特征的振动台模型试验

基于低含水率黄土纯土层、低坡角斜坡、1∶25相似比的振动台模型试验,研究了黄土斜坡在地震作用下的变形发生和失稳破坏过程及其加速度和应力响应特征,对典型黄土斜坡强震失稳机制进行了探讨.试验表明:黄土斜坡对输入地震波存在着明显的临空面放大效应以及垂直放大效应;在烈度为VII度的地震荷载作用下,斜坡模型在其坡顶前缘处发生了最初的张性裂缝,随着地震强度的增加,斜坡顶部的张性裂缝逐渐由前缘向后缘推进,最终形成一系列的永久性张性破坏;在烈度为IX度的地震作用下,模型顶部出现了明显的震陷,呈现出典型的震陷型滑坡的特点.

动荷载作用下粉煤灰改良黄土的动应力-应变关系研究

基于动三轴试验系统,以素黄土和粉煤灰改良黄土为研究对象,研究了动荷载作用下素黄土和不同掺合比粉煤灰改良黄土的动应力-应变关系,同时对其模型参数、初始动弹性模量和阻尼比进行了对比研究。研究结果表明:(1)素黄土和不同掺合比粉煤灰改良黄土的动应力-应变骨干曲线服从双曲线模型,但模型参数随粉煤灰掺入量的不同而不同。通过研究数据的拟合,初步建立了粉煤灰改良黄土的动应力-应变关系模型参数a、b与粉煤灰掺入量m之间的定量关系。(2)粉煤灰掺入量对粉煤灰改良黄土的初始动弹性模量和阻尼比影响明显,表现出初始动弹性模量随粉煤灰掺入量的增大而增加以及阻尼比明显减小的特性。(3)从土动力学角度出发,定量地给出了最佳灰-土掺合比。

黄土高原河谷城市潜在地震液化特征及灾害预测

以天水市区为例,在研究区内采集砂土和原状黄土试样,通过对所取试样的室内动三轴液化试验结果进行分析,探讨黄土高原河谷城市的土壤地震液化特征。采用Seed-Idriss简化判别法,对研究区内土壤在不同等效烈度地震作用下的液化势进行判别,并结合黄土高原河谷城市的地形地貌和地质构造特征,对黄土高原河谷城市土壤地震液化灾害进行预测。结果表明:黄土高原河谷城市的饱和土体在地震作用下,由于黄土质地疏松,抗液化强度更低,在Ⅶ度的地震作用下即可液化;液化不会产生喷水现象,但易导致滑坡和泥流灾害,其抗液化强度主要受密度和塑性指数的影响。砂土在Ⅷ度及以上地震作用下液化,且存在喷水冒砂现象,可导致地面开裂、地基不均匀沉降和建筑地基失稳破坏;粒径为影响砂土液化的最主要因素,粉砂比细砂更易液化。

动荷载作用下粉煤灰改性黄土的震陷特性

针对黄土地区实现工程施工材料本土化和科学利用粉煤灰问题,对不同配比条件下粉煤灰改性黄土进行重塑非饱和试件的动三轴震陷试验,研究其在动荷载作用下的震陷特性,分析粉煤灰掺入量对动变形模量和动残余应变的影响变化规律。研究结果表明:粉煤灰掺入量对黄土震陷性质的影响较大。相同固结应力水平下,动变形模量和动残余应变随粉煤灰掺入量呈现出不同的变化规律,随着粉煤灰掺入量的增加,黄土动变形模量也随之增大,残余应变则减小。动变形模量与动残余应变之间的变化趋势满足幂函数关系;黄土掺加约20%粉煤灰改性后就能够有良好的抗震陷性能。研究成果可为黄土地区地基的抗震防震设计提供借鉴依据,具有重要的工程实用价值。

