地震和降雨耦合作用下黄土边坡动力响应的振动台试验研究

2013年岷漳Ms6.6级地震诱发的永光村泥流状滑坡表明,单一因素下稳定的黄土边坡在地震和降雨耦合作用下会诱发严重的岩土灾害。因此,基于防御与减轻地震灾害的现实需求,开展了地震和降雨耦合作用下黄土边坡振动台模型试验,通过加载卓越频率差异较大的原始波和压缩波,研究了地震和降雨耦合作用下黄土边坡的动力响应特征。试验结果表明：边坡动力作用过程,土体微结构不断损伤演化,土体动力参数——共振频率与阻尼比随动载强度增大不断调整变化,从而引起边坡不同部位加速度响应特征（频谱、幅度）的变化。PGA放大效应取决于边坡自振频率与荷载主频接近程度,当二者愈接近,放大效应越明显,反之放大效应越弱甚至响应衰减（放大系数小于1）。根据边坡模型宏观变形以及相关物理量的变化特征,地震和降雨耦合作用下的边坡失稳破坏过程可划分为：弹性动变形阶段、残余变形快速增加阶段、液化滑移阶段,不同阶段边坡动力响应各具特点。

黄土隧道洞口段坡-隧系统地震动力响应振动台试验研究

为研究黄土隧道洞口段坡-隧系统地震动力响应特征,开展了大型振动台模型试验,通过对坡-隧系统模型输入不同强度和方向的地震动分析,得出了峰值加速度(PGA)分布规律,并采用小波包分析得到了隧道与围岩的相互作用和坡-隧系统能量变化规律。结果表明:(1)随着台面输入地震动强度增加,隧道结构PGA相应增大,沿隧道方向拱顶加速度在洞口段有明显放大现象,一定距离后趋于稳定,而且拱顶PGA值始终大于仰拱处;(2)坡-隧系统洞口段坡面结构上同一测点相同工况下水平方向PGA明显大于竖直方向,并且同一工况下随着坡高增大各测点水平方向PGA呈现非线性增大趋势,但在坡顶处并未增大,反而变小;(3)能量分布图中仅汶川汤峪波呈现出“V”型分布,且在其水平向加载下隧道周围土体能量有很明显的“集聚效应”。试验结果有助于揭示黄土地区坡-隧系统在地震动力作用下的变形失稳机制,为交通隧道抗震设防和措施优化提供参考。

汶川地震远震区黄土场地地震反应特征分析

在实际场地钻孔资料的基础上,选取和构造45个有代表性的典型场地剖面,利用一维等效线性化波动方法,计算各个场地在三种不同强度地震动输入下的地表加速度反应。结果表明:(1)在远场地震动作用下,黄土场地PGA较大,反应谱平台范围较宽,集中在0.2~0.6s;(2)随着黄土覆盖厚度的增加,PGA减小,但对于自振周期大于一定范围的结构物震害加重;(3)对于无地形影响的厚层黄土地区,当黄土厚度在20~100 m时,随厚度的增加,反应谱下降段谱值增大1.1~1.4倍,特征周期放大1.1~1.25倍。

利用场地表征参数研究岷漳地区地震动相对变化趋势

近地表场地条件所引起的地震动差别可以造成不同场地上建筑物震害的显著差异。为了在岷漳地区的震害预测和长期发展规划中考虑场地条件差异性,提出联合V（s30）和地形标度曲率作为场地表征参数来获得研究区地震动相对变化趋势图的方法。研究表明：土质山体〉土质河谷〉基岩山体〉基岩河谷是研究区地震动变化的基本规律,但因覆盖层厚度和地形条件的不同,具体场地的地震动变化也有不同。总体上,地震动峰值加速度的放大程度主要与近地表V（s30）相关,V（s30）越大地震动峰值加速度的放大越小,地震频谱受频率标度地形曲率和覆盖层厚度共同影响,分别在相应的特征频率处放大。该研究可为区域地震动预测提供理论依据,为制定区域长期发展规划和建筑抗震设计提供重要的基础资料,基于场地表征参数研究区域地震动相对变化趋势的方法也可应用于地震烈度速报和地震灾害快速评估等领域。

