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。

考虑衬砌结构特征的盾尾同步注浆检测方法

盾尾同步注浆是盾构隧道施工过程中的重要环节,注浆效果不良产生的管片与地基间脱空会造成隧道和地表的不均匀变形,严重影响其安全性和耐久性。为实现对复杂结构管片壁后注浆效果的检测,提出一种基于冲击弹性波具有管片结构特征的注浆效果检测方法。通过全尺模型试验研究了衬砌管片的弹性波响应强度特征,定量分析了管片注浆孔和边界对响应强度检测结果的影响,结果表明管片边界影响范围在0.5 m以内,注浆孔影响范围为一个长轴1 m、短轴0.35 m的椭圆区域。通过三维曲面拟合响应强度分布特征,以响应强度差值作为注浆效果的评价指标评估注浆效果,对比检测结果显示模型试验预设缺陷的识别准确率为82.8%,并将该方法应用于江阴靖江长江隧道盾尾同步注浆检测中,为盾构隧道的同步注浆施工提供有效参考依据。

基于概率地震需求模型的兰新高铁桥梁近断层地震易损性分析

位于断裂带附近的兰新高铁硫磺沟大桥长期受到近断层地震作用的威胁。为分析该桥梁的地震易损性,利用OpenSees软件建立含三维土层结构的桥梁非线性有限元模型,采用增量动力分析法和概率地震需求模型,以该桥梁的4个典型连续桥墩为研究对象,考虑桥梁材料的不确定性,运用拉丁超立方抽样方法得到大量模型-地震动样本,进行非线性动力响应分析,并通过一阶界限法得出桥梁系统易损性曲线的上下界限。研究结果表明:桥梁系统抗震性能良好,在该地区的极罕遇地震动下完全破坏概率低于30%;单个桥墩的抗震性能优秀,在极罕遇地震动下完全破坏概率仅为6.92%;地震动荷载达到0.35 g时桥墩处于弹性阶段与塑性阶段的临界点;相对较高的桥墩(3^(#)、4^(#)桥墩)比相对较低的桥墩(1^(#)、2^(#)桥墩)刚度更大,变形和耗能能力更强。文章评估了近断层地震作用下兰新高铁硫磺沟大桥的抗震性能,可为震前的风险预防与震后的救灾减灾决策提供重要依据。

电测量法在岩质边坡软弱层损伤累积研究中的应用

岩质边坡软弱层的结构性改变会导致边坡损伤,在强震和降雨作用下,损伤效应将更为明显,其累积也是触发滑坡的关键因素。因此岩土体内部缺陷累积过程、滑动面的发育规律等研究对于明确滑坡动态演化机制具有重要的理论意义。本文基于电测量法,对岩质边坡软弱层材料设计开展不同含水率的电测量试验,集成电测量系统与三轴压缩试验的接驳装置,分别探究了电阻率-含水率关系和电阻率变化率-应力-应变关系,初步建立了边坡软弱层损伤与电阻率变化率的关系。在此基础上开展小比例尺模型试验,模拟降雨-拟地震力作用下岩质边坡软弱层水分升高与强度劣化过程,评价了试验过程中含水率的变化与边坡软弱层的损伤累积,并探讨了将电测量方法应用于边坡软弱层损伤累积研究中的可行性。

全风化花岗岩路堑边坡降雨侵蚀时空分布特征测试与评估

为了测试及评估全风化花岗岩路堑边坡降雨侵蚀时空分布特征,选取在建云南墨临高速公路某全风化花岗岩路堑边坡某段开展现场测试。首先结合三维激光扫描测试及电测量技术,获取边坡坡面形态特征参数及边坡电阻率剖面;然后引入高斯分布模型及分位数图示法实现边坡材料属性定义,通过电阻率差异映射边坡侵蚀状态。结果表明:边坡底部及坡中部(y=0~40 m)区域呈现大面积侵蚀特征,在各级边坡平台处则呈现多点集中高侵蚀特征,侵蚀影响深度达5 m左右;随着植被防护等措施的施加,大面积侵蚀特征变为多点集中侵蚀特征,评估结果与坡面形态信息具有较好的一致性。该研究成果对于该边坡降雨侵蚀灾害防治具有重要的实际意义,并对同类研究具有借鉴作用。

