2023年积石山6.2级地震诱发大规模黄土液化流滑的特征与启示

2023年12月18日23时59分,甘肃省积石山县发生了6.2级地震,震中位于北纬35.7°,东经102.79°,震源深度10 km。本次地震在距震中约20 km的青海省海东市民和县永川乡金田村和草滩村二级阶地黄土台塬地貌下引发了长2.5 km的大规模液化流滑灾害,引起了国内外的高度关注。笔者在震后立即对该液化流滑灾害和地震动特征进行了现场联合调查,基于现场考察、无人机现场勘测、钻孔勘探、电法探测、参考历史同类灾害的前期研究成果等手段,初步查明了液化流滑的特征与机理。结果表明,该液化流滑是由于地震触发11 m深度以下地下水饱和的黄土层大面积液化,上覆土体随液化土体沿液化层带顺着2°~3.5°的缓斜坡方向流滑进入冲沟,然后,沿坡度为1.5°~5°的冲沟向下游继续流滑。在流滑过程中,液化土体中喷涌出的大量水与上覆土体中高含水率表层土中的水不断与流滑土体搅合揉搓使得流滑混合体在到达冲沟中下部的拦洪坝之前,已经演化为泥流。在遇到拦洪坝受阻漫溢到左右两岸的同时,泥流转而也进入了左侧另一条相邻冲沟一定距离,最终拦洪坝溃坝,泥流继续下泄到了金田村和草滩村,造成两村51户房屋被埋或冲毁,20余人死亡,泥流最终停止于两村下游约317 m处。并在结论中得到了评估与减轻此类灾害风险的启示。

考虑衬砌结构特征的盾尾同步注浆检测方法

盾尾同步注浆是盾构隧道施工过程中的重要环节,注浆效果不良产生的管片与地基间脱空会造成隧道和地表的不均匀变形,严重影响其安全性和耐久性。为实现对复杂结构管片壁后注浆效果的检测,提出一种基于冲击弹性波具有管片结构特征的注浆效果检测方法。通过全尺模型试验研究了衬砌管片的弹性波响应强度特征,定量分析了管片注浆孔和边界对响应强度检测结果的影响,结果表明管片边界影响范围在0.5 m以内,注浆孔影响范围为一个长轴1 m、短轴0.35 m的椭圆区域。通过三维曲面拟合响应强度分布特征,以响应强度差值作为注浆效果的评价指标评估注浆效果,对比检测结果显示模型试验预设缺陷的识别准确率为82.8%,并将该方法应用于江阴靖江长江隧道盾尾同步注浆检测中,为盾构隧道的同步注浆施工提供有效参考依据。

基于概率地震需求模型的兰新高铁桥梁近断层地震易损性分析

位于断裂带附近的兰新高铁硫磺沟大桥长期受到近断层地震作用的威胁。为分析该桥梁的地震易损性,利用OpenSees软件建立含三维土层结构的桥梁非线性有限元模型,采用增量动力分析法和概率地震需求模型,以该桥梁的4个典型连续桥墩为研究对象,考虑桥梁材料的不确定性,运用拉丁超立方抽样方法得到大量模型-地震动样本,进行非线性动力响应分析,并通过一阶界限法得出桥梁系统易损性曲线的上下界限。研究结果表明:桥梁系统抗震性能良好,在该地区的极罕遇地震动下完全破坏概率低于30%;单个桥墩的抗震性能优秀,在极罕遇地震动下完全破坏概率仅为6.92%;地震动荷载达到0.35 g时桥墩处于弹性阶段与塑性阶段的临界点;相对较高的桥墩(3^(#)、4^(#)桥墩)比相对较低的桥墩(1^(#)、2^(#)桥墩)刚度更大,变形和耗能能力更强。文章评估了近断层地震作用下兰新高铁硫磺沟大桥的抗震性能,可为震前的风险预防与震后的救灾减灾决策提供重要依据。