饱和原状黄土液化基本特征的振动台试验研究

天然黄土因其较强的结构性,制备大尺寸原状试体非常困难,国内外尚无针对饱和原状黄土实施振动台模拟试验的数据与资料。通过解决大尺寸原状黄土试体现场取备难题,利用振动台模拟试验研究饱和原状黄土液化现象及其基本特征。试验结果表明:饱和原状黄土的液化现象,在超孔隙水压力增长、持续与消散的趋势性上与饱和砂土具有可比性,二者的最大差别在于细节特征方面的不同;饱和度是决定地震作用下天然黄土液化特性的首要条件;试体饱和度约为90.3%的条件下,加载后的最大孔压比约为0.93;饱和度85%、75%和65%可能是天然黄土能否发生液化现象、似液化现象(循环失效)和不考虑循环失效现象的临界值。试验获得的资料与分析结果,对深入理解饱和土体液化物理过程与力学机制意义重大。

粉煤灰与动载耦合作用下黄土震陷试验研究

为了探讨粉煤灰与动载耦合作用下黄土的震陷问题,找出粉煤灰改良黄土的最佳配比,通过动三轴震陷试验,定性分析了黄土在不同粉煤灰掺量下的震陷特性。研究了粉煤灰掺量对黄土震陷性的定量影响规律,建立了黄土的震陷曲线方程,得到了粉煤灰掺量与残余应变的定量关系。研究结果表明:(1)粉煤灰掺量增加、动载作用均会引起黄土震陷性发生改变,即随着粉煤灰掺量的增大,土的残余应变逐渐减小,动应力幅值逐渐增大;(2)当动应力幅值相同时,残余应变随动载振次的增多而增大,其增长速率随动载振次的增多而减小,粉煤灰掺量越大,残余应变随动载振次的增长越缓慢;(3)在不同动载振次下,黄土的震陷临界动应力曲线随粉煤灰掺量的增加均经历了一个从平稳、快速、再收敛至最大震陷临界动应力的发展过程;(4)震陷试验得到的最佳粉煤灰掺量为20%。

石碑塬低角度黄土地层液化滑移特征与机理振动台试验研究

在野外调查、勘探与室内试验的基础上,通过振动台模型试验对1920年海原地震宁夏石碑塬低角度液化滑移启动机理、地貌形成特征、失稳过程及其滑动机制进行研究。结果表明:石碑塬低角度液化滑移是1920年海源地震在特殊地层结构及高烈度地震动共同作用下产生的饱和砂质黄土地层的液化滑移;液化滑移过程包括液化启动、抛射加速、滑移堆积等3个阶段,液化滑移具有高速和长距离流动特性;试验结果表明液化启动是大规模滑移的触发机制;高峰值的地震加速度放大及惯性抛射是液化滑移高速远程的驱动机制;特殊的下部隔水层和中部饱和砂质黄土层的地层结构是大规模低角度滑移形成的物理基础;液化程度的差异造成不同层位土体的运移速度差及拉张推挤作用是形成峰谷相间波浪起伏地貌的原因。研究结果对强震作用下低角度黄土地层地震液化滑移灾害机理的认知与该类滑坡灾害防治技术方法的创新具有重要的参考验证价值。

黄土动抗剪强度区域特征研究

基于摩尔-库伦破坏准则,以室内动三轴试验为手段,研究了西宁、兰州、西吉、西安等地原状黄土的动强度特性,分析了振动次数及天然条件下各地区原状黄土初始孔隙比、天然含水率、塑性指数与动抗剪强度的区域性特征。研究表明:含水率相同条件下,随着固结应力的增大,黄土的动抗剪强度也逐渐增大,这种增加趋势成非正比关系;随着振动次数的累积作用,研究区自西北向东南部,黄土的粘聚力呈降低趋势,内摩擦角变化趋势较离散;天然状态下:黄土的初始孔隙比自西北向东南大致呈增大趋势,其动粘聚力也呈逐渐增强的趋势,内摩擦角呈减小的趋势;含水率自西北向东南大致呈增大趋势,随着含水率的增长黄土的动粘聚力逐渐增强,内摩擦角大致呈减小的趋势;随着原状黄土粘粒含量基本呈自西北向东南增大趋势,动粘聚力也逐渐增大,内摩擦角呈减小的趋势,但幅值减小不具有相似性。