关于地铁地震响应的模型振动试验及数值分析

为明确大地震时地铁的破坏过程及原因,以1995年日本阪神-淡路大地震中遭受严重破坏的神户大开地铁车站为对象,进行了一系列的模型振动试验和动力有限元分析。对于作用于地下结构的地震动土压的发生原理、地震波输入方向、结构的埋设深度、地基与结构间的刚性比对地震动土压的影响及在地基-结构系统的非线性响应下结构周围地基终局状态时的地震动土压进行了研究。明确了地震动土压的极限值及在大地震时周围地基的残余应变引起的静止土圧力的存在。为今后改进地震土压力计算方法、提高地下结构抗震设计水平提供了依据。

黄土斜坡震害面波勘探调查及其动力稳定性分析--以甘肃岷县、漳县MS6.6地震为例

2013年7月22日,甘肃省定西市岷县、漳县交界处发生6.6级地震,地震诱发了约600余处地质灾害(隐患点),其中规模最大的是岷县梅川镇永光村四社西的两个相邻滑坡。本文对永光村西侧滑坡进行了多种手段的现场勘测,特别是在坡顶及坡底开展了高密度面波勘探,分析了该黄土滑坡成因及滑坡附近的地形、地层等因素。采用动力有限元法和强度折减法结合的方法分析该滑坡在地震荷载作用下的动力响应、滑坡动力稳定性的影响因素以及地震荷载与滑坡失稳状态之间的关系。结果表明,由于地震前的强降雨导致表层黄土的抗剪强度降低,在地震荷载作用下黄土层之间存在拉应力效应并导致崩塌滑动。

利用表面波勘探检测沉管隧道压浆法的充填效果

基于天津中央大道海河沉管隧道工程的大型试验模型,利用表面波勘探技术检测其混凝土管段水下注浆基础的施工效果,从频率特性和现场环境等方面选择表面波勘探设备的类型和技术指标,优化检波器的设置和排列组合方式,开发了适合快速无损检测隧道的设备配置和施工方法.通过现场表面波勘探和频散分析,综合判断隧道底部注浆的密实效果,并与模型撤离后的目测结果进行比较,以验证该勘探技术和分析方法的可行性.结果表明,表面波勘探方法的穿透深度大且不受钢筋影响,能够快速、准确地检测沉管隧道的注浆质量.

高密度面波探测在隧道混凝土质量检测中的应用

从频率特性和现场环境下的可操作性等方面优化震源激发方式,决定各部分设备的类型和技术指标,优化检波器设置方式以及检波器阵列组合关系,决定适合隧道快速无损检测的设备和施工方法,对天津市引滦入津输水隧洞进行现场表面波勘探检测.通过现场取样、室内样品测试,研究各种混凝土配合比下的弹性波速度和单位体积强度对应关系.对现场检测结果和现场取样结果进行对比分析,综合判断1~2 m范围内混凝土的劣化、剥离、围岩松动以及是否形成了空洞,最终建立表面波勘探无损检测法的判别标准.结果显示,该方法穿透深度大、不受钢筋影响,能够快速、准确地进行隧道混凝土质量的检测.

