基于中国场地相关谱的核电厂结构地震易损性与风险研究

随着概率地震危险性分析与分解理论与应用的发展,场地相关谱生成理论也得到了不断发展,基于中国场地相关谱的核工程等重要基础设施地震易损性与风险分析研究还较为匮乏。该文总结了标量型中国概率地震危险性分析与分解理论方法,提出了向量型中国概率地震危险性分析与分解、条件型中国概率地震危险性分析基本原理,给出了基于中国概率地震危险性分析与分解的我国场地一致危险谱、条件均值谱、广义条件均值谱和条件一致危险谱生成理论和方法,总结了基于中国场地相关谱的核电厂结构地震易损性与风险分析理论基础,以我国某核电厂厂址及核电厂安全壳结构为算例,生成算例厂址场地相关谱,计算不同场地相关谱条件下核电厂安全壳结构地震易损性与风险。分析结果表明:不同场地相关谱条件下,我国核电厂安全壳结构安全裕量都较大;基于条件均值谱计算得到的风险结果偏于不保守。

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。

黄土高原地震滑坡与强震动记录数据库管理系统的构建与应用

地震滑坡资料与实际强震动记录是开展地震滑坡成灾机理研究的重要基础数据,如何科学管理这些数据资料,并最大限度地发挥其科学价值仍然是一个值得探索的问题。文章以黄土高原地区7次典型历史地震诱发黄土滑坡和125次地震(2001—2018年)的强震动记录为基础数据,依托开源GIS平台+MySQL数据库,构建黄土高原地震滑坡与强震动记录数据库管理系统。该系统界面规范、友好,参数获取方便,图表展示清晰、流畅,不仅为地震滑坡和强震动记录数据资料的管理与应用提供一个科学便捷的平台,也为黄土地震滑坡成灾机理研究提供坚实的数据基础,亦对黄土高原地区防灾减灾工作的开展具有一定的参考价值。

地震荷载作用下土体变形试验研究

为研究不规则地震荷载对土体变形特性的影响,对砂土试样开展了系统的动三轴试验。试验中分别对3种不同密度砂土试样施加了4条具有不同峰值的不规则地震应力时程及其循环次数为20周的等幅正弦荷载,以便开展对比研究。结果表明:在地震荷载及其等幅循环荷载输入下,砂土试样的应变增长曲线差异显著,荷载类型及荷载波形是影响土单元应变时程发展特征的主要因素。考虑荷载不规则性得到的修正系数受荷载类型和砂土相对密实度的影响,不受输入荷载动应力幅值大小及砂土类型的影响。最后针对地震荷载下土单元变形的计算,给出了以常规的等幅三轴变形试验为依据的估算方法。

2023年土耳其7.8级地震灾害特征

北京时间2023年2月6日9时17分土耳其发生7.8级地震,震中位于北纬37.17°,东经37.08°,震源深度20 km,约9小时后,同一地区又发生了一次7.5级地震,土耳其出现了极为罕见的“双震”,土耳其和叙利亚两国共计至少53565人死亡、129794人受伤。此次地震震级高并且强度大,震害极为严重,具体表现为:大量房屋倾倒或受损严重,建筑物的结构破坏为主要形式,内部的水管泄漏和柜体倾覆;建筑外部非结构破坏以填充墙、楼体贴面、装饰和玻璃等构件的破坏为主;生命线系统破坏中桥梁损坏数量较大但程度较为轻微,主要破坏形式为桥台变形、支座失效及桥墩损坏等;公路破坏形式为路面隆起、龟裂和扭曲,多个地区产生了严重的拥堵现象;铁路系统受到了严重破坏,主要破坏形式为轨道发生严重弯曲和断裂;场地效应主要表现形式为土壤液化、山体滑坡和地面变形等,其中土壤液化现象较为广泛,且存在土壤液化导致附近的建筑物地基失效、房屋倾倒和生命线毁坏等破坏现象。震害调查表明:此次地震灾害分布集中在近震中地区,震害主要体现在建筑物、工程场地和生命线系统等方面。地震后土耳其根据欧洲ESRM20模型给出了明显过低的人口伤亡评估结果;美国地质调查局(USGS)第一时间给出了人员伤亡和经济损失等过于保守的灾害预测,不利于震害评估和灾害救援。需要完善和发展更加合理的地震灾害预测方法,震害资料不断累积后,2023年2月19日美国地质调查局给出了趋于准确的预测的结果,为了更合理的进行地震应急救援和灾后快速重建评估工作,需要发展新的灾害预测评估方法。

