斜坡地震响应的物理模拟试验研究

"5.12"汶川大地震不仅诱发了数以万计的崩滑灾害,这些灾害还表现出非常独特的动力学特征。为了研究和探索强震诱发地质灾害的成因机理,利用振动台物理模拟试验手段,系统地研究了强震作用下地震力作用方向、坡体结构、坡体形态特征等因素对斜坡变形破坏的影响规律,探讨了强震诱发斜坡失稳破坏的主要模式和过程。研究发现:地震过程中所产生的强大惯性力是导致斜坡变形破坏的主要原因。强大的水平地震惯性力,首先在斜坡坡顶产生走向垂直于地震力作用方向的竖向拉裂缝,同时带动裂缝外侧变形体沿水平方向运动,产生近水平或外倾的拉剪结构面(滑动面),最后沿此面整体失稳破坏。强震作用下,坡体中岩性及岩性组合特征、岩体中控制性结构面组合特征是影响斜坡变形破坏模式的重要因素。

强震区山岭隧道洞口段结构动力特性分析

以雅安—泸沽高速公路高烈度地震区山岭隧道为依托工程,对山岭隧道洞口段结构动力响应进行大型振动台模型试验研究,得出如下结论:隧道结构的最大地震动响应出现位置及其破坏形态与5.12汶川大地震中隧道工程的破坏情况基本一致;隧道设置减震层后,衬砌裂缝数量明显减少,能够改善隧道结构的整体受力状态;在试验中隧道结构均出现一定数量的环向裂缝和斜向裂缝,大部分纵向或斜向裂缝延伸至环向裂缝后终止发展。建议在隧道洞口段设置一定数量的减震缝,吸收地震时能量,减小对结构的破坏。研究成果对高烈度地震区山岭隧道抗减震设计与施工具有一定的参考价值。

基于形变资料开展地震预测研究需关注的问题及展望

总结基于形变资料的与地震预测相关的物理模型发展过程,并对当前形变观测资料在地震预测研究中的应用进行介绍。在此基础上,给出基于形变资料的强震综合预测思路及需要关注的问题。未来一段时间,建议从形变监测角度解决典型构造区密集观测与通用大地测量模型的构建问题;从科研角度开展高分辨率应力/应变场获取方法及其与地震关系的研究,深入研究并获得我国地壳粘滞性结构分布,强化研究活动地块/典型构造区的变形机理,开展断层滑动速率、闭锁程度/滑动亏损分布的可靠获取方法及模型研究,强化典型部位连续观测异常模式识别及机理研究。监测和科研的核心问题是为断层变形机理提供有效的观测约束并构建定量力学模型,相关工作是深入理解地震过程和推进强震物理预测的关键所在。

2013年芦山M_S7.0地震震源参数特征及近断层强地面运动初步估计

2013年4月20日在我国四川省雅安市芦山县发生了MS7.0地震,破坏最严重的宝兴、芦山等极震区烈度达到Ⅷ—Ⅸ度.该文针对芦山MS7.0地震震源参数的特征,结合相关经验关系,对本次地震的震源特征进行了初步分析.结果表明,芦山MS7.0地震为断层动态摩擦过程中的应力下调模式.进一步应用Brune圆盘模型对芦山MS7.0地震近场强地面运动的理论值进行估算,并基于加速度和速度的估算结果计算极震区的最大烈度,约为Ⅷ—X度,与实测的极震区最大烈度Ⅸ度较为接近.选取宝兴和芦山为特征计算点,构建动态复合震源模型,对近断层区域内宝兴和芦山两个特征点进行了模拟计算.模拟结果显示,近断层区域强地面运动呈现持续时间短、高频成分多等特征.

2010年新西兰M_W7.0主震与2011年M_W6.1余震近场强地面运动特征比较分析

2010年9月3日16时35分46秒新西兰南岛Greendale附近发生了MW7.0地震,震源深度约10.0km.2011年2月21日新西兰南岛又发生了MW6.1地震,为2010年MW7.0主震后最大的一次余震,震源深度约5.0km,发震断层为Christchurch南约9km一条近东西走向逆冲的隐伏断层,该地震造成Christchurch城内多处建筑物严重损毁.本文分析了2010年新西兰地震事件MW7.0主震与MW6.1余震强地面运动的特征.新西兰MW6.1余震近场强地面运动整体高于MW7.0主震.将主震和余震的强震观测记录分别与新一代衰减关系(NGA)进行对比,发现余震强震观测数据整体高于其震级对应的NGA.分别选取距离主震和余震震中最近且强震观测记录最高的两个台站(GDLC台站和HVSC台站)作为参照台站,建立动态复合震源模型(DCSM)及有限断层随机振动模型(SFFM)进行强地面运动的模拟计算,分析两种模型的模拟结果并对比二者的优势及局限,以便在未来工作中更好地通过模型计算强地面运动特征,实现区域化特征快速、实时分析及局部重点、细致分析相结合的目标.

