2023年甘肃积石山6.2级地震中川乡液化流滑灾害调查及诱因初析

2023年12月18日甘肃省临夏州积石山县发生了6.2级地震,地震导致青海省民和县中川乡金田村和草滩村发生特殊的流滑灾害,其规模之大、灾害之重在国内外实不多见。通过实地考察,得出了地震土壤液化是此次流滑灾害诱因的结论,且此次灾害是近70 a以来首次具有现场实证性质的液化流滑型地震灾害。调查分析结果表明:流滑区上游滑源区地下土壤液化触发了流滑,中游流通区特殊的水文地质条件加剧了流滑的发展;土壤液化潜在多区、多源特性,即中游流通区存在疑似液化区;流滑区地震动强度较大,初步估计地震动峰值加速度值为0.4(±0.1)g。调查分析结果可为认识此次液化流滑灾害提供科学依据。

2023年甘肃积石山6.2级地震灾害特征

2023年12月18日,甘肃省临夏州积石山县发生6.2级地震,震源深度10km。此次地震造成了大量人员伤亡。地震强度较大,建筑结构、非结构构件震害严重;生命线系统多见破坏;场地灾害主要表现为土壤液化、山体崩塌、液化流滑,其中以金田村的液化流滑现象尤为突出。与2018年印尼帕鲁7.5级地震、1303年洪洞8.0级地震、1920年海原8.5级地震相比,此次地震液化流滑现象具有低角度、大范围、长距离的显著特征。现场调查分析发现,充分的水利补给、物源区的明显凹陷是导致本次地震液化流滑规模巨大的原因,且此次流滑与2018年帕鲁地震流滑现象有多处相似之处,但两者流滑机理上存在着本质的不同,值得后续深入研究。对于此次地震,美国地质调查局给出的人员伤亡及场地破坏预测偏向保守,急需发展匹配抗震设防能力的震害预测方法。

2023年甘肃积石山M_(s)6.2地震宏观灾害特征与若干思考

2023年12月18日甘肃省积石山县发生了M_(s)6.2地震,与以往同等级地震相比,其表现出“同震重灾”特征和引发了特殊流滑地质灾害。通过现场震害调查、走访受灾群众和搜集地质资料及相关文献,重点探讨了本次地震的发震背景和孕育地质条件,对比了宏观烈度分布特征及与仪器烈度差异,统计了不同民居房屋的典型震害特征及所占比例,调查了造成人员伤亡的主要成因;踏勘了次生流滑灾害宏观特征,对揭示其成因与触发条件提出了若干关键问题。结果表明:宏观与仪器烈度具有较为明显差异,原因主要为地形地质条件复杂、不同乡镇经济发展水平与房屋抗震设防能力差异及烈度仪布设缺乏统一标准;强震观测记录地表加速度明显大于2021年漾濞M_(s)6.4地震,烈度Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ区面积分别为2022年芦山M_(s)6.1地震的2.3、1.5、2.5倍,为造成同级地震重灾的一个重要成因;泥流掩埋摧毁房屋、炕头相连淋浴间隔墙倒塌及地震发生在深夜是造成本次地震人员伤亡重的重要因素。流滑区域长约3 km,前后高程差约85 m,总面积约39万m^(2),漫出地面约3 m高,塌陷区残留若干孤岛,其可能为长期农田灌溉、地下水体富集、地震主振方向与泥流运动和天然沟谷方向相同等外在因素和黄土湿陷、土体液化等内在机理综合诱发,具体成灾诱因、物理机制和触发条件需多种手段联合验证。调查证明,按照抗震设防标准进行房屋建设和既有建筑加固,强化农村居民防震减灾意识和应急避难知识,是减轻地震造成人员伤亡的有效措施。

6.4级漾濞地震某RC框架及其非结构部件震害分析

2021年云南漾濞6.4级地震造成了较大范围的建筑破坏,在漾濞县城记录到的地震加速峰值(PGA)高达720.2 gal。在强震作用下,大量土木结构的民居发生了破坏,而约束砌体和钢筋混凝土(RC)结构的震害则相对较轻。现场震害调查发现,部分框架结构的震害明显重于同一区域的其他同类型结构,呈现明显、多样的非结构部件破坏特征。因此,该文对某震害较重的框架进行详细调查,分类分析结构及其非结构部件地震破坏细节;依据图纸及现场考察信息建立精细有限元分析模型,对此次地震的地震动破坏力特征以及该框架结构及其非结构部件的地震破坏机理进行了量化分析。分析结果表明:带填充墙框架仿真模型的分析结果与实际震害现象更接近;框架结构局部大空间、框架底部的约束形式和填充墙的布置形式的综合作用导致结构产生局部过大变形与各类非结构部件的严重破坏。在考虑填充墙对框架结构的作用效应后,结构的不规则性大幅增加,导致结构薄弱层的最大层间位移角相较纯框架模型增加127%,并且明显加剧非结构部件的震害。该文对该建筑震害现象的详细调查与仿真分析,可为结构抗震设计与应急救援决策提供参考。

