积石山M6.2地震诱发秦阴村黄土震陷灾害研究

2023年12月18日在甘肃省临夏州积石山县发生的M6.2地震诱发了多处黄土震陷灾害。通过对积石山县石塬镇秦阴村黄土震陷灾害进行现场调查,得出灾害的主要特征;利用原状黄土开展室内试验,研究秦阴村黄土的物性参数特征、微结构特征和震陷性,结合现场调查结果分析震陷灾害产生的主要原因。研究结果表明:秦阴村震陷区内土体酥裂,裂缝发育,边缘土体坍落或产生滑坡;土层呈反倾台阶状震裂破坏,最大沉降量57 cm,裂缝最大长度约300 m,宽度约83 cm。震陷区黄土土质疏松、含水率较高、架空孔隙发育、颗粒胶结较弱,具备产生震陷的土性条件。震陷区黄土层厚度较大,地震的等效动应力大于土体产生震陷的临界动应力,且地震动持续时间较长、卓越周期较大,使得场地产生了严重的震陷破坏。

黄土液化作用及其次生灾害风险评估方法初探——以积石山M_(S)6.2地震为例

2023年12月18日甘肃积石山6.2级地震引发的黄土液化泥石流地质灾害,造成了大量人员伤亡和财产损失。以此为背景,系统梳理了液化调查、风险评估和风险区划的工作思路:选定地区液化的内在和诱发因子,收集并分析资料,拟定调查工作底图,以调查问卷的形式开展液化影响因素摸底工作,开展针对性的外业调查或辅以物探和钻探工作,得到土壤液化发育潜势实际材料图;其后借用常规地质灾害的评估方法,开展调查区域的易发性、易损性评价和风险评价,得到调查区风险区划图。利用此方法对积石山地震诱发的泥石流灾害进行验证,分析其液化灾害的地质环境背景、形成机理和危害特征,并对其发生的风险进行评价。文章首次提出土的液化作用及其次生灾害区域调查因子的选择和风险评估的流程,可为开展土层液化作用及其次生灾害隐患区排查、国土空间规划,特别是高烈度山区集中居住点地质安全评估和选址建议提供参考。

中国岩土地震工程与土动力学研究进展与实践

引言岩土地震工程与土动力学是地震灾害预防和建设工程抗震设防的重要支撑学科领域。其中,岩土地震工程学是研究与岩土工程有关的地震工程问题的学科,也是岩土工程与地震工程、土动力学交叉而形成的一个新兴学科,主要研究内容包括在地震作用下土体的变形与强度特性,场地、地基和土工结构物的变形与稳定性问题。而土动力学是研究动力荷载作用下土的动力特性、场地动力响应和场地液化、震陷、滑坡等问题的学科。

甘肃积石山 M_(s)6.2级地震的震害特征与启示

2023年12月18日,甘肃省临夏回族自治州积石山保安族东乡族撒拉族自治县(35.70°N,102.79°E)发生了6.2级地震,震中烈度为VIII度。地震发生后,通过实地烈度评估与科学考察,对震区VI~VIII度区不同建(构)筑物与生命线工程的震害特点进行了统计分析;从抗震设计与施工管理、场地放大效应与地震次生灾害对建筑结构抗震性能的影响等角度,提出了此次地震的震害启示。结果表明:1)严重破坏和毁坏的建筑结构主要集中在老旧的土木结构、砖木结构和无设防或设防不规范的砖混结构。2)造成建筑结构破坏的主要原因是少量自建房抗震设计和施工的不规范、场地放大效应和地震次生灾害。3)优化和改良生土砌筑材料,改进纵横墙间的拉结措施,强化结构整体性是提高土木结构抗震的有效方法;普及“上下圈梁与构造柱”等基本抗震设防措施,规范水泥砂浆强度,提升农村工匠的施工水平,可有效提高砌体结构的整体性,避免房屋出现整体性垮塌;室内洗手间的墙体应该与房顶、纵横墙间建立有效联接,提高结构的抗震性能。4)孤突斜坡、河流高阶地与岸边为抗震不利地带。当建造用地极为匮乏,不得不选址在这些场地之上时,应该综合考虑场地的地形地貌特征、岩土体物理力学特性、水文地质条件、抗震设防目标、建筑结构类型等影响因素,做好地震灾害风险评估,根据评估结果进行科学设防。灾后重建过程中,应由政府统一规划选址、统一设计,规范施工。