罕遇地震下RC低矮框架失效相关性拟动力试验分析

为研究罕遇地震下低矮结构的失效相关性问题,设计了两榀钢筋混凝土对称与非对称三跨二层框架结构模型,通过拟动力试验,对低矮框架结构在罕遇地震作用下柱截面各约束的失效特点和相关规律进行了统计与分析,以期为低矮结构在罕遇地震作用下的失效相关性理论提供试验支持,文中指出钢筋材性的相对均匀性是造成罕遇地震下大量截面约束同时失效的主要原因。

强地震作用下混凝土重力坝响应特性分析

研究了混凝土重力坝在高强度地震作用下的响应特性,分析了在地震峰值加速度不断增加时坝体屈服区域的发展方向。针对两个典型坝段,运用混凝土塑性损伤模型模拟了其结构的非线性特性。考虑了地震情况下动水压力的作用,通过动力有限元时程分析法计算了不同地震条件下两个坝段的动态响应。计算结果表明:当地震加速度较小时,重力坝只在坝踵区域出现小部分屈服,坝体能正常工作。若提高地震烈度,则局部损伤会纵深发展到达灌浆廊道部位,坝体会形成贯穿上下游的屈服区域并逐渐扩大致使结构失去稳定性。经两个坝段计算结果相互比较,得到了混凝土重力坝在强震作用下的非线性破坏形式,较为真实地反映出坝体的响应。

2011年新西兰M_w6.1地震震源过程及强地面运动特征初步分析

2011年2月21日新西兰南岛发生Mw6.1地震,震中位置43.58°S,172.70°E,震源深度约5.0km,发震断层为新西兰第三大城市克赖斯特彻奇(Christchurch)南约9km一条近东西走向的未知隐伏断层,为逆冲断层机制.地震已经造成163人遇难,Christchurch城内多处建筑物严重损毁,距震中约1km的Heathcote Valley PrimarySchool(HVSC)台站强地面运动峰值加速度(PGA)高达2.0g.针对新西兰Mw6.1地震近场强地面运动偏高这一现象,利用HVSC台站的强震观测记录,计算地震震源谱参数,应用Brune圆盘模型估算其近场强地面运动的理论值,并建立动态复合震源模型进行模拟计算.研究结果表明,新西兰Mw6.1地震近断层强地面运动偏高的主要原因为复杂震源破裂过程中有效应力降(动态应力降,Δσd)过高造成的.未来工作中,需要加强对可能发生的、距离城市较近的中小型地震的重视,防止地震对城市的加强型破坏.

西冲矿山岩质边坡在地震动力作用下失稳机制模拟研究

以西冲矿山某一反倾岩质边坡为例,在现场工程地质条件调查的基础上,依据相似原理构建了地震动力作用下边坡失稳物理模拟试验模型。模拟试验水平向峰值加速度为1.025m/s2、竖直向峰值加速度为2.102m/s2、振动持续时间为20s。试验得出,地震力作用下边坡的失稳模式为松动→倾倒→崩塌,边坡的变形部位主要为坡体前缘,竖直向变形量为0.5cm,水平向变形量为0.4cm,边坡前缘出现贯通的破裂面,坡体后缘出现倾倒变形现象。物理模拟结果与UDEC数值模拟分析结果有良好的一致性。

我国现有短期气候业务预测方法综述

对我国短期气候业务预测方法的综合分析表明 :我国现有的短期气候业务预测经验和统计方法仍是主要的 ;物理因子和前兆强信号结合天气气候学分析的概念预测模型方法在业务预测中发挥重要作用 ;动力模式预测方法在业务预测中取得一定效果 .随着动力模式的进一步发展 。

强震作用下苏家河口面板堆石坝动力响应

为了分析苏家河口面板堆石坝坝体在强震作用下的安全性能,建立了面板堆石坝的整体三维有限元模型和面板、趾板子模型,采用Hardin-Drnevich本构模型,对坝体在强震作用下的动力响应规律进行了详细分析。结果表明,在0.38g的强震作用下,面板堆石坝的加速度、动位移、动应力以及垂直缝和周边缝的动变形分布符合一般规律,未发现有特殊不利的现象,整体上满足抗震要求,但是坝体顶部振动的"鞭梢"效应比较明显,在3/4坝高以上坝顶区域以及靠近下游坡面处存在较小的拉应力区域。建议加强3/4坝高以上区域面板、坝顶及下游护坡的抗震工程措施,以保证大坝在强震下的安全。

