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。

2023年甘肃积石山M_(S)6.2地震随机有限断层三分向地震动模拟

2023年12月18日23时甘肃省临夏州积石山县发生M_(S)6.2地震,震中附近造成大量人员伤亡。基于不同数据和方法反演得到的震源破裂过程还有争议,为模拟此次地震的地面运动,分别采用SW倾向与NE倾向的震源破裂模型,利用随机有限断层法模拟三分向地震动。选取震中距约100 km内的57个触发强震台站,模拟其三分向加速度时程、速度时程及5%阻尼比拟加速度反应谱(PSA)。结果表明,模拟的峰值地面加速度(PGA)、峰值地面速度(PGV)能够体现地震动峰值的衰减规律,NE倾向的震源破裂模型会导致更大的地震动。模拟与观测记录的幅值接近、谱形相似,其中SW倾模型的PSA残差更小。基于三分向模拟地震动给出积石山M_(S)6.2地震的仪器烈度分布,SW倾向与NE倾向模型极震区烈度均达Ⅷ度,其中SW倾向模型与应急管理部发布的烈度图更加接近。积石山M_(S)6.2地震的模拟说明随机有限断层法可用于计算三分向地震动,并验证模拟输入震源、路径与场地参数的可靠性。

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。

黄土丘陵河谷场地地震动特征研究

研究黄土丘陵河谷场地在地震作用下强地面运动特征的变化情况,可以揭示强震对该类场地上震害的触发机理。结合黄土高原的地貌特征,建立具有代表性的动力数值分析模型,通过输入不同幅值、频谱特性和持续时间的地震波,对起伏地形和覆盖黄土层共同影响下的黄土河谷场地进行地震反应分析。结果表明:黄土层和地形耦合作用控制了地表的PGA变化,使其趋于复杂,在同一输入波不同振幅作用下,与基岩河谷各测点相比,黄土覆盖河谷场地的地震动频谱幅值均有所增加,并且频谱主峰均向高频移动。在不同地震波输入下,场地不同部位的固有频率受地形高程和土层影响;而地震动大小和频谱幅值不仅与场地的基本频谱和地形起伏有关,也与输入地震波的频谱成分相关。输入波PGA与地震频谱特征都不变时,同一场地输出的地震频谱形状具有相似的特征,随着地震持时增长,能量向场地基本频率附近集中,从而可能导致场地上相应频率建筑物震动幅值增加,造成累积破坏。

黄土地层大规模地震液化滑移的机理与风险评估

2018年印度尼西亚帕卢7.4级地震造成的低角度饱和土层大规模滑移灾难对黄土地区地震造成的土层大规模低角度滑动灾害研究具有重要的警示意义。为了研究黄土地层大规模地震液化滑移机理,通过对国内外强震触发的典型黄土地震液化灾害进行深入的调查分析,基于现场大型探槽和钻孔勘探、室内动三轴试验、现场剪切波速测试、SPT测试、土体微结构测试和数值模拟分析,揭示了饱和黄土液化的特征和机理,提出了饱和黄土场地液化的初判与详判方法,研究了黄土大规模地层液化滑移的滑动条件、运动学及动力学特征,论述了黄土地层大规模地震液化滑移的机制,构建了滑距和致灾范围预测模型;提出了液化滑移灾害的概率风险评估方法,给出了不同超越概率下黄土地层大规模地震液化灾害风险区划图;并从主动防控、被动防控和综合监测预警3个方面提出了黄土地层大规模液化滑移灾害的防控途径及措施。研究结果可为黄土地层大规模液化滑移灾害风险评估与防治提供理论依据。

地震作用下含暗穴高边坡黄土路基稳定性分析

黄土暗穴是一种黄土高原地区发育的特殊的不良地质现象,已经成为我国黄土地区公路破坏的主要原因之一。黄土具有极高的动力易损性,在深入研究黄土暗穴发育特点的基础上,采用有限元法对其在地震力作用下的致塌机理进行了数值模拟,得出了无暗穴、拱形暗穴和三角形暗穴3种类型高边坡黄土路基在地震荷载作用下的动力响应规律,分析了暗穴对高边坡黄土路基的地震动放大效应。结果表明:黄土暗穴的存在具有地震动放大效应,在相同洞径和埋深条件下,拱形暗穴比三角形暗穴对高边坡黄土路基的水平加速度峰值的放大效果更为明显,尤其在坡肩和洞顶放大更为显著,说明黄土暗穴的存在对高边坡黄土路基存在不利影响,易在地震作用下发生坍塌破坏。