考虑地震动空间变化的区域公路网连通可靠性研究

区域公路网是社会交通大动脉和地震灾害救援生命线,连通可靠性反映了地震灾害发生后公路网的通行能力,地震动受震源位置及震中距的影响而具有显著的空间变化,对公路网的震后破坏状态具有重要影响。以邯郸地区公路网为研究对象,通过设定震源位置与震级,研究地震动空间变化影响下的区域公路网连通可靠性。首先,设定邯郸市1830年磁县大地震及一个虚拟地震为地震情景,分别设置震级为M6.0、6.5、7.0和7.5,基于地震动衰减关系表达地震动空间变化,得到公路单元对应的PGA。然后,结合地震易损性模型分析公路单元震后通行概率。最后,针对区域公路网空间范围大的典型特征,优化城市道路所用的最大可能状态算法,对邯郸地区公路网进行连通可靠性评估。结果表明,区域尺度下公路网络单元和节点数量多、空间展布复杂,其抗震连通可靠性与既有公路分布、区域城市位置等因素密切相关,地震动空间变化显著影响公路单元的震后破坏状态和通行概率,研究成果可为区域尺度公路网地震灾害评估及抗震韧性研究提供参考。

不同类型黄土场地地震诱发灾害分析

基于FLAC3D数值模拟方法,建立不同类型的黄土场地计算模型,研究地震动强度和频率对不同类型黄土场地的动力响应特征和变形规律,分析不同类型黄土场地地震动响应的差异性,揭示不同类型黄土场地诱发的地震灾害,结合理论分析验证数值模拟结果的可靠性。研究表明:黄土-泥岩接触型二元结构斜坡极易发生滑动破坏引起斜坡失稳,并且在坡肩位置引起较为明显的动力响应,加速度放大系数是坡顶的2倍左右,是一元结构黄土斜坡相同部位加速度放大系数的1.5倍左右;黄土斜坡临空面的存在会引起土体沿坡面发生一定范围的滑动和堆积,黄土塬内较塬边更为稳定,不易发生损伤破坏;低频地震波对平坦场地的地震响应影响明显,随着高程的增加,频带宽度增加,傅里叶谱幅值增加,坡肩处的幅值是坡脚的2倍左右;黄土斜坡场地易诱发大面积的滑坡灾害,黄土塬场地在剪切力和压张破坏条件下易诱发局部震陷灾害。

水平地震作用下双级加筋土挡墙损伤识别研究

因对台阶式加筋土挡墙损伤识别的研究不足,开展了双级加筋土挡墙的大型振动台试验。采用时域识别方法分析了水平地震作用下模型的动力响应特征,阐述了上、下级挡墙自振频率、阻尼比的分布规律,探究了结构损伤程度与自振频率、阻尼比间的对应关系。研究结果表明:加载前上、下级挡墙的自振频率基本一致,阻尼比随墙高的增加而减小;随着加载工况的累积,自振频率逐渐减小,阻尼比逐渐增大。采用数学方法对自振频率和阻尼比分布曲线进行多项式拟合,对比分析可得:当自振频率减小0~15.41%、阻尼比增大0~299.35%时,结构处于基本完好阶段;当自振频率减小15.41%~18.92%、阻尼比增大299.35%~360.07%时,结构处于轻微破坏阶段;当自振频率减小18.92%~21.29%、阻尼比增大360.07%~398.21%时,结构处于中等破坏阶段;当自振频率减小21.29%~29.60%、阻尼比增大398.21%~532.99%时,结构处于毁坏状态。