基于普查数据的地震灾害隐患评估及其影响因素分析

地震灾害隐患评估是第一次全国自然灾害综合风险普查涵盖的工作,随着地震灾害隐患评估工作的推进,多省市承灾体地震灾害隐患评估工作相继完成,为利用普查结果辅助有关部门有针对性地做出决策,需分析承灾体隐患评估的影响因素。基于第一次全国自然灾害综合风险普查项目建筑调查数据,首先统计分析某省级行政区内不同烈度区域及峰值加速度调整区内5类承灾体数量、抗震设防水平、变形损伤现状、建造年代等情况;其次采用隐患等级技术评定规范计算承灾体单体隐患指数,并给出不同类别区域地震灾害隐患等级;最后结合烈度调升及峰值加速度调整情况对隐患评定结果影响因素进行对比分析。研究结果表明,烈度和设防峰值加速度提升均会使承灾单体及区域隐患等级整体提高;农村建筑区域地震灾害隐患等级总体较高,其中农村非住宅为地震灾害重点隐患的主要承灾体;重点隐患单体中变形损伤的影响随抗震设防烈度的升高而降低,一般隐患等级单体中变形损伤及建造年代的影响随抗震设防烈度的升高而降低。

离线式地震灾害快速评估与应急制图系统研发及应用

地震灾害损失快速评估与制图在震后应急中发挥着极其重要的作用。本文以京津冀地区为例,实现一种新颖、实用的快速评估与制图技术,其基于离线数据与自主研发的软件模块即可完成地震灾害损失快速评估与专业制图表达。关键技术与方法包括:(1)京津冀地区基础地理数据与重要涉震数据的融合处理,基于细节层次模型(LOD)的地图显示原理,制作多级预缓存离线地图数据;(2)基于先进的分区分类评估模型与计算方法,生成京津冀地区不同烈度下地震灾害损失预评估结果的公里网格数据;(3)针对大量的离线地图数据与损失预评估公里网格数据,基于地理空间分区实现高效的离线存储管理机制;(4)基于面向对象编程和图形图像处理技术,实现地震灾害损失快速评估与专业制图表达一体化软件集成开发。本研究实现了全链条关键技术,不依赖任何第三方商业软件或服务插件,1分钟内即可自动完成快速评估报告与系列专题图件的生成。研究结果在多次地震应急中取得应用实效,对于提高地震应急处置能力有重要意义。

基于LSTM网络的单台仪器地震烈度预测模型

烈度是地震预警系统的关键产出.如何实现快速预测目标场址的地震烈度是地震预警方法技术研究中的核心问题.本文提出了一种基于长短时记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)的单台仪器地震烈度的预测模型(LSTM-Ⅰ).该模型以一个台站观测到地震动参数的时间序列特征为输入,实现动态预测该台站可能遭受的最大烈度.选取了日本K-NET台网记录的102次地震的5103条强震加速度记录训练了神经网络,利用89次地震的3781条数据检验了模型的泛化能力.利用准确率、漏报率以及误报率三个评价指标评价了LSTM-Ⅰ模型的性能.结果表明,当采用P波触发后3 s的序列进行预测时,模型出现漏报的概率为46.78%,出现误报的概率为1.25%;当采用P波触发后10 s的序列进行预测时,模型出现漏报的概率大幅降低到17.6%,出现误报的概率降低到1.14%.结果表明LSTM-Ⅰ模型很好把握住了时间序列中蕴含的特征.进一步基于LSTM-Ⅰ模型评估了Ⅵ度下台站所能提供的预警时间.本文模型能够提供的预警时间与P-S波到时差接近,说明LSTM-Ⅰ模型具有较高的时效性.