地震诱发低角度黄土-泥岩滑坡动力响应及变形分析

基于室内试验获取黄土滑坡的静力和动力力学强度参数,建立低角度黄土滑坡破坏大型物理模拟试验模型,结合FLAC3D有限差分软件,分析黄土滑坡的动力响应规律和宏观破坏特性,阐明在地震作用下黄土滑坡的失稳演化规律,揭示黄土滑坡滑体运动迁移路径。结果表明:低角度黄土-泥岩滑坡在地震荷载作用下地震波水平方向和垂直方向均出现明显的放大效应;在黄土层内部,随着斜坡高度增加,坡肩和斜坡后缘加速度放大效应较为明显,对比坡脚、坡腰和坡肩处剖面上加速度放大系数,下伏泥岩对地震波产生一定的放大效应。松弛拉张裂隙,土体强度降低,接触面和坡肩、斜坡后缘处的拉张裂缝形成弧形滑移面,上覆黄土层由内向外依次连带下滑,坡肩处土体的下滑力和地震力促使坡腰土体大面积长距离滑动,最大滑动涉及范围长达200 m左右,土体下滑至坡脚发生堆积并产生隆起。数值模拟结果和振动台试验结果在动力响应和宏观变形破坏特征均呈现较高的吻合度。

地震作用下高路堑黄土边坡细观力学研究

为研究地震时高路堑黄土边坡破坏的细观力学过程,以黄土地区某高速公路边坡为例,在野外工程地质勘察和室内试验基础上,用强度折减法对开挖后的高路堑黄土边坡的初始状态进行分析,进而对该高路堑边坡采用PFC2D建立数值计算模型,模拟边坡地震响应全过程;通过分析地震响应过程中颗粒的位移、配位数、孔隙率、应力和应变率等关键要素,从细观层面揭示边坡的失稳过程。结果显示,通过该方法能够再现地震作用下滑坡的细观物理力学过程,涵盖了边坡的破坏模式和破坏过程,以及应力应变等时空演化规律。研究结果对于认识地震作用下高路堑黄土边坡的破坏机理具有重要意义。

地震诱发石碑塬黄土地层液化滑移距离研究

为研究1920年海原地震中石碑塬地区液化滑移灾害的形成机制、滑移特征及滑移距离,对石碑塬液化滑移区进行钻孔勘探、取样以及探槽开挖。分别对钻孔及所取试样进行剪切波速测试及颗粒分析、室内动三轴试验,得出石碑塬液化滑移区地层分布情况、震时液化土体层位以及不同地震烈度条件下砂质黄土层的液化情况。综合分析钻孔勘探、颗粒分析、动三轴试验结果,揭示出海原地震中石碑塬黄土地层液化滑移灾害的形成机制:砂质黄土层液化后在自重应力以及地震力的共同作用下“托浮”第一古土壤层以及上部“粉尘化”的非饱和黄土层沿缓斜坡运动,并利用液化滑移地层滑距公式对滑移距离进行估算,得到结果为223.35 m,与实际情况较为相符。研究结果可为黄土地层液化滑移灾害的预防提供一定的借鉴意义。

海原大地震诱发石碑塬黄土滑坡机制探讨

1920年海原8.5级大地震诱发的石碑黄土塬滑坡,因其规模大、坡度小、滑距远的特点成为业界关注焦点,目前对该滑坡的物理力学过程仍无统一认识。基于此,文章通过理论分析和数值计算方法研究该滑坡初始状态、地震动力响应和流滑发展过程。为分析震前斜坡初始状态,建立考虑斜坡表面拉裂缝中侧向水压力作用的力学计算模型。结果表明,拉裂缝中侧向水压力削弱了斜坡整体稳定状态;为研究地震时斜坡动力响应过程,建立数值计算模型,获得地震时斜坡饱和土层的孔隙水压力比和斜坡位移的变化特性;为解释远程滑坡,将液化后土层等效为流体,借鉴泥流滑距估算理论,求算石碑塬滑坡的滑距,计算结果与前人现场考察结果吻合。

基于Newmark模型的积石山6.2级地震滑坡快速评估

2023年12月18日甘肃临夏回族自治州积石山县发生6.2级地震,引发大量的滑坡和崩塌等地质灾害。基于黄土高原强震数据库中2013年岷县—漳县6.6级地震的地震动记录回归分析所得的Newmark位移预测模型,利用震前精度为30 m分辨率地形以及1∶250万地质图等数据,考虑竖向地震加速度以及冬灌的影响,对距震中扩展100 km范围内的地区进行滑坡危险性快速评估,并与震前地质灾害分布以及震后遥感解译和实地调查结果进行对比。研究结果显示:静态安全系数较低的区域更容易发生地质灾害;滑坡危险区主要位于距震中27 km的范围内,危险区内河道和分水岭发育,地层以新近系和第四系为主,与已有研究结果的重合度较高。研究表明,Newmark位移法适用于积石山区域内的震后滑坡危险性评价,但其并未考虑土体液化的情况,低估了液化灾害发生的危险程度。