岩体物理模拟实验中的相似材料配比

为确定岩体物理模拟实验中常见相似材料的配比,首先选取河砂、重晶石粉、石膏和水泥四种原料,采用正交设计的方法,设置骨胶比(河砂和重晶石粉质量与石膏和水泥质量之比)、水膏比(水泥质量与石膏质量之比)和重晶石掺量(重晶石粉质量与骨料质量之比)3个因素,每个因素5个水平,开展单轴压缩情况下的密度试验和声发射试验,然后确定不同配比对相似材料物理力学指标和表征损伤程度指标(D)的敏感性。试验结果表明:在骨胶比影响下,相似材料密度、抗压强度和弹性模量的极差最大,分别为0.13 g/cm^(3)、2.60 MPa和247 MPa,F检验值最大,显著性最高;在重晶石掺量影响下,泊松比的极差最大,为0.09,同样显著性最高;在骨胶比影响下D的极差最大,为0.25,显著性最高。总的来说,骨胶比对相似材料密度、抗压强度、弹性模量和D起控制作用,重晶石掺量对泊松比起控制作用;重晶石掺量最优为20%。

玉树地震震前甘孜—玉树断裂局部应力场时空偏转特征的离散元模拟研究

区域地质构造活动会改变地壳的应力状态,构造地震是区域地质构造活动的极端方式,了解震前发震断裂局部应力场的变化规律对断裂活动性的表征具有重要意义。为此,利用颗粒离散元软件PFC~(2D),以玉树地震台站YRY-4钻孔应变仪的监测数据为依据,模拟2010年4月14日玉树M_S 7.1级地震发震断裂,甘孜—玉树走滑断裂,震前局部应力场最大主应力方向的时空偏转特征。研究表明,震前玉树台站位置的模拟最大水平主应力SH方向出现逆时针偏转,在积累了一定应变能后偏转逐步恢复,模拟局部应力方向的变化趋势与现场实际观测结果基本一致。断裂处不同位置SH变化规律不同,距离断裂构造越近,局部应力受到的扰动越明显;位于拉应力集中区的SHT和压应力集中区的SHP同时向两者所在区域的分界方向旋转,且偏转角随时步的增加逐步增大;不同区域的应力积累程度不同,且随着加载时间的推移而增强,并在不同时刻发生破裂,具有明显的时空异步效应。

地质力学模型实验中变形量测方法的应用研究

地质力学模型实验作为一种便捷高效、成本低廉的研究方法,不仅可以将工程的破坏过程直观地呈现出来,而且可以作为了解工程整体力学特征、破坏模式和稳定情况的重要研究手段,在各类岩土工程问题的研究中有着广泛应用。由于地质力学模型材料的变形模量较低,同等应力条件下应变极其敏感,因此模型实验中变形测量显得至关重要。为了提升地质力学模型实验中变形量测的便捷性和准确性,对目前地质力学模型中变形测量的主要方法进行总结分析。结果表明:目前对于模型变形量测的方法主要分为电测式测量方法、光学测量方法和机械式测量方法,其中电测式测量方法主要包括电阻式应变片法和位移计法,光学测量方法主要包括光纤类传感器法、数字图像相关法、光弹性贴片法和云纹干涉法,机械式测量方法主要包括百分表测量法和经纬仪观测法。通过对各种方法工作原理、主要应用案例及优缺点的阐述对比,得出不同方法的主要区别是测量范围和适用范围的差异,其中百分表测量法适用于测量小区域变形;测量内部变形可选择电阻式应变片法及光纤类传感器法;较大区域的变形可选择位移计法及光纤类传感器法;指定点位移可选择经纬仪观测法;全场观测可选择数字图像相关法、云纹干涉法以及光弹性贴片法。该成果可为相关地质力学模型实验的变形测量提供实验参考。

黄土地震滑坡运动特征研究——以海原特大地震诱发滑坡为例

基于1920年海原81/2级特大地震诱发的568处典型黄土滑坡,从方向性特征、远程滑移特征以及流滑特征等3个方面探究黄土地震滑坡运动特征,主要结论如下:(1)海原地震诱发黄土滑坡主滑方向集中于60°~90°和270°~300°两个区间,与斜坡坡向优势范围50°~90°和255°~290°较为一致,体现出明显的顺坡向特征;(2)主滑方向与发震断裂走向平行或呈小角度相交(0°~30°)的滑坡占比41.9%,滑动方向受断层错动方向的影响较为显著;(3)滑坡密集分布于迎坡面,发育数量为背坡面的1.98倍,表现出典型的迎坡面特征;(4)滑坡最大水平距离与坡高的相关性明显,滑坡密集发育在坡高30~120 m的范围内,滑坡的等效摩擦系数均小于0.4,展现出典型的远程滑移特征;(5)568处滑坡中等效摩擦系数小于0.17的占比70.95%,表现出显著的流滑特征。作为黄土地震滑坡发育特征研究成果的重要补充,所得结论对深入开展黄土地震滑坡成灾机理与风险评估研究具有一定的参考价值。