中国沿海及内陆地区长周期脉动特征分析

地脉动台阵观测作为一种低成本的剪切波速度构造探测方法,预计将在中国地震灾害预防中起到重要作用。为了研究地脉动台阵观测中长周期信号的特征以及中国长周期地脉动的特点和适用性,开展了中国从沿海到内陆地区地脉动信号的观测和分析,探查由沿海到内陆地区地脉动的变化规律以及内陆地区广域的地脉动特征,发展适合于我国内陆地区的基于地脉动的地下构造勘探方法,在中国大陆上海市、西安市、天水市及兰州市进行了长周期地脉动观测。现场试验结果表明,上海地脉动特征与日本关东平原地区的观测结果类似,可以认为在海岸地区深部结构调查的地脉动台阵观测有良好的适用性。然而,西安、兰州、天水长周期地脉动能量只有上海的千分之一,因此需要进一步研究更加灵敏的仪器性能和更加稳定的观测方法。

地下大断面薄钢结构地震响应的试验研究及数值分析

为明确地下大断面薄钢结构的安全实用性,进行1/16大断面薄钢结构的系列模型振动试验、实际规模结构的现场试验和有限元分析。在把握作用于模型的地震动土压力及结构的应变状况的基础上,对施工过程中结构的响应特性及土压力的变化等进行研究。明确地下大断面薄钢结构的地震及施工时的安全性,为今后大断面薄钢结构的设计、施工提供依据。

中国古建筑结构力学研究进展

中国古代建筑是中国古代文化的宝贵遗产。力学的多样性也反映在古建筑结构力学研究。西安交通大学从1982年开始,对以西安明代箭楼、城楼和宁波宋代保国寺等国家重点保护文物为代表的木结构建筑,以唐代大雁塔、小雁塔等国家重点保护文物为代表的古代高层建筑,和以国家重点保护文物西安古城墙为代表的砖-土结构以及钟楼、鼓楼等中国城市的代表性古建筑的结构力学特性进行了一系列研究。得到关于古建筑结构(如斗拱、结构非线性、榫卯节点的接触力学特性、地宫、古代夯土、古塔基础、古城墙等)力学特性的新认识。本文对此进行小结,同时也介绍近年来的其它学者的一些研究。

青藏铁路多年冻土区桥梁桩基础地震响应的试验研究与数值分析

基于对负温条件下青藏铁路高温不稳定多年冻土区桥梁桩基础的缩尺模型振动台试验,明确了动荷载作用下模型桩-土界面和两桩中间土体存在温度升高响应。在此基础上,考虑天然状态和地震荷载作用下地温升高两种条件,运用动力有限元方法,对青藏铁路清水河特大桥桩基础进行了地震响应分析。计算表明,在高温状态下(-1℃以上),多年冻土的地基及桩基础在地震荷载作用下的动态响应对温度的升高异常敏感;在50年超载概率2%的青藏人工波作用下,因桩基础的相对位移增大了地基与桩基础间的滑移、脱离现象,特别是高温状态下地基与桩基础间的变形出现了明显的不稳定滑移,影响了整个桩基础的稳定性。

常时微动测试在汶川地震甘肃灾区建筑结构震害调查中的应用

为了调查2008年5月12日汶川MS8.0大地震所造成的建筑结构震害和次生地质灾害特点并研究其破坏机理,本文开展了对甘肃灾区部分典型场地和房屋的常时微动测试与分析研究。结果表明不同震害程度房屋的常时微动测试结果与其实际破坏情况有着良好的一致性。

机车动荷载作用下多年冻土区铁路路基动力响应的试验研究

青藏铁路穿越多年冻土区因地温和含冰量的不同而采取了不同的路基结构形式,以减小或避免气温和工程扰动对其下部多年冻土的影响。为了把握多年列车振动荷载作用下多年冻土区不同结构路基的动力响应特征,对青藏铁路北麓河段典型结构路基进行了实时强震动测试,得到了多年冻土区铁路路基的振动加速度衰减规律,对于研究机车动荷载对青藏铁路多年冻土区路基变形的定量影响规律,保障青藏铁路安全运营具有重要的科学意义。