基于应力分析的黄土层内滑坡地震失稳机制

针对黄土高原地区黄土层内地震滑坡灾害易发多发和破坏性强的特点,选取三处典型滑坡进行考察,得出了此类滑坡的失稳破坏特征。进一步结合斜坡不同部位土体的受力特点和剪切破坏形式,将地震作用以应力形式引入,分析得到了该类滑坡发生时不同部位土体的剪切破坏形式及应力状态变化下剪应力的变化规律。从而基于应力分析给出了具有坡顶土体首先发生小主应力减小主导的拉张型剪切破坏,坡面土体随后发生大主应力增加主导的压剪型剪切破坏,黄土震陷降低滑面摩擦阻力加速滑体滑移特点的黄土层内滑坡地震失稳机制,进而针对此类滑坡地震失稳机制提出了相应的加固及防护措施。

黏性土坡地震失稳机制及其在黄土斜坡地震稳定性分析中的应用

基于地震作用下黏性土坡失稳滑动特点,以土体应力状态及其变化分析边坡失稳过程。通过分析地震作用下边坡不同部位土体应力状态和剪应力变化,结合实际地震边坡失稳破坏特征,提出黏性土坡地震三段式滑动失稳机制。在分析该滑动失稳机制与有限元强度折减法之间应力关联的基础上,将两者结合应用于实际黄土地震滑坡动力稳定性分析。依据此考虑得到的动力安全系数相比较其他方法,与极限平衡法得到的结果更为接近。

非饱和黄土动力特性及其对场地地震动参数的影响

针对宁夏西吉地区不同含水率非饱和黄土进行动三轴试验,在分析含水率对黄土动力特性影响的基础上,采用土层地震反应分析方法研究地表黄土层含水率变化对黄土场地地面运动强度和特征的影响规律。研究表明,随着含水率的升高,土的动剪切模量逐渐减小,阻尼比逐渐升高,当含水率达到塑限时,含水率变化对其影响明显减弱;总体上,随着输入地震动强度的增大和含水率升高,黄土场地地表地震动PGA和反应谱值呈现增大的趋势;而含水率对不同场地的地面运动强度和特征的影响差异性较大,对于覆盖层较薄的场地,在含水率达到20%时,当输入加速度峰值大于50 gal时地震动放大倍数开始减小,随着输入地震动的增大,减小程度增大,而反应谱长周期分量上谱值增大;覆盖层较厚场地在输入加速度峰值300 gal时,20%含水率土层的放大倍数有所降低,但反应谱值在0.3 s之后明显增大。

基于台湾集集地震数据的CPT与SPT液化判别方法比较

利用集集地震静力触探试验(CPT)数据,对基于CPT测试的Robertson液化判别方法和Olsen方法进行了检验,两个方法对液化点判别成功率分别为82.61%和80.43%,对非液化点判别成功率分别为31.82%和44.32%。CPT液化判别方法对液化点判别基本可靠,但对非液化点判别准确性较差。对集集地震标准贯入试验(SPT)数据,美国地震工程研究中心(NCEER)推荐的SPT液化判别方法对液化点和非液化点判别成功率分别达到92.41%和94.35%。SPT方法判别成功率非常高,整体准确性远高于CPT方法。另一方面,CPT的土分类图可以同时反映土的种类与强度,甚至可以对集集地震液化土与非液化土进行区分。对于细粒土的液化初判,CPT土分类图也优于SPT方法中的黏粒含量指标。因此,土分类图是CPT的优势所在。