地震序列作用下液化场地条件影响研究

砂土液化前后场地条件的变化研究对于改进液化判别方法具有重要意义。基于美国加利福尼亚州野生动物园强震动观测竖井台阵资料,采用互相关分析和傅里叶谱比方法,研究了布劳雷强震动序列作用下台阵场地液化前后等效剪切波速和卓越频率的变化特征。强震作用下孔压监测结果表明,场地液化层的超孔隙水压力已经达到临界液化状态,并在震后迅速消散,但是在地表没有发生喷水冒砂现象。超孔隙水压力的累积导致竖井台阵不同观测位置之间的剪切波传播时间发生延迟,台阵场地卓越频率在砂土液化过程中发生显著下降。在孔压消散之后,剪切波传播时间和场地卓越频率在4d内恢复正常。这一现象对于基于液化之后场地原位测试资料建立液化判据具有重要参考价值。

基于动三轴试验的不同细粒含量尾矿砂地震液化判别研究

对江西德兴某尾矿库的不同细粒含量尾矿砂开展土样的基本物理力学性质试验,得到土样的物理性质指标和颗粒级配曲线,再通过动三轴试验得到土样的时程、动强度和液化应力比曲线。各种关系曲线显示:液化过程中,尾矿砂试样的强度迅速下降,形变和孔压逐渐增大,最终导致液化破坏;在试验中围压越大,细粒含量越少,液化所需要的动应力越大;液化应力比与液化振次之间的归一性良好,近似于线性相关。根据抗液化剪应力法计算出不同条件下土样的液化判别结果可知:在保持单一变量下,35%细粒含量尾矿砂的液化可能性FL和15%、25%细粒含量尾矿砂相比,分别增加了约28.5%、10%;等效振次(烈度)为30(8度区)的液化可能性FL和等效振次(烈度)为8、12(6、7度区)的液化可能性FL相比,分别提高了约160%、73%;深度为12m的液化可能性FL同深度为3m、6m、9m的液化可能性FL相比,分别减少了约14.5%、12%、7%。

我国黄土地区土层地震动峰值加速度衰减关系研究

收集、筛选并整理了2001—2019年我国黄土地区发生的141次M_(S)2.4~6.7地震的1092条台站记录,选取台站中两水平向峰值加速度偏高的值作为拟合值,采用两步回归法拟合得到了我国黄土地区水平向土层地震动衰减关系,分析了地震动残差随震级和距离的分布趋势,并将衰减关系和已有研究成果进行了对比。结果表明:绝大多数实测值均在拟合峰值加速度衰减曲线±1倍标准差范围以内,模型能较好地反映中国黄土地区峰值加速度随距离衰减的趋势。

2022年日本福岛7.4级地震灾害特征

北京时间2022年3月16日22时36分,日本本州东岸近海发生7.4级地震,震源深度57 km,震中位于北纬37.65°,东经141.95°。此次地震造成3名人员死亡,245人受伤。本次地震震级高强度大,但震害较轻,具体表现为:部分房屋倾倒和受损,但发生完全倒塌和严重结构性破坏的建筑物较少,建筑内部的水管泄漏和柜体倾覆、建筑外部的装饰和玻璃等非结构构件的破坏多有发生;生命线系统破坏主要集中在东北新干线和阿武隈川沿途,其中桥梁损坏居多,且主要破坏形式为支承破坏、中层梁破坏以及桥墩开裂受损等;多地公路受损,基本破坏形式为龟裂和扭曲;铁路破坏基本是由桥梁破坏所引起;砂土液化主要在高烈度地区,其中有2处场地在此前多次地震后均发生过液化现象。震害现场资料表明,本次地震灾害分布集中在福岛县和宫城县,震害主要体现在建筑物、工程场地、生命线系统3个方面,由于日本福岛地区2011年发生了“311福岛9.0级地震”、2021年“福岛7.1级地震”等多次地震,震后建筑物、结构物、桥梁、公路、铁路和工程场地都得到了不同程度的维护和加固,导致这次地震震害程度较轻,可以用“幸存者偏差”加以解释。地震中美国地质调查局给出了人员伤亡、经济损失和液化范围等过于严重的灾害预测,不利于震害评估和灾害救援,也需要完善和发展更加合理的地震灾害预测方法。

