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。

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。

饱和黄土场地液化的工程初判和详判指标与方法研究

黄土液化的判别是工程界长期存疑的问题。本文基于不同黄土场地的现场标贯试验、波速测试和试样的室内动三轴试验研究以及《兰州市区建筑抗震设计规程》(DB62/T25-3037-2006)使用反馈情况,提出了饱和黄土场地液化的工程初判和详判指标与方法:(1)地层年代、粘粒含量、塑性指数、剪切波速、土层埋深条件等可作为饱和黄土场地液化初判的指标;(2)国家《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)[2]中基于标贯击数的液化判别公式和液化指数计算公式适用于饱和黄土地基的液化判别和液化程度评价,但黄土液化判别的标贯击数基准值需要修正;(3)对应于设防加速度0.1g、0.15g、0.2g、0.3g、0.4g下饱和黄土液化判别的标贯击数基准值应分别为7、8、9、11、13,显著小于砂土液化判别的相应值。目前该判别方法已被纳入《甘肃省建筑抗震设计规程》(DB62/T25-3055-2011)[3]。

西北地区农村民房现状及抗震技术研究

在对西北地区农村民房实地调研的基础上,根据承重结构、建筑材料和工艺的不同,将其划归为生土墙体承重房屋、砖砌墙体承重房屋、木构架承重房屋和混合承重房屋。研究表明,不同类型房屋分布具有明显的区域性和年代特征,抗震性能差异较大,但均存在不同程度的地震安全问题;提高西北地区农村民房的抗震能力,需要加快实施农居地震安全工程,加快危房的拆除重建和抗震加固工作,开展民房抗震技术研究,推广抗震农居。

甘肃地区三水准超越概率水平地震动峰值加速度关系与场地放大效应研究

通过对甘肃省158个场地安全性评价结果的分析,讨论了不同的超越概率下水平地震动峰值加速度之间的关系以及不同的场地条件对基岩峰值加速度的放大效应。结果对甘肃地区地震安全性评价中水平地震动峰值加速度的取值提供必要的参考。

非确定性分析方法在岩土地震工程中的应用

岩土地震工程属于岩土工程与地震工程的交叉领域。受岩土对象多变性和动力加载复杂性的双重影响,该领域涉及的科学问题,不得不面临更多非确定性的挑战。通过分析岩土地震工程领域中应用非确定性分析方法的研究现状,明晰非确定性分析的难点所在,结合各类非确定性分析方法的内在不足厘定解决岩土地震工程领域非确定性问题的薄弱环节,力求可以为非确定分析方法模型的建立和改进提供一些思路与方向。

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。

不同地区饱和黄土液化特性研究

利用动三轴试验系统,对兰州、固原、潼关地区饱和原状黄土进行了液化试验。通过对饱和黄土液化的动应力、动应变和动孔压发展特点等问题的对比和分析,研究了我国不同地区饱和原状黄土的液化特性。研究表明:(1)黄土液化有其自身的特点,一旦发生液化,抗液化强度将迅速丧失;(2)黄土的区域性结构特性对黄土液化的影响非常明显,表现为不同地区、不同结构的黄土,其液化强度是不同的。而不同地区间黄土的干密度等物性指标对黄土液化的影响远小于区域性结构特性的影响;(3)基于黄土的结构破坏特性和液化特性,给出了饱和黄土的液化破坏应变标准。

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。

天然含水率状态下原状黄土动强度特性研究

通过对不同天然含水率状态下兰州原状黄土的室内动强度试验,得出了相应破坏振次为10和20次时原状黄土的动强度参数。根据试验所得动强度参数,分析了原状黄土的动强度参数随天然含水率和破坏振次的变化规律。探讨了天然含水率、破坏振次对该地区原状黄土动强度指标的影响,并对原状黄土的动强度参数与天然含水率之间的关系曲线进行了拟合,给出了其数学表达式。结果表明,动凝聚力与动内摩擦角随天然含水率变化规律,较好地符合乘幂函数关系和线性关系。

地震作用下节理岩质边坡稳定性影响因素研究

汶川地震灾害调查表明,在基岩山区地震滑塌主要发育在局部强度相对较大、节理较发育的厚层或块状岩体中。以岩石中含两组节理的岩质边坡为例,输入实际的地震记录,采用离散单元法进行数值模拟,分别探讨坡高、地震烈度、坡角及节理倾角组合对节理岩质边坡稳定性的影响。结果表明:地震作用下坡体中质点的加速度、速度具有高程放大效应;节理岩质边坡稳定性随着坡高、坡角和地震烈度的增加而降低;两组节理不同组合的岩质边坡,其稳定性变化较为复杂,受节理倾角与坡角的关系、节理的倾向、两组节理之间夹角等因素的影响。节理岩质边坡在地震作用下是受拉区逐渐向受剪区扩展而最终导致边坡失稳破坏,是受拉和受剪的复合破坏。上述初步结论为评价山区节理较发育的岩质边坡在地震作用下的稳定性提供一定的依据。