青藏高速公路路基地震动力响应分析

为了研究即将修筑的青藏高速公路在地震荷载作用下的动力响应特征,拟合出该区50 a超越概率为63.5%,10.0%和2.0%的人工地震波。在数值模拟的基础上,运用二维非线性动力有限元分析方法,建立整体式和分离式2种典型的高速公路路基横断面结构,对比分析不同超越概率地震荷载作用下2种形式路基的动力响应特征。研究结果表明:分离式路基在路基表面中心和天然地表中心2处的加速度放大系数均小于整体式路基,而其路基表面的水平、垂直峰值位移均大于整体式路基;2种路基左右两侧坡脚下方土体内剪应力集中分布;随着输入地震波峰值加速度的增大,2种路基表面的水平峰值位移均呈线性增长趋势,垂直峰值位移呈指数函数增长趋势。分析结果可为多年冻土区高等级公路抗震设计提供相应参考。

公元前47年甘肃陇西地震考证与发震构造分析

西汉元帝初元二年二月戊午,即公元前47年4月17日,在陇西郡所属的豲道县附近发生了1次强烈地震,造成"坏败豲道县城郭、官寺及民室屋,压杀人众。山崩地裂,水泉涌出"等严重震害。根据历史资料考证和野外实地调查,确认豲道县城在今甘肃省陇西县文峰镇东南的三台王家新庄附近。豲道城是这次地震史料记载中破坏最严重的地方,理应位于极震区内,其烈度达Ⅸ—Ⅹ度,估算其震级达7级左右。结合其他破坏点烈度的综合评定结果,绘制了这次地震的等震线图,其长轴方向为NWW向。这次地震极震区位置和等震线长轴方向与该区的西秦岭北缘断裂带的甘谷—武山断裂段西段相吻合。该段断裂全新世晚期新活动的地质地貌和地质剖面证据明确,以左旋走滑为主兼具向N倾的正断特性,断错了冲沟T_1—T_2级冲洪积阶地,沿断裂至今仍保留有部分深切的地震断层沟槽、黄土中密集发育的张性构造裂缝、滑坡体和串珠状落水洞等地表形变现象遗迹。结合该区现代小震活动精定位结果的综合分析,认为公元前47年陇西地震应为西秦岭北缘断裂带的甘谷—武山断裂段西段新活动的结果。该断裂具备发生7级以上地震的构造条件。

1654年甘肃天水南8级地震补充考证

简要回顾了1654年天水南8级地震的研究历史,结合原有史料和新补充调查所获得的资料,核定了各破坏点的地震烈度,进而改绘了地震等震线图,其长轴方向为NE向。此次地震除造成大范围的城垣毁坏、房屋倒塌和人员伤亡之外,滑坡、山崩和堰塞湖等地震地质灾害也非常严重。其极震区位于礼县以东的西汉水河谷永兴镇—罗家堡—天水镇一带。该区发育了全新世活动的礼县—罗家堡断裂,其性质为左旋走滑兼正断。根据最新调查结果,该断裂沿礼县—盐关—罗家堡一带保存了地震陡坎、纹沟左旋和地震沟槽等地震地表破裂带形迹,其地理位置与历史资料考证所确定的极震区范围一致,印证了二者结论的可靠性和合理性。

动荷载作用下兰州地铁黄土的动力变形特性研究

摘要文章通过对取自兰州市轨道交通1号线的黄土施加不同优势频率的地铁循环荷载进行动三轴试验，并通过与1Hz等幅正弦循环荷载作用下的动三轴试验结果进行对比，分析了地铁动荷载作用下兰州黄土的动应力一动应变关系、动剪切模量比和阻尼比特征，研究了地铁循环荷载作用下兰州黄土的累积变形特性。结果表明：振动频率对黄土动力特性和累积塑性变形的影响显著，随着振动频率增加，达到一定变形所需的动应力明显增大；频率越小，动剪切模量比随动剪应变的增大衰减较快，动剪应变相同时Gd/Gdmax最小；振动频率为2．5Hz时黄土在相同动应变下的动应力和Gd／Gdmax均最大。不同振动频率的循环荷载作用下黄土的累积塑性变形均经历急剧变形、缓慢变形和稳定三个阶段，但在缓慢变形和稳定阶段，达到一定变形所需的振动次数随振动频率的增大而增大。频率范围为0．4-0．6Hz的地铁振动荷载对兰州黄土变形的影响最为显著。