基于双对数正态分布的电瓷型电气设备地震易损性研究

总结了110 kV和220 kV典型电气设备的地震易损性曲线研究成果,考虑不同研究成果的离散性,基于双对数正态分布给出了抗震能力中值、随机性和不确定性建议值。进一步开展220 kV变电站系统的抗震性能分析,定量评价了变电站的功能性。研究结果表明:双对数正态分布可以较好地反映电气设备地震易损性的离散性,尤其是模型、方法等原因导致的不确定性。变电站系统的抗震能力低于电气设备的抗震能力,设计中应采取措施提高变电站的冗余性。变电站系统抗震性能与电气设备抗震能力中值正相关,与随机性和不确定性呈负相关。

我国黄土高原地区地震动衰减关系研究的若干进展

地震动的衰减关系是指地震动随震级、距离和场地条件等变化的经验关系,近年来在我国亦被称为地震动预测方程,是估计地震动及其影响场的主要方法之一,在地震区划和重大工程场地地震安全性评价中被广泛应用。黄土是一种特殊土,在我国广泛分布。我国黄土高原地区地质构造复杂,新构造活动强烈,中强地震频发,地震动的衰减关系有其特殊性,总结我国黄土高原地区地震动衰减关系的研究成果对促进黄土高原地区抗震研究有重要意义。在简要介绍国内外地震动衰减关系研究的基础上,全面系统地总结我国学者在黄土高原地区的地震烈度衰减关系,基岩和土层场地地震动峰值加速度、峰值速度、峰值位移以及反应谱衰减关系方面的研究成果;评述和讨论在黄土覆盖地区地震动衰减研究领域存在的问题和今后的研究方向。文章的研究工作对从事黄土高原地区地震工程研究的科技人员有重要参考价值。

考虑地震动空间相关性及大震震源效应的烈度场插值方法

地震发生后,利用强震动观测数据快速生成合理的等震线图是地震烈度速报中的一项关键技术。基于震源参数及烈度衰减规律生成的烈度等震线过于规则,无法反映局部烈度分布特征;而直接采用观测数据通过插值生成的等震线无法合理反映大震的震源效应。为此,提出一种考虑地震动空间相关性及大震震源效应的烈度场融合克里金插值方法,利用点到点之间的距离来考虑烈度的空间相关性,利用点到源之间的距离来考虑大震的震源效应。首先,在克里金插值方法的框架下,使用粒子群优化算法实现半变异函数的快速自动拟合;其次,通过两种自变量不同的半变异函数拟合实现了对空间相关性和震源效应的考虑;最后,使用日本和中国地震数据的插值结果验证方法的合理性。结果表明,融合克里金插值方法获得的烈度等震线图形状规则,能反映出一次地震的震源效应,且对台站稀疏的情况有较好的适应性,满足地震烈度速报的要求。该方法可为地震烈度速报及地震烈度等震线的绘制提供技术支持。

考虑椭圆模型M_W≥5.5地震震源参数时域计算方法

为提高时效性,地震预警系统对震源的处理一般采用“点源”假定,不考虑震源尺度、破裂方向和震源区应力降,对震源参数简化处理使得预测地震动参数分布过于粗略,特别是对破坏性大震.本文应用日本地震(M_W≥5.5)强震动数据,考虑椭圆震源模型,提出了一种适用于中、大地震矩震级、拐角频率和应力降等震源参数时域计算方法,并分析了场地效应、地震动传播衰减、震源效应和滤波频带等因素对时域方法的影响.结果表明,该方法能利用P波信息快速获取震源能量释放过程,量化随破裂传播震源谱拐角频率、应力降和破裂面积的演化过程,为地震动预测提供更多重要的震源参数.

基于机器学习预测模型的现地警报级别地震预警试验——以2022年9月5日四川泸定6.8级地震为例

2022年9月5日12时52分四川省甘孜州泸定县发生6.8级地震,造成严重的经济损失和人员伤亡.本文利用此次地震中台站记录到的强震动数据,离线模拟基于机器学习预测模型的现地警报级别地震预警方法.该方法首先构建基于支持向量机的震级预测模型与现地地震动速度峰值(peak ground velocity,PGV)预测模型,而后将每个台站的震级和PGV预测值分别与震级阈值5.7和PGV阈值9.12 cm·s^(-1)做比较,进而得到现地警报级别(0,1,2,3),并用于判断台站附近是否发生潜在破坏.其中,警报级别3为预测震级和预测PGV都超过了阈值,表明在该台站附近有潜在地震破坏且震级偏大.此次地震的离线模拟结果表明:使用P波到达后3 s时间窗,基于支持向量机震级预测模型的单台震级估计标准差为0.35、平均绝对误差为0.27;基于支持向量机PGV预测模型的现地PGV预测标准差为0.34、平均绝对误差为0.32;震级估计误差和PGV预测误差主要分布在±2倍标准差范围内.在不考虑数据打包与传输延时的条件下,地震烈度Ⅶ度区域内的触发台站在震后8 s几乎都发布了警报级别3.在此次地震的震后初期,基于机器学习预测模型的现地警报级别地震预警方法可以得到可靠的警报预测结果,并为中国地震预警系统升级提供了潜在参考.