黄土室内液化试验饱和方法的研究现状及前景展望

黄土液化是黄土地区的三大典型震害之一,是黄土动力学研究的前沿课题;截至目前,室内动三轴液化试验仍是研究黄土液化的主要方法,而试样饱和度的高低是影响黄土液化试验结果的关键因素;首先从土的性质和饱和的主要指标对砂土和黄土饱和的差异进行了对比,而后通过对现行的主要饱和方法进行了详细的叙述,归纳总结了黄土室内液化试验饱和方法的研究现状,同时结合黄土本身大孔隙、弱胶结的特性,就现行主要饱和方法对黄土饱和的适用性进行了评述,提出了每一方法的优缺点;并结合反压饱和方法在黄土饱和中的应用现状,对该方法在黄土饱和中的应用前景进行了展望。

天水市岩土体剪切波速与埋深的变化关系

本文应用数理统计方法分析了天水市1 294组不同类型岩土体的剪切波速数据。结果显示,不同类型岩土体的剪切波速值随深度或风化程度不同均具有较大的变化区间;任一类型岩土体的剪切波速分布呈现出正态分布特征,其峰值区间和优势区间可以很好地反映岩土体的物理性状;松散堆积类岩土体(如:粉土、粉质粘土、卵石和圆砾等)的剪切波速与深度具有很好的相关性,可用二次函数和幂函数表达;同一类型成岩体(如:泥岩、砂岩和砾岩等)的剪切波速变化主要受岩体的裂隙发育和风化程度影响,与深度的相关性较小。

黄土动力变形研究进展与可能突破方向

通过分析黄土动力变形研究的进展状况,概括已有研究的主要切入点和存在的问题,结合黄土动力变形研究对厘清其物理过程与力学机制的需求,提出未来取得突破的可能方向.分析结果显示:已经开展的相关研究工作,基本以动三轴试验作为关键基础数据来源,将分析土体物性参量、动荷载类型和微观结构特征等因素的影响作为切入点,在各类影响因素的相互制约方面未能给予足够考虑;少量基于物理力学机制的工作,虽对关键影响参量以及其间关联作了较好分析,但在理论化、定量化方面仍嫌薄弱;未来的研究中,定量刻画动荷载作用于土体的加载效应、固相动力响应与其宏观结构强度的定量关系、水气两相复合势能动力累积规律和场地边界条件对土体初始应力状态的影响等,应是值得关注的获取实质性突破的可能方向.

动荷载作用下粉煤灰改良黄土的动应力-应变关系研究

基于动三轴试验系统,以素黄土和粉煤灰改良黄土为研究对象,研究了动荷载作用下素黄土和不同掺合比粉煤灰改良黄土的动应力-应变关系,同时对其模型参数、初始动弹性模量和阻尼比进行了对比研究。研究结果表明:(1)素黄土和不同掺合比粉煤灰改良黄土的动应力-应变骨干曲线服从双曲线模型,但模型参数随粉煤灰掺入量的不同而不同。通过研究数据的拟合,初步建立了粉煤灰改良黄土的动应力-应变关系模型参数a、b与粉煤灰掺入量m之间的定量关系。(2)粉煤灰掺入量对粉煤灰改良黄土的初始动弹性模量和阻尼比影响明显,表现出初始动弹性模量随粉煤灰掺入量的增大而增加以及阻尼比明显减小的特性。(3)从土动力学角度出发,定量地给出了最佳灰-土掺合比。

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。

粉煤灰与动载耦合作用下黄土震陷试验研究

为了探讨粉煤灰与动载耦合作用下黄土的震陷问题,找出粉煤灰改良黄土的最佳配比,通过动三轴震陷试验,定性分析了黄土在不同粉煤灰掺量下的震陷特性。研究了粉煤灰掺量对黄土震陷性的定量影响规律,建立了黄土的震陷曲线方程,得到了粉煤灰掺量与残余应变的定量关系。研究结果表明:(1)粉煤灰掺量增加、动载作用均会引起黄土震陷性发生改变,即随着粉煤灰掺量的增大,土的残余应变逐渐减小,动应力幅值逐渐增大;(2)当动应力幅值相同时,残余应变随动载振次的增多而增大,其增长速率随动载振次的增多而减小,粉煤灰掺量越大,残余应变随动载振次的增长越缓慢;(3)在不同动载振次下,黄土的震陷临界动应力曲线随粉煤灰掺量的增加均经历了一个从平稳、快速、再收敛至最大震陷临界动应力的发展过程;(4)震陷试验得到的最佳粉煤灰掺量为20%。

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。

浅层弯线地震勘探采集与处理技术

在浅层地震勘探中,测线常常由于场地的限制而不能沿直线布设。而弯线地震勘探施工过程中炮检中点比较分散,影响共面元道集的叠加和最终剖面的真实性。加之浅层地震资料又有其自身的特殊性,所以选择合理有效的浅层弯线采集与处理技术非常必要。本文以甘肃陇南山区新文县一中测线为例,结合弯线共中心点面元叠加的时间、空间条件,在采集和处理两个环节分析控制炮检中点分散范围的具体方法,获得了真实且高品质的地震剖面。剖面有效波的能量较好,同向轴连续清晰,各种干扰波得到了压制,说明浅层弯线地震勘探的方法在理论上和技术上都是可行的。

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。