汶川地震远场黄土场地地震动场地放大效应机制研究

通过汶川地震震后科学考察发现,汶川地震局部场地的震害和地震动放大效应明显,地震对甘肃省境内远离震中的黄土地区造成了较为严重的破坏。在此基础上,结合钻孔波速测试,运用二维等价线性时程响应动分析法对甘肃省平凉市典型黄土塬进行了地震动力响应计算,分析了该地区局部场地条件对地震动放大效应的影响。研究发现,黄土塬具有地震动放大效应,随着塬高的增加,加速度、速度、位移均出现放大效应;随着地震动在黄土覆盖层中的传递,卓越频率向低频移动,高频成分被吸收,加速度反应谱中长周期分量逐渐增大。数值计算结果与实际震害基本吻合,其结果对黄土地区进行合理的抗震设防具有一定的科学意义。

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。

汶川地震中甘肃清水田川黄土液化的试验研究

2008年5.12特大地震中,位于甘肃省清水县郭川乡的田川村发生了饱和黄土的液化滑移灾害。本文首先在对田川场地进行考察的基础上,综合田川在汶川地震中的震害情况以及滑移区的地形条件,将该地区在汶川地震中的烈度进行了修正。其次对田川黄土进行了物性指标测试以及室内动三轴液化试验,根据试验结果,综合考虑产生液化所需的场地及土性条件、黄土的动强度和液化特性,对田川黄土液化灾害进行了分析,并采用反应分析的方法对其进行了液化判定。研究结果证明了田川黄土液化的事实存在性,为低烈度区黄土液化提供了新的震害依据。

黄土地区场地条件对地震动放大效应影响研究

汶川Ms8.0特大地震在甘肃黄土灾区局部场地的震害和地震动具有明显的放大效应。通过在该区布设的地形调查流动强震动观测台阵,获取了同一山体不同高程的余震加速度记录,结果呈现出山顶记录到的峰值加速度大于山腰,而山腰记录也略大于山脚的规律。为了进一步分析黄土地区地震峰值加速度的放大机理,运用地脉动观测手段调查了其局部场地条件,得到了山体不同高程的卓越频率。并以典型黄土塬为背景,运用二维等价线性时程响应动分析法对不同覆盖层厚度和不同坡度的黄土塬进行了地震荷载作用下的动力响应分析,分析了不同条件下的山顶和山腰的地震峰值加速度放大特征。结果表明,地震峰值加速度放大效应和黄土覆盖层厚度及黄土边坡坡度有直接的关系。数值计算结果与实际震害观测吻合较好,证实了黄土覆盖层厚度和坡度是峰值加速度放大的重要因素。

黄土高原地震作用下黄土滑坡滑距预测方法

为评估黄土高原地区地震滑坡致灾区域,提出一种基于模糊信息优化处理的地震滑坡滑距预测方法。在野外调查、室内试验和分析的基础上,对黄土高原的地震滑坡类型、性质和影响因素进行分析。以摩根斯坦-普莱斯法计算黄土边坡的稳定性,建立边坡最小安全系数与影响因素的关系,其影响因素主要包括地震烈度、比高、坡角、容重、内黏聚力、内摩擦角等,并在此基础上得到纯黄土地震滑坡滑距的影响关系。将黄土高原地区数次大震中采集到的93个样本数据进行归纳分析,建立模糊信息优化处理模型。所得的计算结果通过误差校验和与其他滑坡滑距预测方法进行对比,来证明本模型有较高的准确性。最后对天水市22个潜在滑坡的边坡进行滑距预测。

第16届世界地震工程大会有关报告研究进展综述

第16届世界地震工程大会于2017年1月9—13日在智利圣地亚哥市召开。大会主题为:"快速恢复—地震工程新挑战"。经中国地震局批准,在国际合作司的大力支持和指导下,自己有幸赴智利圣地亚哥市参加了第16届世界地震工程大会。本论文对会议概况做了简介,对其中3个大会特邀报告、2场辩论会和12个专题分会报告内容进行了综述,并与读者分享了我个人的体会和思考。论文综述涉及的3个大会特邀报告题目分别为"快速恢复:地震工程的下一个挑战"、"钢筋混凝土建筑物抗震设计中对快速恢复的探索——智利的实践"和"长持时地震动对土液化灾害的作用";2场辩论会主题分别为"性态设计:是承诺还是陷阱?"和"抗震设防要求规定:概率性与确定性";12个专题分会主题包括:结构倒塌概率的评估,改善发展中国家住房地震安全的非技术战略,近期破坏性地震(包括2015年尼泊尔地震)的现场调查与分析,深基础的土-结构相互作用,地面破坏与液化,地震引起的天然斜坡滑坡,岩土室内试验和现场试验,城市层面的地震危害性、危险性与地震风险管理,快速恢复,地震风险经济与保险,城市的未来:今天规划明天的地震风险,管理政策等。