2017年九寨沟M_s7.0地震低烈度区烈度异常特征与启示

根据九寨沟M_s7. 0地震现场调查结果,总结了甘肃文县低烈度区震害的一般特征,分析了低烈度区烈度异常点的震害特点,并对产生烈度异常的原因进行了探讨。调查和分析研究结果表明:由于研究区的建筑多在汶川M_s8. 0大地震后进行了重建或抗震加固,且地震持时较短,此次地震中低烈度区房屋震害总体较轻。然而,低烈度区存在建筑裂缝、滑坡、滑塌和桥梁损坏等显著的烈度异常现象,其主要原因是建筑场地位于滑坡体以及高陡边坡等抗震不利地带;此外,地震波的传播方向和研究区内岩土体的特性也是造成低烈度区烈度异常的重要因素。地震地质灾害需在地震烈度评定标准修订时予以重点考虑。

门源M6.9地震诱发地质灾害特征研究

2022年1月8日发生的门源M6.9地震诱发了崩塌、滑坡、砂土液化、地裂缝等多种同震地质灾害。通过对门源M6.9地震地质灾害进行现场调查,得出了地质灾害的分布特征和各类型地质灾害的主要特点,分析了地震地质灾害不发育的原因,并对地震地质灾害的长期效应进行了分析预测。研究结果表明:门源地震诱发地质灾害主要分布在震中附近;崩塌、落石总体规模较小,滑坡多为岩质滑坡,且以冰碛物和表层岩土体的溜滑为主。受表层土体冻结和孔隙水压力消散的影响,饱和砂土液化沿较窄的地裂缝呈串珠状分布,喷出物多为粉细砂。地震形成了4条左旋左阶斜列的地表破裂带,并在极震区内形成了大量的地裂缝。断层破碎带对地震动的阻隔作用、覆盖层薄、地表土冻结可能是造成本次地震地质灾害总体不发育的主要原因;地震产生的大量地裂缝导致斜坡和堆积体的稳定性减弱,在耦合集中降雨、冻融作用等因素后可能诱发滑坡灾害,松散堆积于沟床处的崩滑物作为物源,可能会增加地震影响区泥石流灾害的风险。

地震作用下天水市区滑坡危险区划研究

天水市位于甘肃省东南部,是陇西黄土高原和陇南山区的过渡地带,属黄土中低山—丘陵地区,流经市区的主要河流为渭河及其支流藉河,主城区秦城区和麦积区沿河谷展布。自古以来天水市就深受滑坡之害,是我国滑坡灾害多发的城市之一,也是甘肃省地质灾害重灾区之一。随着“一带一路”倡议的实施、西部大开发的深入推进以及城镇化建设的进程加快,市区不断向高阶地和河漫滩扩展,建设工程所面临的地震地质灾害威胁日益突出。

基于IDA方法的交河故城金刚宝座式塔土建筑遗址地震易损性分析

增量动力分析(IDA)作为动力形式的静力推覆法,被广泛应用于建筑结构的抗震能力分析和性能评估中,但其在土建筑遗址地震易损性分析中的应用甚少。基于IDA方法尝试对交河故城塔林区金刚宝座式塔土建筑遗址进行在地震作用下的易损性和抗震能力分析,以谱加速度Sa(T1,5%)作为地震动强度指标,最大层间位移角θmax作为结构损伤指标进行IDA分析,得到土建筑遗址在一系列调幅地震动作用下的IDA曲线、地震需求概率模型和易损性曲线,计算出模型的倒塌率和CMR值。通过以上分析得出金刚宝座式塔的易损性和抗震能力,为今后土建筑遗址抗震保护提供理论基础和分析思路。

门源MS6.9地震中大梁隧道地震动响应分析

2022年1月8日,青海省门源县发生MS6.9地震,造成震中附近的兰新高铁大梁隧道受损,导致高铁长时停运。文章通过建立二维平面应变模型,加载双向门源波进行动力时程分析,得到了大梁隧道的地震动响应结果,并对模型在震后的受力变形及震害特征进行详细分析。结果表明:在门源波双向加载下,大梁隧道的地震动响应受水平地震荷载影响很大;沿着y轴正向,隧道的截面形状对纵向位移和加速度的地震动响应有加强作用;拱顶处地震动响应最大,其竖向及横向地震动响应加速度分别为5.206 4 m/s2、4.534 8 m/s2,竖向及横向位移分别为7.070 9 cm、0.641 5 cm;拱底处地震动响应最小,其竖向及横向地震动响应加速度分别为3.287 6 m/s2、4.511 2 m/s2,竖向及横向位移分别为4.851 6 cm、0.625 2 cm;拱肩、拱脚处存在明显的应力集中现象,拱顶、拱底、拱肩及拱脚处内力的受力形式发生变化,但是衬砌应力和内力的极值均发生在拱腰及拱脚处,说明拱腰及拱脚处为震害严重区,震后修复时应重点关注。