甘肃积石山6.2级地震村镇建筑震害调查与分析

积石山地震对甘肃和青海部分地区房屋建筑造成了严重破坏。调查了地震烈度7度和8度地区的11个调查点的村镇建筑震害。震害调查表明:地震灾区主要为乡镇和农村地区,房屋结构类型主要为土木、砖木和未设防砖混结构;在烈度8度地区,土木结构房屋主要表现为严重破坏或倒塌破坏,砖木结构和未设防砖混结构房屋主要表现为中等破坏和严重破坏,设防砖混和钢筋混凝土框架结构房屋主要表现为轻微破坏和中等破坏;在烈度7度地区,土木结构房屋以中等破坏为主,砖木结构和未设防砖混结构房屋以轻微破坏和中等破坏为主,设防砖混和钢筋混凝土框架结构房屋以轻微破坏和基本完好为主。此次地震震害较同级别地震偏重,与震区复杂地形、地震动峰值放大效应、建筑砌筑质量差和结构受力不合理等因素相关。建议进一步开展复杂地形场地放大效应及频谱影响研究,重视建筑非结构构件抗震宣传与实用技术研发。

积石山6.2级地震桥梁典型震害特征

调查了306省道、310国道以及川亭公路上位于地震烈度8度和7度区的桥梁。GS.N0028台站记录到的大河家镇加速度峰值超过900 cm/s~2,远超当地罕遇地震设防标准,但从调查的结果看,本次地震中,8度区的桥梁震害主要以轻微破坏为主,包括挡块破坏、主梁侧移和支座滑移,除了川亭公路上发现一桥梁的桥墩出现剪切裂缝外,其他桥梁未发现主体结构发生破坏。7度区的桥梁基本完好,橡胶支座中橡胶有变形无法恢复以及主梁位移导致挡块间距发生变化,但都不影响功能。混凝土挡块作为主梁防侧移装置,震害虽然表明其有效性,但缺乏快速恢复的特性,同时设置缓冲橡胶垫的挡块仍然发生了较严重的破坏,因此,以后需要进一步加强挡块的缓冲装置和考虑可快速恢复性能的研究。

甘肃积石山地震村镇典型建筑震害及成因分析

2023年12月18日甘肃省临夏回族自治州积石山发生6.2级地震,此次地震造成了大量的村镇建筑破坏和倒塌,并造成了多人伤亡,是典型的“小震大灾”。文中总结了积石山地震中震区村镇建筑典型震害特点和规律,并结合建筑的结构类型、建造年代和是否具有抗震构造措施进行了典型案例分析,总结此次地震震损较为严重的原因:部分自建房屋为砖柱和土坯墙,二者缺乏有效连接,自身抗震能力差,这点从同一院落具有圈梁构造柱的房屋基本完好而不具备抗震构造措施的房子破坏严重可以说明;部分房屋不同层存在开间变化导致竖向传力不连续;结构存在大量平面布置不规则的情况;结构局部不完整或存在薄弱部位;农村自建房屋,按照工匠习惯建设,未考虑地震作用下的受力要求,需要建立质量监管体制机制。

SASMEX:墨西哥地震预警系统发展

墨西哥地震预警系统(El Sistema de Alerta Sísmica Mexicano,SASMEX)于1993年开始投入使用,是世界上首个向公众发布预警信息的系统。SASMEX已成功运行了30年,目前拥有96个监测台站,覆盖范围从巴亚尔塔港(哈利斯科州)到萨利纳克鲁斯(瓦哈卡州)的太平洋海岸以及格雷罗州和普埃布拉新火山轴南部地区。近年来,SASMEX结合震级阈值和震中距生成警报,并利用专用接收器、公共扬声器、多灾种无线电以及电视和广播电台发布预警信息。系统可以在强震动到达后1分钟内向公众发布墨西哥城的峰值地面加速度图。代表性案例是2017年9月7日特万特佩克大地震(M w 8.2)中,SASMEX为墨西哥城提供了近2分钟的预警时间。