地震作用下不同破坏类型夯土长城的动力响应分析

为了研究不同破坏类型夯土长城在地震作用下的动力响应特征,以山丹明长城为研究对象,选取典型的破坏类型,通过有限元软件MIDAS/GTS建立了同种物理参数和几何尺寸的完整长城模型、基础掏蚀长城模型和人为挖洞长城模型,对3种不同类型的夯土长城模型输入山丹6.1级地震加速度时程.结果表明完整长城最大应力位于长城底部,结构有破坏的长城最大应力位于结构破损处,3种墙体的加速度和位移大体上随高度增加而增大,但结构有破损的长城其加速度与位移在特定位置增长规律有所不同,且结构有破损的长城应力、位移与加速度相比于完整长城都有所增加.

甘肃岷县漳县M_S6.6地震王家沟灾后重建场地滑坡危险性评价

以甘肃省省委、省政府岷县漳县6.6级地震灾后恢复重建工作的统一部署为契机,通过对岷县王家沟灾后重建安置点进行现场资料收集和场地条件勘察,把握异地重建集中安置点场地特征。在对该场地进行实地勘察后,对其边坡现场取土,室内进行静力试验,从土体物理力学性质方面给出该边坡相关参数,将其作为数值建模的基本参数,结合岷县实际发生地震波来模拟边坡在地震作用下的动力力学特性,得出其边坡的安全系数。结合《滑坡防治工程勘察规范》和《建筑抗震设计规范》开展岷县王家沟灾后重建安置点场地滑坡危险性评价,经数值模拟计算分析得出其边坡在静力条件下处于欠稳定状态,存在进一步滑坡的可能性;在动力条件下处于不稳定状态,尤其在强震的情况下,极有可能引起滑坡体进一步滑塌,其地质灾害危险性大。并针对已出现的实际场地安全问题,提出综合防御震害的对策建议,综合考虑建议避让,另选安全可靠的场地进行安置,方可避免更大的损失。

青藏高原东北缘康拉德界面存在的地震学证据及构造意义初探

康拉德界面既是上地壳和下地壳的分界面,也是地壳内部花岗岩与玄武岩的分界面,其对于研究地壳稳定性、区域地质构造活动和地块演化历史等具有重要的指示意义。位于青藏高原东北缘的甘东南地区是多个地块的交汇区域,发育了多个断层和多次历史大地震。根据早期的研究结果,在构造活动比较强烈的大陆地壳内康拉德界面有可能是缺失的,但在该区域近震波形资料中清楚地记录到了振幅要比直达波大2~3倍的来自康拉德界面的震相。通过波形模拟和走时拟合,对这些震相进行了进一步核实。该结果提供了青藏高原东北缘存在康拉德界面的直接地震学证据。本文研究结果表明在构造活动活跃区域也可能存在康拉德界面,同时该结果对于该区域震相的准确识别、地震三要素的准确计算等也具有重要的参考价值。

兰州水泥改良黄土拉压强度对比试验研究

对宝鸡—兰州客运专线王家沟隧道黄土及其水泥改良土进行室内无侧限抗压、轴向劈裂和单轴拉伸试验,分析含水率和压实度对黄土及水泥改良黄土强度特性的影响,量化分析水泥改良效果。试验结果表明:重塑黄土和水泥改良黄土的抗拉强度远小于其抗压强度;黄土改良前抗压强度为51～229 kPa,抗拉强度为4. 42～18. 37 kPa;改良后抗压强度为1 388～4 196 kPa,抗拉强度为99. 69～250. 75 kPa;黄土经掺加5%水泥改良后,抗压强度提高17倍,抗拉强度提高12倍,改良效果明显;含水率、压实度对重塑黄土与水泥改良黄土强度影响的变化趋势相同,但对重塑黄土强度特性的影响更显著。