电测量法在岩质边坡软弱层损伤累积研究中的应用

岩质边坡软弱层的结构性改变会导致边坡损伤,在强震和降雨作用下,损伤效应将更为明显,其累积也是触发滑坡的关键因素。因此岩土体内部缺陷累积过程、滑动面的发育规律等研究对于明确滑坡动态演化机制具有重要的理论意义。本文基于电测量法,对岩质边坡软弱层材料设计开展不同含水率的电测量试验,集成电测量系统与三轴压缩试验的接驳装置,分别探究了电阻率-含水率关系和电阻率变化率-应力-应变关系,初步建立了边坡软弱层损伤与电阻率变化率的关系。在此基础上开展小比例尺模型试验,模拟降雨-拟地震力作用下岩质边坡软弱层水分升高与强度劣化过程,评价了试验过程中含水率的变化与边坡软弱层的损伤累积,并探讨了将电测量方法应用于边坡软弱层损伤累积研究中的可行性。

全风化花岗岩路堑边坡降雨侵蚀时空分布特征测试与评估

为了测试及评估全风化花岗岩路堑边坡降雨侵蚀时空分布特征,选取在建云南墨临高速公路某全风化花岗岩路堑边坡某段开展现场测试。首先结合三维激光扫描测试及电测量技术,获取边坡坡面形态特征参数及边坡电阻率剖面;然后引入高斯分布模型及分位数图示法实现边坡材料属性定义,通过电阻率差异映射边坡侵蚀状态。结果表明:边坡底部及坡中部(y=0~40 m)区域呈现大面积侵蚀特征,在各级边坡平台处则呈现多点集中高侵蚀特征,侵蚀影响深度达5 m左右;随着植被防护等措施的施加,大面积侵蚀特征变为多点集中侵蚀特征,评估结果与坡面形态信息具有较好的一致性。该研究成果对于该边坡降雨侵蚀灾害防治具有重要的实际意义,并对同类研究具有借鉴作用。

地震应急全时程灾情汇聚与决策服务技术研究

针对震前灾情难以预估,震后灾情获取缓慢且碎片化,灾情评估误差较大,决策支持不到位,灾情服务缺位等科学问题,综合考虑震前应急准备和灾后应急处置场景,重点研究全时程灾情与决策信息获取和分析手段,震后灾情信息实时汇聚与融合技术,震后基于致死性和易损性相结合的损失综合分析技术,不同区域辅助决策支持要点,面向多用户灾情信息服务产品可视化生成技术,建立灾情推送与信息准实时服务平台及终端,构建基于云架构的智能化、可视化地震应急信息全流程服务平台,开展应急协同服务示范,实现7级以上大地震灾情信息全时程服务。该项目将丰富地震灾情信息获取手段,形成涵盖灾情收集、信息速报、监测预警、分析评估、智能协同和动态发布等地震应急全过程技术平台,提升地震应急信息服务能力,对快速、科学施救具有重要意义。

沉管隧道基础灌砂过程监测及填充状态评价

沉管隧道的沉降主要由荷载、基础充填层等控制,基础充填层的填充状态直接影响沉管隧道的长期服役性能。由于基础充填层施工属于隐蔽工程,目前的砂量控制、压力监测、位移测量及施工后潜水探摸等间接测试方法,无法满足基础层填充效果评估的要求;利用弹性波响应强度与填充层映射关系,结合支持向量机算法,提出了基础灌砂充填状态评价模型;采用弹性波测试技术实时监测广州车陂路沉管隧道基础灌砂过程,对采集的弹性波数据进行时域、频域和时频域的分析,确定影响填充状态的弹性波特征参数;填充过程中灌砂层实时变化,各项特征参数均呈现动态波动的特征;根据砂盘形成机制将基础填充状态定义为砂盘形成、砂盘扩展两个状态,将灌砂总时间前30%采集的弹性波数据样本定义为未灌满状态,将砂盘扩展状态中与管节抬升、压力等监测结果一致的弹性波数据样本定义为灌满状态,开展支持向量机模型训练,模型查准率为87.5%。利用该模型对新修建的管节的砂盘扩散半径进行实时监测,结果表明随着灌砂的进行,砂盘扩展速度在进程前期快速衰减,后期趋于平稳且受到边界条件干涉的砂盘扩展速度比不受干涉的砂盘高23%。该管节工后沉降控制在2.5 cm内,验证了模型的有效性。