沧州市区地震断裂带周边建筑抗震性能调查

为探究沧东断裂周边建筑的抗震性能,对断裂周边2.5 km内建筑进行普查,普查内容主要包括建筑结构、建筑年代、建筑抗震措施、居住人口等方面。通过普查建立了该地区建筑抗震性能模型,对重点隐患点进行识别,针对抗震设防情况提出了防震减灾对策。

四川泸定6.8级地震地质灾害调查

2022年9月5日四川泸定6.8级地震发生后,防灾科技学院组织现场科考工作组,对震中附近泸定县和石棉县地震地质灾害进行调查。调查结果表明:震中位于青藏高原向四川盆地过渡带,属于高山峡谷区域。地震诱发的地质灾害点成带状分布,展布于大渡河两岸和鲜水河断裂两侧,方向与发震断层一致,表现为数量多、范围广和人数伤亡多的特点。边坡坡面陡峭,岩体风化程度高,颗粒破碎。滑坡多以表层堆积体溜滑为主,切割深度不大。地震滑坡掩埋路基、冲击桥梁、对隧道洞口区域造成破坏。建造于边坡附近建筑物,一要注意半挖半填地基稳定性,二要留足基础底面外缘至坡顶边缘的水平距离。

基于广义条件谱的某核电厂安全壳多元地震易损性分析

本文基于我国场地广义条件谱,对我国某核电厂安全壳进行了多元地震易损性研究。给出了我国场地向量型概率地震危险性分析与分解理论,提出了我国场地广义条件谱生成方法和步骤,生成了我国算例厂址广义条件谱,选取了场地相关地震动记录,基于多元地震易损性分析方法,生成了算例厂址安全壳结构多元地震易损性曲面。分析结果表明:核电厂安全壳地震易损性分析结果对多个地震动强度参数都较为敏感,基于增量动力分析等解析地震易损性方法,能够得到更为精细化易损性分析结果。考虑多个地震动强度参数的地震易损性分析结果,可为更为精细化核电厂地震风险提供研究基础。

工程岩体物理模拟研究中实验材料的选择与应用

工程岩体物理模拟实验是岩体工程问题研究的重要方法,其中物理模型材料的选择对于实验成功与否至关重要。为了提高岩体物理模拟的选材效率及实验准确性,在总结前人大量工程岩体(边坡工程、地下工程和地基工程)物理模拟研究进展的基础上,对不同类型的物理模拟模型材料应用情况进行综合分析。结果表明:传统相似材料模拟软岩骨料最常用的是河砂和石英砂,模拟硬岩骨料则是在河砂和石英砂的基础上进一步掺入重晶石粉用以调节级配及强度,胶结剂通常都是水泥、石膏或者两者混合的复合材料;新型相似材料的选用更多是根据所需解决的问题进行设计,常采用铁粉、熔融石英砂及陶瓷等作为骨料,高分子聚合物、酒精和松香等作为胶结剂。整体而言物理模拟实验材料的骨料粒径越大,强度也越大,但是相似模拟中不能使用粒径过大的骨料;材料的强度随着砂胶比的增大而减小。研究不同工程对象时还需根据其自身特点进行实验设计,在研究显著节理裂隙等对岩体破坏机制的影响时,需掺加煤粉、云母碎、珍珠岩以及发泡剂等辅助材料,以控制试样的节理、微裂隙、结构面和孔洞等。笔者等对工程岩体物理模拟实验材料的分析综述可为相关工程岩体物理模拟研究提供实验参考。