陡倾顺层岩质斜坡动力倾倒变形机理研究

通常认为顺层岩质斜坡动力变形破坏以滑移—拉裂、滑移—弯曲模式为主,但是通过现场调研发现,在陡倾顺层斜坡中存在一类特殊的动力变形破坏方式——倾倒变形。为了得出该类型斜坡动力倾倒变形机理,以四川汶川县水磨沟陡倾软硬相间顺层斜坡在"5.12"汶川地震作用下失稳为例,在充分总结滑坡区工程地质条件和分析其动力破坏特征后,利用二维离散元数值模拟方法开展研究。结果表明:在地震荷载作用下,在斜坡表面PGA放大系数随着高程的增加总体表现节律性变化,在坡肩呈现峰值;斜坡失稳机理为坡内软岩和硬岩差异式拉剪破坏导致层面抗剪强度急剧降低,岩土体沿优势层面下滑;由于坡体下部岩层锁固作用,坡体向下滑动受阻,坡脚附近岩土体翘曲隆起,而坡顶震裂松弛岩土体在巨大地震惯性力下沿优势结构面滑动剪出过程中,受坡肩"关键块体"阻挡而向临空面发生倾倒变形,整个斜坡发生滑移—下部弯曲—上部倾倒式失稳破坏。研究成果为类似地区的边坡工程地震失稳分析提供参考和依据。

两种非线性模型下重力坝强震破坏机理研究

以某重力坝为例,在已有研究的基础上,分别采用塑性损伤模型和动接触力模型,对混凝土重力坝进行非线性动力分析,研究讨论了坝体头部强震破坏进程、破坏机理以及在贯通前后上下游节点对位移差变化情况,并基于两种模型的本构关系,对比分析了两种模型下重力坝强震损伤破坏演化过程的差异及其对重力坝极限抗震能力的影响。研究结果表明,采用塑性损伤模型计算的混凝土坝坝体头部折坡处的开裂要早于接触模型,但是开裂进程比接触模型慢;若以坝体头部开裂贯通为依据,损伤模型和接触模型的极限抗震能力相差不大,接触模型略低;对头部存在明确层面、不需要考虑网格细化问题等的碾压混凝土坝可采用接触模型,对于不存在明确层面的情况,建议采用损伤模型。

强震状态下黄土中桩基动力性状分析

传统通过p-y曲线法分析强震状态下黄土中桩基动力性状时未进行桩基结构模拟,获取的强震状态下黄土中桩基动力的相关动力参数不准确。本文提出新的强震状态下黄土中桩基动力性状分析方法,依据HS硬化模型设计HSS本构模型,通过模型获取强震状态下黄土中桩基动力的相关参数,以此为基础采用PLAXIS软件构建黄土中桩基有限元模型;通过两种模型从耦合荷载作用下的桩基桩身水平位移响应、桩身内力响应两方面对强震状态下黄土桩基动力性状展开实验分析。实验结果表明,所提方法可对强震状态下黄土中桩基动力性状进行准确分析。

应重视大地震预测物理基础的研究

1973年美国肖尔兹(Scholz C H)等在Science杂志上发表了"地震预测的物理基础"一文,近几十年来世界上地震预测研究的实践并未证实该论文的科学性。2010年肖尔兹又在Science杂志上发表了"预测之谜"的论文,指出"现在还不能预报"地震,他本人已否定了以前提出的地震预测物理基础的研究结果。本文分析了肖尔兹等人以前提出的"物理基础"在科学上不能成立的原因。地震预测研究的重点是大地震的预测,本文指出,大地震与小地震的不同之处在于:大地震的初始破裂发生后会有一个长时间的断层动态破裂过程,该过程使大地震的尺度很大。大地震预测的最难之处就在于动态破裂过程开始后,我们无法预测破裂会扩展到多大才会停止,无法预测地震的大小。在由破裂动态扩展形成的大尺度的断层面上,在初始破裂发生前,那里的应力并没有达到当地的静态破裂强度(或静摩擦限),因而那里不会出现由小岩样实验结果所预言的"前兆"。鉴于以前关于地震预测物理基础的研究结果不再适用了,我们需要研究新的大地震预测的物理基础是什么。关于这个问题本文提出一点初步思考,主要依据大地形变测量、地震活动及地质断层研究相结合的方法,勘查近期活动断蹭的闭锁段,这是个值得重点研究的方向。

强潮河口大型泵站排涝对洪潮动力影响的试验研究

钱塘江河口受上游来水和下游潮汐共同作用,动力条件复杂。为研究闸站排涝对外江侧洪潮动力影响,以八堡泵站为例构建河工物理模型,对泵站出口河段的洪水、潮水动力及通航进行对比试验研究。结果表明:250m/s的排涝流量对水位的影响范围在1km之内,涝水对主流的顶推作用使贴岸流速有所减小,不会造成海塘前的水流集中,船闸可通航时长减小幅度在0.1h内。

强震孕育发生的大陆活动地块理论未来发展与强震预测探索

1地震预测预报研究的学术高地——强震孕育发生的大陆活动地块理论框架建立地震作为一种重大自然灾害,直接影响着人类生活和自然环境.20世纪中叶板块构造学说的建立,对发生在板块边缘约占全球80%地震的分布特征、形成机制、活动规律、动力过程等给出了合理解释,但是却很难解释发生在远离板块边缘,特别是大陆板块内部成灾性最大的大型、特大型地震[1,2].