堤防防渗墙完整性快速检测方法

为了实现堤防防渗墙完整性快速、定量检测评价,结合弹性波映像及高密度面波探测技术,考虑堤防防渗墙特点以及缺陷类型,以堤防防渗墙连续性及埋深作为完整性指标,提出一种堤防防渗墙完整性快速检测的方法。通过预设竖向通缝、埋深不足、局部疏松等缺陷,开展了等比例模型试验,验证了该方法在堤防防渗墙工程应用中的适应性、有效性。试验结果表明,实测缺陷与预设缺陷在位置和类型上都具有较好的一致性,中心点偏差2%~4%,深度信息标准差7.5%。

特高压主变压器随机地震响应敏感性分析

通过敏感性分析找出对特高压变电站主变压器随机地震动响应影响较大的参数,能够为抗震设计和后续的地震易损性分析提供借鉴和参考。本研究基于SAP2000对主变压器进行有限元模型构建与地震响应计算,分别以互信息法和偏秩相关法对参数进行了敏感性分析。结果表明:两种分析方法得到的参数敏感性排序相同,PGA是对特高压主变压器随机地震响应影响最大的参数,高压套管长度Hl、高压套管密度Dc、法兰截面等效刚度系数Fr、本体重Bw和输入方向也具有一定的影响,而其他的参数对于主变压器随机地震响应的影响较小。

基于概率地震需求分析的750 kV-SF_(6)罐式断路器耦联体系地震易损性模型

变电站作为电力系统的枢纽,其抗震性能评估尤为重要,其中罐式断路器耦联体系是变电站中的重要设备之一。为研究750 kV-SF_(6)罐式断路器耦联体系的抗震性能,采用增量动力分析(IDA)以及概率地震需求分析(PSDM)相结合的方法评估了其地震易损性。首先分析了750 kV-SF_(6)罐式断路器耦联体系的结构特性和震损特征,构建了有限元模型。通过增量动力分析(IDA),以地面峰值加速度(PGA)为地震动输入参数,得到关键易损部位的地震响应。在此基础上,通过概率地震需求模型(PSDM)生成了每个易损部位在不同震损状态下的地震易损性曲线。最后,基于可靠度理论计算得到了750 kV-SF_(6)罐式断路器耦联体系的地震易损性模型。结果表明,可以确定该结构在不同PGA下发生完全、严重、中度和轻微损坏的概率,反映了结构的抗震性能水平,例如当PGA达到0.6 g时,750 kV-SF_(6)罐式断路器耦联体系4种破坏状态的概率分别分0%,1%~5%,88%~93%和100%。

关于地铁地震响应的模型振动试验及数值分析

为明确大地震时地铁的破坏过程及原因,以1995年日本阪神-淡路大地震中遭受严重破坏的神户大开地铁车站为对象,进行了一系列的模型振动试验和动力有限元分析。对于作用于地下结构的地震动土压的发生原理、地震波输入方向、结构的埋设深度、地基与结构间的刚性比对地震动土压的影响及在地基-结构系统的非线性响应下结构周围地基终局状态时的地震动土压进行了研究。明确了地震动土压的极限值及在大地震时周围地基的残余应变引起的静止土圧力的存在。为今后改进地震土压力计算方法、提高地下结构抗震设计水平提供了依据。

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。

利用表面波勘探检测沉管隧道压浆法的充填效果

基于天津中央大道海河沉管隧道工程的大型试验模型,利用表面波勘探技术检测其混凝土管段水下注浆基础的施工效果,从频率特性和现场环境等方面选择表面波勘探设备的类型和技术指标,优化检波器的设置和排列组合方式,开发了适合快速无损检测隧道的设备配置和施工方法.通过现场表面波勘探和频散分析,综合判断隧道底部注浆的密实效果,并与模型撤离后的目测结果进行比较,以验证该勘探技术和分析方法的可行性.结果表明,表面波勘探方法的穿透深度大且不受钢筋影响,能够快速、准确地检测沉管隧道的注浆质量.

高密度面波探测在隧道混凝土质量检测中的应用

从频率特性和现场环境下的可操作性等方面优化震源激发方式,决定各部分设备的类型和技术指标,优化检波器设置方式以及检波器阵列组合关系,决定适合隧道快速无损检测的设备和施工方法,对天津市引滦入津输水隧洞进行现场表面波勘探检测.通过现场取样、室内样品测试,研究各种混凝土配合比下的弹性波速度和单位体积强度对应关系.对现场检测结果和现场取样结果进行对比分析,综合判断1~2 m范围内混凝土的劣化、剥离、围岩松动以及是否形成了空洞,最终建立表面波勘探无损检测法的判别标准.结果显示,该方法穿透深度大、不受钢筋影响,能够快速、准确地进行隧道混凝土质量的检测.