2023年2月6日土耳其M_(w)7.8和M_(w)7.6两次大地震的地震动特征及模拟

2023年2月6日土耳其东南部连续发生M_(w)7.8和M_(w)7.6大地震,强震动观测台网获取到了大量的强震动观测记录,利用两次地震的强震动记录,对比土耳其地区地震动预测方程,分析了地震动的衰减特征,探讨M_(w)7.8地震的震源破裂特征对近断层地震动空间分布、速度脉冲的产生及观测台站方位相关的地震动总残差的影响,采用随机有限断层三维地震动模拟方法给出了基于数值模拟记录的仪器地震烈度图,得到以下结论:(1)两次地震中地震动的震源效应明显强于土耳其地区浅地壳地震的平均震源效应,M_(w)7.8地震对中长周期地震动的震源效应比M_(w)7.6地震更强烈;(2)两次地震中远场地震动的非弹性衰减明显强于土耳其地区的平均水平;(3)M_(w)7.8地震中最强烈的地震动主要集中于卡赫拉曼马拉什—安塔基亚的狭长区域内,该区域观测记录普遍具有双向速度脉冲特征,地震动总残差与台站方位角有明显相关性,推断M_(w)7.8地震沿北东走向的东安纳托利亚断裂向北东向破裂传播,同时沿南南西走向的东安纳托利亚断裂的卡赫拉曼马拉什—安塔基亚段向南南西方向破裂传播;(4)模拟记录能大致反映近断层地震动强度及距离衰减特征,M_(w)7.8和M_(w)7.6地震中破裂面附近地震烈度分别达到Ⅸ和Ⅷ度,烈度分布主要受破裂断层和局部场地条件的影响.

积石山6.2级地震供水系统震害调查与分析

2023年12月18日甘肃省积石山县发生6.2级地震,造成当地各类工程结构发生不同程度的破坏,导致了重大人员伤亡。基于调查资料,总结了供水系统中的建(构)筑物、设施设备和供水管网的震害特征。研究表明:经过正规抗震设计和施工的建筑物震害较轻,表明我国抗震设计规范发挥了积极作用;低烈度区水厂设施设备因地震破坏而停运,个别设备漏油污染了水质,进而导致了供水能力下降;位于高烈度区的供水管网在老旧钢质管道连接处发生多处破坏,出现了水量不足、水压降低的情况,给居民生活造成了不利影响。最后,从采取设备减隔震技术、管道和设备接口采用柔性连接、选择供水管道材质、全面开展管网漏损排查等四个方面提出了恢复重建的建议。

2023年积石山地震重要公共建筑吊顶震害调查分析

对2023年6.2级积石山地震中公共建筑内部吊顶开展了震害调查及分析,并以积石山县大河家镇大河家中学教学楼、中西医结合医院门诊楼以及中国邮政银行会议室3处典型震害为例,分析了在以往的公共建筑吊顶震害调查及研究中较少涉及的铝扣板吊顶、间接悬挂式吊顶的新震害现象及典型震害特征。研究表明:铝扣板边角锋利,卡入式连接对龙骨网格平整度要求较高,此类吊顶如若用于抗震要求较高或人员较为密集的建筑内,建议进行专门的抗震分析,以避免坠板伤人或妨碍人员逃生。此外,在吊顶地震损伤评估中,除坠板率外,还应考虑龙骨网格变形等因素。应加强吊顶中照明单元与主体结构连接的可靠性以避免其在地震中出现大量坠落。研究结果可为公共建筑吊顶抗震研究与工程应用提供参考。

泸县6.0级地震城市建筑群震害模拟与震害机理分析

结合建筑群震害调查与精细化数值仿真等手段,对城市建筑群的震害机理进行研究。首先,建立了泸县6.0级地震中泸县县城的建筑群震害仿真模型,并采用现场震害调查数据,从典型小区、城市整体两个层面,对模型的有效性进行验证。基于震害仿真模型,选取4条具有不同持时和频谱特性的地震动,比较不同地震动对泸县建筑群的破坏力特征,研究不同地震动破坏力随时间和峰值加速度(PGA)的演化特征。研究结果表明:地震动的频谱特性对不同层数、不同类型建筑具有选择性破坏作用,进而影响城市建筑群损伤程度与分布;不同地震动在不同时刻破坏力差异很大,进而导致建筑群损伤发展速度差异明显,前期破坏力较低的地震动仍可能对在后期对建筑群产生严重破坏;对地震动的PGA进行归一化,当PGA较小时,不同地震动造成的建筑群损伤程度接近,随着PGA的放大,不同地震动作用下建筑群损伤差异不断增大,其损伤指数差异可达数倍。