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。

黄土高原城镇建设中的地震安全问题

从地形地貌类型复杂程度、强地震活跃水平和天然黄土动力易损特性方面综合考虑,黄土高原城乡存在潜在地震滑坡、震陷、液化、地震动放大、活断层影响等地震灾害风险。在该区域城镇化发展过程中,城镇规模的扩张普遍是向地震灾害风险更高的地域推进,这可能会使地震安全问题更加突出。本文通过分析已有的相关研究结果与抗震减灾工程实践,梳理归纳了黄土高原城镇建设中存在的特殊地震安全问题,提出了活动断层避让、黄土地震灾害区划与预测、黄土地震滑坡影响区域预测及避让、黄土震陷与液化的初判与详判、黄土场地地震动放大效应和黄土场地基桩负摩阻力与水平推力计算等工程预防措施,这些措施已被纳入《甘肃省建筑抗震设计规程》。

复杂土层结构黄土场地地震动反应特性

基于复杂土层结构黄土场地的振动台缩尺模型试验,揭示了强震作用下场地的地震动响应规律;结合数值仿真模拟,分析了模型场地位移变化规律、地震波传播特征等。结果表明:(1)输入同一地震荷载情况下,峰值加速度(PGA)沿高程方向呈现递增趋势;同一监测点,PGA变化与地震动强度呈现正相关。(2)水平分量PGA大于垂直分量PGA;试验结果和计算所得PGA放大系数变化略有差异。(3)地表位移放大系数在2. 5～3. 5范围内变化;位移峰值的变化趋势与加速度峰值变化相似。(4)地震波传播速度变化与高程之间呈现负相关关系;在上覆土层厚度小于42. 5 m的情况下,地震波传播速度受上覆土层厚度影响较小;地震波在该黄土场地传播的过程中,其水平分量速度较垂直分量速度递减明显。试验与计算结果对黄土场地建筑选址和抗震设防具有一定的参考意义。

黄土塬地震动响应特征分析

2008年汶川Ms8.0级强烈地震对远离震中的黄土塬地区造成了较为严重的破坏,局部场地的震害和地震动放大效应显著。以典型黄土塬场地为对象,应用地形台阵流动观测和有限元计算方法,系统开展强震动作用下黄土塬边坡场地动力响应特征研究;应用大型振动台模拟试验和数值计算方法,重点探讨黄土塬平台场地在汶川地震作用下地表加速度响应随覆盖层厚度、地震动强度的变化规律以及对建筑结构的潜在影响。结果表明:黄土塬边坡顶部存在低频但较高放大系数的现象,可能与斜坡高差与入射波波长之比密切相关;大角度(60°~70°)黄土塬边坡对地震动的放大效应十分显著,坡顶加速度峰值(PGA)放大可达2倍,反应谱卓越周期放大可达5倍;较厚黄土塬平台场地加速度放大可达2倍以上,地震烈度增加1度,对于场地上固有周期0.7~2.0 s和周期大于3.0 s的建筑物地震反应将显著增加。

地下水位对黄土土层地震动影响初探

场地条件对地震地面运动的影响很大,而对于黄土地区地震地面运动规律又有其自身的特性。鉴于兰州市区地下水位的不断上升,本文选取典型黄河南岸Ⅱ级阶地黄土场地,假设水位逐次提高1m,通过土层地震反应分析计算,分析地下水位上升对地表峰值加速度及反应谱的影响。结果表明:随着地下水位的不断上升,地表峰值加速度及土层地震动放大作用都有减小趋势,地下水的上升一定程度上对地表加速度峰值具有减震作用;但场地的特征周期却有增大趋势,平台范围越来越宽,反应谱双峰现象越来越显著,尤其当水位上升较多(文中11m),在罕遇地震动作用下对所有结构物加震显著,在常遇地震动和设计地震动作用下对自振周期0.7～1.3s结构物加震明显,应引起重视。