基于迁移学习的青藏高原东北缘地震诱发滑坡易发性评估模型

通过研究,旨在提出一种迁移学习方法,以应对机器学习在缺乏历史滑坡点数据的大区域很难取得良好的评估效果的挑战。首先,通过结合10个影响因子利用随机森林算法对2013年芦山7.0级地震极震区进行预训练,得到高精度的预训练模型。随后,采用直推式迁移学习方法进行初始迁移,并利用“半监督”评估方式补充青藏高原东北缘地区的标签数值点。最后,利用归纳式迁移学习进一步训练预训练模型,得到在青藏高原东北缘地区评估更准确的地震诱发滑坡易发性评估图。此外,使用Kullback-Leibler散度计算迁移前后区域影响因子数据的相似性,并对2022年泸定6.8级地震极震区进行评估应用,验证基于迁移学习的青藏高原东北缘地震诱发滑坡易发性评估模型的准确性。研究结果可为该区域地震诱发滑坡灾害预防提供一定的参考。

麦积山石窟栈道地震动力响应分析及损伤评估研究

为研究麦积山石窟人行栈道在地震作用下的动力响应,选取154石窟处栈道作为典型结构,利用ABAQUS建立三维实体模型,充分考虑麦积山石窟地震环境条件,基于麦积山石窟窟区地震危险性评价结果,分析石窟栈道在50年超越概率63.5%、10%、2%水准所对应地震作用下的加速度响应、应力和损伤分布情况,进而对栈道结构抗震性能水准进行划分。结果表明,在地震作用下,栈道结构斜梯加速度响应明显大于平台板处加速度响应,平台板随其所处位置高度的增加,加速度响应峰值增大;栈道结构悬臂梁与岩体嵌固的端部混凝土应力数值较大,斜梯梁与悬臂梁相交处钢筋应力较大;随地震作用的增大,栈道结构混凝土拉压损伤出现范围和数值均呈增大趋势,且主要集中在悬臂梁与岩体嵌固端部,呈现出上部受拉、下部受压的典型破坏特征;基于栈道结构材料应力应变和构件损伤程度对其抗震性能水准进行划分,栈道在多遇(PGA=70 gal)、设防(PGA=240 gal)地震作用下,地震损伤评估结果均为轻度损坏,在罕遇(PGA=450 gal)地震作用下,地震损伤评估结果为严重损坏。该研究结果可为麦积山石窟栈道震损评估和加固设计提供科学依据。

青藏高原东北缘地震动衰减模型及其在地震影响场评估中的应用

青藏高原东北缘活动断裂分布密集、构造变形活动强烈、地震频发.建立更符合该地区地震动特征的地震动衰减模型,能够在本地区震害防治和震后应急救援等方面发挥重要作用.首先,基于青藏高原东北缘地震构造特征,有针对性地选择强震数据库,构建考虑断层类型、近断层效应及场地条件等因素的区域性地震动衰减模型,运用随机效应回归法计算出模型系数;结合国内强震动记录通过残差分析对模型预测结果进行检验,并比较与NGA模型的差异;最后,运用震动图快速生成系统产出2022年门源Mw6.6地震理论烈度图并与现场调查烈度进行对比.结果表明:本文模型与NGA模型的预测偏差与场地条件和距离关系不大,而主要与震级相关,预测偏差随震级增大而明显增大;残差分析显示本文模型与青藏高原东北缘地区地震记录更接近;基于震动图快速生成系统产出的理论烈度图与现场调查结果比较接近,运用地震动衰减模型可有效提高台网稀疏地区强震Shakemap和地震影响场的预测精度和效率.

地震动衰减模型在玛多M_(w)7.3级地震影响场快速评估中的应用

2021年5月22日青海省玛多县发生M_(w)7.3级地震。震后,根据初步估计的断层走向和破裂长度,基于YU15地震动衰减模型和三种NGA-West2(Next Generation Attenuation-West2)地震动衰减模型快速产出地震区震动图及理论烈度图。在获得强震记录和地表破裂长度信息后,对预测结果进行修正。通过比较理论烈度与调查烈度,并结合震动图分布形态以及衰减模型在2016年新疆呼图壁M_(w)6.0地震中的应用情况对四种地震动衰减模型的适用性进行了分析。结果表明:在台网稀疏地区,基于地震动衰减模型可在震后快速获得地震动分布,并产出具有应用价值的地震影响场;NGA-West2模型在断层破裂较长的大震中表现优于YU15模型,而在中强地震中后者适用性更强;近实时强震动记录可用来检验模型的适用性并对预测结果进行修正;断层破裂尺度、震源机制和破裂过程等信息的准确估计可有效提高地震影响场预测精度。