基于Matlab和IPP的黄土孔隙微观结构研究

黄土的孔隙结构是区别于其他土类的重要特点之一,黄土的湿陷、震陷等宏观力学表现与其孔隙结构密切相关。本文开发了利用Matlab和IPP(Image-Pro Plus)软件相结合的方法对黄土微结构图像进行处理,提出了一种基于灰度计算土的三维孔隙率方法,并对青海西宁、甘肃永登、甘肃兰州、宁夏西吉和山西芮城五处场地的原状黄土微观结构进行了定性与定量分析。结果表明:不同地区的Q3黄土微结构往往与地域、深度以及气候条件密切相关。在定性方面,六盘山附近及以东的地区降雨量较为丰富,颗粒以集粒和凝块为主;而六盘山以西的地区气候较为干旱,颗粒之间接触面较小,易形成架空孔隙。在定量方面,在空间上自西北向东南,黄土大孔隙含量增加;在深度上自上至下,黄土颗粒相互靠拢,粒间距离减小,大孔隙含量减小;随着深度的增加,地应力逐渐增大,黄土颗粒和孔隙受到挤压发生转动和变形,中孔隙和大孔隙的椭圆率变小,其中大孔隙变化显著;土体发生重塑,孔隙排列变得有序,孔隙大小以及孔隙面积在各个区域分布相对均匀,分维数和概率熵减小,玫瑰图曲线变得圆滑。

不同失稳形态黄土边坡的动力响应研究

针对傅里叶变换的不足,为反映地震波时域和频域的局部特性,引入小波包变换分析方法,通过两台不同坡度的黄土边坡模型振动台试验,对加速度响应信号进行小波包变换,对比研究峰值加速度(PGA)在边坡地震失稳过程中的变化特征,观察分析失稳过程。结果表明:黄土边坡坡度的陡缓差别,会对边坡地震失稳形态产生影响,陡坡为突发型,缓坡为渐进型。突发型失稳边坡的地震失稳过程可划分为破坏前、极限状态和破坏后三个阶段,而渐进型边坡的失稳过程可划分为弹性变形、塑性小变形和大变形失稳破坏三个阶段。对地震响应小波包变换分析显示,边坡动力失稳过程中起主要作用的是地震波的低频部分(0.10~12.51 Hz),其中第一频段(0.10~6.25 Hz)始终是主频,第二频段(6.26~12.51 Hz)始终是次频。边坡第一频段的能量占比E_(1)和第二频段的能量占比E_(2)的高程规律的改变,可作为判断边坡地震变形损伤情况产生变化的依据。反应谱曲线幅值和特征周期的突变证明了前述分析的正确性。

黄土边坡动力失稳的振动台试验研究

与傅里叶变换相比,小波包变换能够反映地震波的时域和频域局部化特性,因此,引入小波包分析方法进行地震动响应信号的分析.通过大型振动台试验研究了黄土边坡的动力失稳过程,分析了峰值加速度PGA及加速度放大系数AFA的放大效应,并利用MATLAB编程实现加速度信号的小波包变换.研究表明:PGA和AFA的放大效应与边坡的变形损伤累积息息相关;边坡动力失稳过程中起主要作用的是地震波的低频部分(0.1~12.51 Hz),而且随着边坡的损伤累积,第一频段(0.1~6.25 Hz)的能量占比E1和第二频段(6.26~12.51 Hz)的能量占比E2的高程规律会发生明显变化;研究结果表明,黄土边坡的地震失稳过程可以划分为弹性变形、塑性小变形和大变形失稳三个阶段.

黄土河谷场地地形放大效应的研究

使用黄土河谷场地模型对地震动峰值加速度和频谱特征进行研究。结果表明,不同工况下各观测点PGA的放大比呈现出不同的变化规律。分析山顶和山谷各点的傅里叶谱以及谱比发现,在地形和土层共同作用下的放大效应是各自单独作用下放大效应的乘积。