高速铁路线下结构典型病害分析及快速无损检测方法研究

随着我国高速铁路运营时间的增长和运营里程的加大,高铁线下结构出现了贯穿裂缝、层间离隙、脱空汲水等病害现象。其中CA砂浆层由于施工工艺、高速荷载及负压等影响出现了较普遍的层间离隙现象,局部还存在离缝及破损等病害,此类病害有可能引起列车振动的增大、噪音以及高速行驶时的安全隐患。针对高铁线下结构CA砂浆层病害的特点,基于弹性波在多层介质中的传播特性,结合现场可操作性以及检测速度的要求,提出了一种基于弹性波的检波器阵列式组合的快速检测方法。通过三维有限元数值模拟以及现场测试,对该方法的关键技术问题,包括评价标准、检测精度以及检测效率进行了研究。结果表明该方法可有效检测CA砂浆层层间离隙的空间分布,具有数据采集方便、检测速度快、检测精度高等优点。

岩质高边坡动力稳定性评价方法与应用

以上海地区天马山采石深坑岩质高边坡为研究对象,围绕岩质高边坡工程中的动力抗滑稳定性问题,通过室内试验和现场试验,对影响岩质高边坡稳定性的地质构造、场地工程条件等内在因素进行分析.采用有限元动力分析法对高边坡在地震载荷作用下的动力响应特性进行分析,探讨地震荷载作用下,影响岩质高边坡稳定性的因素、地震荷载与岩质高边坡失稳破坏之间的关系,并采用动力有限元法与强度折减法相结合的方法进行动力抗滑稳定性研究.结果表明:地震荷载作用下的水平推力对深坑酒店的稳定性影响很大,边坡顶部岩体存在向坑内整体倾覆的危险;边坡动力失稳及动力安全系数的确立可采用位移突变的方法.

双洞八车道大断面隧道地震动力响应数值分析

为研究双洞八车道超大断面隧道在地震力作用下的动力响应特征,以平潭综合实验区牛寨山隧道为工程背景,建立双洞八车道隧道的三维有限元数值计算模型。采用时程分析方法,在模型底部输入水平向地震动荷载,计算隧道结构在地震动荷载作用下的响应,包括位移、加速度及应力的变化。结果表明:最大水平和竖向位移出现在拱顶处,南线浅埋隧道整体呈剪切响应;隧道最大水平加速度出现在南线隧道拱顶偏左处,最大垂直加速度出现在南线隧道拱顶偏右处,南线隧道洞口由于浅埋,关键部位响应差较北线要大;南线的右拱肩埋深最浅,该部位拉应力最大,而北线拱顶的拉应力区最大,拱脚也出现明显的拉或压应力。建议在隧道洞口段的拱顶、拱脚及埋深最浅的部位应加强抗震设防。

岩体完整性指数与弹性模量之间的关系研究

岩体弹性模量值与其完整性指数之间有密切关系,通过其完整性的研究可以间接推断弹性模量值。引入钻孔摄像及相关分析方法获取岩体完整性指数,采用损伤力学原理分析该参数与岩体弹性模量的关系。结果表明,在岩块弹性模量近似不变的情况下,两者之间应具有正线性相关关系,现场试验结果验证了该结论的正确性。另外,对岩体完整性指数和岩石质量指标与岩体弹性模量之间的相关性进行对比结果表明,岩体完整性指数与弹性模量的相关性更好。

岩质高陡边坡动力响应及失稳机制大型振动台模型试验研究

针对岩质高陡边坡动力响应和失稳机制问题,设计并完成了含不连续节理的岩质高陡边坡大型振动台模型试验.对主要岩性特征,采用水泥、沙、铁粉、黏土与混合剂配制岩体材料.对岩质边坡的不连续节理,在边坡内部按照一定的规律设置表面摩擦系数极低的特氟龙布.试验表明,含顺向不连续面的高陡岩质边坡地震作用下的破坏形态主要有三个阶段:裂缝开展,坡面剥落,崩塌滑动;主要滑动面沿特氟龙开展,发生在2/3坡高的位置;加速度响应沿坡面向上有明显放大,水平向加速度占主导;当地震烈度加大时,离坡尖越近,加速度放大效应越强.