土遗址土动力特性

通过动三轴试验和数值计算,分析甘肃河西地区原状、重塑土遗址土的动模量、阻尼比、抗剪强度和土遗址在破坏地震作用下的动力响应。结果表明:弹性范围内,原状和重塑土遗址土动应力σd和动应变εd呈非线性关系且符合双曲线模型,动弹性模量E随εd的增大而减小,二者初始动弹性模量E0和剪模比G/G0差别很小,剪模比曲线基本重合;剪应变γ取值范围相同时,重塑土阻尼比λ随着γ的增大趋势高于原状土;相同实验条件下,原状土遗址土内聚力略高于重塑土。夯实加固法一定程度上恢复了土遗址强度,但当破坏地震来临时,其整体的抗震性能还有待加强.

CK5116数控立式车床立柱和底座静刚度分析

对CK5116数控立式车床的立柱和底座进行受力分析,得到3种不同的力学模型。依据不同的力学模型在Solid-Works中建立三维模型,在有限元软件ANSYS中进行仿真,得到不同模型在试验工况下的变形和应力。根据不同模型的变形和应力结果找出立柱和底座的薄弱环节,提出设计时加强y方向刚度的建议。

第17届世界地震工程大会岩土地震工程相关领域研究进展综述

第17届世界地震工程大会于2021年9月27日至10月2日在日本仙台召开。考虑新冠疫情,此次大会的举办采取线上与线下结合的方式,笔者线上参加了会议。论文简要介绍此次大会的概况,通过分析大会相关交流报告和论文内容,对岩土地震工程研究领域的砂土液化灾害、地震作用下斜坡破坏、土-结构相互作用、地面破坏及场地地震安全、地面运动5个分会专题的研究进展进行综述。以期与国内同行分享本次大会在岩土地震工程及其我国有重大需求相关领域的最新成果和发展趋势。

饱和黄土地震液化研究进展

对目前国内外黄土地震液化领域的主要研究进展进行了总结分析,并对进一步的研究提出了相应的建议。基于不同的试验手段,从动变形特性和动孔隙水压力特性两个方面,说明了动荷载作用下饱和黄土的液化特性。较为系统的总结了饱和黄土地震液化的机理及液化-滑移的产生机制。总结分析了基于室内试验和现场原位测试的饱和黄土地震液化判别方法和地基抗液化处理技术。总结未来饱和黄土地震液化研究的主要方向是:(1)运用先进的试验手段开展饱和黄土地震液化特性研究;(2)考虑地震作用的复杂性和黄土物性参数的耦合作用,深入探讨饱和黄土地震液化机理;(3)通过工程实践,提出具有普适性的饱和黄土场地地震液化判别的标准化方法。

基于振动台模型试验探讨HVSR方法对黄土场地效应适用性的研究进展

黄土场地效应作为地震动影响的显著因素,相关机理得到各国学者的关注。从近年来的研究成果可知:经验谱比法(HVSR法)和传统谱比法(传递函数)是研究场地对地震动影响效应的常用方法,振动台模型试验和数值分析是研究的有效手段。阐述了HVSR方法和传递函数2种方法的应用现状,并就不同场地条件对地震动的放大影响效应的研究现状及数值分析理论在场地效应中的应用进行了归纳总结,基于振动台模型试验结合数值仿真模拟对HVSR方法用于描述黄土场地效应的适用性进行展望。

第16届欧洲地震工程大会:岩土地震工程研究进展与动向综述

第16届欧洲地震工程大会于2018年6月18—22日在希腊塞萨洛尼基市召开,笔者全程参加了本次大会。本文简要介绍了大会的概况,通过对大会相关交流报告和论文的分析,重点对地震危险性、工程地震和强地面运动,土动力学,场地效应与小区划研究,岩土地震工程等4个主题分会和"欧洲—中国地震工程与风险合作"1个专题分会的相关研究进展进行了综述,并阐述了欧洲抗震设计规范(Eurocode8)推广应用与修订、韧性城市、新近地震启示、大尺度地震工程试验装备和土-基础-结构相互作用等方面的研究动向。可为我国相关领域研究提供参考。