木质素改良黄土工程性质与加固机理

为有效改善黄土的不良工程性质,选择工业副产品木质素作为改良剂,对黄土工程性能进行改善,以满足工程对土体承载能力的要求。通过配置不同配比的木质素改良黄土,测试了改良黄土的相对质量密度、界限含水率、最大干密度-最优含水率和无侧限抗压强度,研究了素土和改良黄土的工程性质,探讨了木质素用于改良黄土的可行性。并结合物理力学特性测试结果,基于扫描电镜试验和X射线衍射试验,从细观结构和矿物成分方面分析了木质素改良黄土的加固机理。结果表明:与素压实黄土相比,木质素改良黄土的相对质量密度明显降低,液限、塑限和塑性指数均减小,最大干密度增大,最优含水率有所下降。木质素掺量和养护龄期对改良黄土工程性质有显著影响,养护龄期28 d、木质素掺量2%时,改良黄土抗压强度最大,相较于素压实黄土强度提升32%。木质素对黄土的改良加固的机制主要包括木质素对黄土的填隙作用、胶结作用、黏土矿物强化作用、离子交换和双电层吸附作用。

汶川地震后甘肃临夏北塬黄土场地大面积沉陷研究

北塬是位于甘肃省临夏县东北部的黄土塬,塬上分布为典型的马兰黄土。2008年汶川地震以后该地区陆续发生了较大规模的黄土湿陷灾害,并造成相当的经济损失。通过对北塬湿陷性黄土的野外调查和室内试验,研究了黄土湿陷的原因和机理。结果表明,该地区黄土产生大面积沉陷的主要原因是汶川地震中产生的深大裂缝与底部黄土垂直节理贯通形成渗水通道,水在底部不透水层聚集,土体由下至上产生湿陷,从而导致地基沉降。结合经济可行性和当地实际,针对类似原因引起的黄土湿陷问题提出了防治措施。

汶川地震黄土地区远场地震动特征分析

远场地震作用对长周期结构的抗震设计依据提出了新的要求,由于缺乏远场地震动实测记录,国内外对远场地震动特性的研究尚不成熟。对汶川地震部分台站记录进行分析,研究远场地震动峰值及反应谱特征,讨论传播距离和场地条件对远场地震动的影响。结果表明：远场基岩场地在周期0.5s以上、土层场地在0.5-2s和3-6s存在明显放大效应;远场Ⅱ类场地、设计地震第二组和第三组的地震动反应谱,在周期1-4.5s之间,谱值明显高于设计谱;远场Ⅲ类场地、设计地震第二组和第三组的地震动反应谱,特征周期值比设计谱明显向右偏移。规范设计谱在强地震动的长周期部分被低估,应适当增大长周期部分的谱值。

河谷地区黄土地震滑坡特征与影响因素分析

河谷地区历年来地震滑坡灾害严重。通过分析典型河谷城市100余个黄土滑坡影响因素的数据,结合前人工作,对滑坡进行了针对性的分类,将河谷城市黄土地震滑坡分为黄土内滑坡、黄土—基岩接触面滑坡以及黄土—基岩滑坡。通过研究针对危险边滑坡防治给出建议,在河谷地区地震黄土斜坡稳定性分析和灾害预测中需要考虑多项影响因素。

土层结构对油气管线工程地震动峰值加速度区划图的影响研究

油气管线工程是生命线工程的重要组成部分，工程跨度通常超越几十甚至几千公里，从而导致横穿地区覆盖层中土层结构存在明显差异，对地震动峰值加速度（PGA）产生较大影响，进而影响区划结果。本文采用分区拟合放大系数的方法，对华北平原地区某大型管线进行研究，给出研究区不同土层结构条件下场地放大系数KS-基岩PGA拟合函数结果，得到沿线附近10 km范围内的PGA区划图结果，并与第四代和第五代中国地震动参数区划图提出的场地系数公式的计算结果进行比较。三种计算方法的结果表明，研究区内50年超越概率10％条件下实际场地放大系数为1．30～1．45，50年超越概率5％条件下实际场地放大系数为1．15～1．30，均高于我国第四代和第五代区划图对场地系数的建议值。50年超越概率10％下的PGA区划图结果显示，局部区域在第四代和第五代地震动参数区划图场地系数的结果中位于0．15g 或0．20g 区，由于KS 的提高，其实际计算结果会提升为0．20g或0．25g分区，这说明场地系数对峰值加速度区划图结果具有较大影响。