中国沿海及内陆地区长周期脉动特征分析

地脉动台阵观测作为一种低成本的剪切波速度构造探测方法,预计将在中国地震灾害预防中起到重要作用。为了研究地脉动台阵观测中长周期信号的特征以及中国长周期地脉动的特点和适用性,开展了中国从沿海到内陆地区地脉动信号的观测和分析,探查由沿海到内陆地区地脉动的变化规律以及内陆地区广域的地脉动特征,发展适合于我国内陆地区的基于地脉动的地下构造勘探方法,在中国大陆上海市、西安市、天水市及兰州市进行了长周期地脉动观测。现场试验结果表明,上海地脉动特征与日本关东平原地区的观测结果类似,可以认为在海岸地区深部结构调查的地脉动台阵观测有良好的适用性。然而,西安、兰州、天水长周期地脉动能量只有上海的千分之一,因此需要进一步研究更加灵敏的仪器性能和更加稳定的观测方法。

地下大断面薄钢结构地震响应的试验研究及数值分析

为明确地下大断面薄钢结构的安全实用性,进行1/16大断面薄钢结构的系列模型振动试验、实际规模结构的现场试验和有限元分析。在把握作用于模型的地震动土压力及结构的应变状况的基础上,对施工过程中结构的响应特性及土压力的变化等进行研究。明确地下大断面薄钢结构的地震及施工时的安全性,为今后大断面薄钢结构的设计、施工提供依据。

中国古建筑结构力学研究进展

中国古代建筑是中国古代文化的宝贵遗产。力学的多样性也反映在古建筑结构力学研究。西安交通大学从1982年开始,对以西安明代箭楼、城楼和宁波宋代保国寺等国家重点保护文物为代表的木结构建筑,以唐代大雁塔、小雁塔等国家重点保护文物为代表的古代高层建筑,和以国家重点保护文物西安古城墙为代表的砖-土结构以及钟楼、鼓楼等中国城市的代表性古建筑的结构力学特性进行了一系列研究。得到关于古建筑结构(如斗拱、结构非线性、榫卯节点的接触力学特性、地宫、古代夯土、古塔基础、古城墙等)力学特性的新认识。本文对此进行小结,同时也介绍近年来的其它学者的一些研究。

青藏铁路多年冻土区桥梁桩基础地震响应的试验研究与数值分析

基于对负温条件下青藏铁路高温不稳定多年冻土区桥梁桩基础的缩尺模型振动台试验,明确了动荷载作用下模型桩-土界面和两桩中间土体存在温度升高响应。在此基础上,考虑天然状态和地震荷载作用下地温升高两种条件,运用动力有限元方法,对青藏铁路清水河特大桥桩基础进行了地震响应分析。计算表明,在高温状态下(-1℃以上),多年冻土的地基及桩基础在地震荷载作用下的动态响应对温度的升高异常敏感;在50年超载概率2%的青藏人工波作用下,因桩基础的相对位移增大了地基与桩基础间的滑移、脱离现象,特别是高温状态下地基与桩基础间的变形出现了明显的不稳定滑移,影响了整个桩基础的稳定性。

常时微动测试在汶川地震甘肃灾区建筑结构震害调查中的应用

为了调查2008年5月12日汶川MS8.0大地震所造成的建筑结构震害和次生地质灾害特点并研究其破坏机理,本文开展了对甘肃灾区部分典型场地和房屋的常时微动测试与分析研究。结果表明不同震害程度房屋的常时微动测试结果与其实际破坏情况有着良好的一致性。

机车动荷载作用下多年冻土区铁路路基动力响应的试验研究

青藏铁路穿越多年冻土区因地温和含冰量的不同而采取了不同的路基结构形式,以减小或避免气温和工程扰动对其下部多年冻土的影响。为了把握多年列车振动荷载作用下多年冻土区不同结构路基的动力响应特征,对青藏铁路北麓河段典型结构路基进行了实时强震动测试,得到了多年冻土区铁路路基的振动加速度衰减规律,对于研究机车动荷载对青藏铁路多年冻土区路基变形的定量影响规律,保障青藏铁路安全运营具有重要的科学意义。