强震地表破裂工程评估研究的若干进展

强震在合适的条件下会产生地表破裂,强震地表破裂会造成巨大的灾害,在工程规划和城市建设,特别是重大工程建设时,必须开展地表破裂的工程评估工作。地表破裂是发震断层延伸到地表的产物,迄今为止,人类仍无法控制活断层的活动。震害表明,地表破裂对工程而言是无坚不摧的,因此,重大工程建设中只能采取避让的措施。这就需要评估强震地表破裂的可能性并给出与工程建设有关的参数,以便进行合理的抗震设计、场地选择和避让。总结、归纳和综述了地表破裂的概念、类型、特征和地表破裂工程评价领域研究的相关进展;介绍了地表破裂的评估方法;评述了不同研究方法的优点和局限性;梳理了中国及其他国家和地区断层避让的有关规定。在总结前人研究成果和分析当前工程建设需求的基础上,提出了该领域今后需要研究的5个主要问题。上述工作对开展强震地表破裂工程评估研究具有一定的参考价值。     

走滑断层作用下跨断层隧洞错断模型试验研究∗

隧洞抗错断研究中,正、逆断层研究较多,走滑断层研究较少。针对走滑断层引起的隧洞变形破坏、应变分布规律以及上覆围岩的破裂形态等关键问题,以滇中引水输水隧洞为依托工程,制作了隧洞模型开展走滑断层作用下断层隧洞的抗错断模型试验研究,得到隧洞在走滑断层断层错动作用下的结构响应规律。结果表明：①隧道衬砌结构在走滑断层作用下的破坏形式是弯曲张拉破坏以及直接剪切组合破坏,其中剪切破坏是主要破坏形式;② 隧道衬砌结构沿纵向以受拉为主,主要集中在活动盘距离错断面?0.5D~2.0D(D 为隧洞直径)范围内的隧洞衬砌顶部以及两侧拱腰沿纵向位置处,而受压区主要在活动盘距离错动面?0.5D~0.5D 内与活动盘移动方向一致的一侧拱腰;环向应变的影响主要集中在断层错动面附近;③活动盘受断层错动影响范围和剧烈程度均小于固定盘,故断层错动作用下的固定盘是隧洞抗错断控制重点。     

地震地表破裂与发震断层的性状

本文在总结地震地面破坏实地考察和统计的基础上,发现地震地面破坏的类型与发震断层的性状关系密切。以走滑为主的发震断层,可产生大规模的地震地表破裂;以倾滑为主的高角度发震断层有时可产生一定规模的地震地表破裂;以倾滑为主的低角度发震断层或连通不好的发震断层,地震地表破裂不发育,而次生的地面破坏普遍发育。倾滑型发震断层产生的地面破坏在多方面具有类似的特征,但逆断层性质的发震断层产生的地面破坏分布在断层下盘,而正断层性质的发震断层产生的地面破坏分布在断层的上盘。并进行了有限元模拟,表明,地震地面破坏分布受断层能量释放区域的控制。     

活动断裂错动位移模式对隧洞变形与内力的影响研究∗

在考虑多种断层错动位移模式的基础上,建立穿越活动断裂带的隧洞数值模型,进行跨活断裂隧洞断层错动的数值计算,开展不同断层错动位移模式对隧洞衬砌的变形与内力的影响研究.选择断层带中隧洞结构变形的最可能的模式——固支梁支座垂直位移时梁的结构变形作为断层带错动位移模式,即为"S"型错动位移模式.考虑"S"型与"直线型"两种位移模式对铰接设计隧洞结构变形与内力的影响.结果 表明:考虑断层带错动位移模式下,错动作用时衬砌受影响的范围主要集中在断层破碎带附近,衬砌内力峰值出现在断层带与上下盘交界处;断层错动位移模式不同,断层错动时衬砌变形以及所受内力的分布规律基本相同.但衬砌拱顶垂直位移曲线、衬砌所受内力在断层带剧变程度以及峰值大小相差较大;"S"型位移模式相对于"直线型"在对铰接衬砌的变形以及受力上有较大的差异.在进一步研究断层错动位移模式时,可对跨断层隧洞的影响研究上考虑"S"型位移模式.     

青海玛多7.4级地震发震断裂继承性及新生性探讨

2021年5月22日青海省果洛州玛多县发生7.4级强烈地震,地表破裂发育,裂缝具断续分布特征,破裂带走向自中西段的NWW到东段转为EW,最终转为NEE向。然而,目前学术界对发震断裂有不同认识,区域地质资料显示,玛多—甘德断裂、昆仑山口—江措断裂均走向NW,倾向NE,但玛多7.4级地震地表破裂在空间位置上与玛多—甘德断裂,昆仑山口—江措断裂均不甚吻合,且地震震源机制解揭示发震断裂南倾,也与昆仑山口—江措的倾向相反,地表破裂表明发震断裂应属一条走向近EW、倾向南的未出露隐伏断裂。为进一步揭示玛多大地发震断裂特征及活动机制,在野外地质调查基础上,采用LiDAR扫描、InSAR解译、地质力学分析和数值模拟方法进行深入研究。结果表明,NW向断裂(玛多—甘德断裂、昆仑山口—江措断裂)在NEE—SWW向区域应力场作用下,在左旋错动过程中于瓶颈处受阻,在江措断裂北部产生应力集中带,东段因瓶颈部位受阻,产生近EW向的新生性地表破裂,出现鱼尾式地表破裂现象,发震断裂不是玛多—甘德断裂或昆仑山口—江措断裂,而是一条走向NNW,斜切昆仑山口—江措断裂小角度相交的隐伏断层。发震断裂走向上继承了既有断裂展布,研究...     

断层错动和地震动共同作用下跨断层隧道的损伤分析∗

大量的历史实例表明,跨断层隧道在地震中会受到严重的破坏。因此,跨断层隧道在断层错动作用下的破坏机理被广泛研究。然而,对在地震现象中占比最高的构造地震而言,断层错动和地震动是形影相随的,将两者分开考虑存在局限性。文章采用三维有限元模型模拟并量化了断层错动单独作用、地震动单独作用和断层错动-地震动共同作用三种加载方式下隧道结构的损伤情况,结合耗散能指标对断层错动和地震动共同作用对跨断层隧道的影响展开了分析。结果表明,在发生断层错动时,地震动对隧道的影响是不可忽略的,在分析中考虑地震动是必要的;断层错动和地震动共同作用时,由于累积损伤,地震动造成的破坏比地震动单独作用时明显加剧。     

断层活动方式与地震地表变形分布特征研究

基于断层弹性位错理论及断层滑动非均匀模型,用三维有限元方法计算了发震断层逆断、正断和水平走滑三种不同活动方式下的地表变形,探讨了断层不同活动方式下的地震应变与位移的分布规律及震级、断层倾角对地震地表变形分布的影响。研究结果表明,地震地表变形影响因素很多,如地质构造条件、岩性介质特征、断层活动强度、断层产状和区域构造应力场等,但分布形态最终取决于断层活动方式,变形大小则取决于断层活动强度,其它均为局地因素,只影响分布形态的局部扭曲。断层不同活动方式下的地震地表变形分布各有其自身的规律和特点,这些分布特征可为地震研究及近活动断层建筑工程抗震设计或加固防护参考。     

逆断层作用下复合衬砌输水隧洞损伤演化分析∗

复合衬砌是一种新型可承受高内压的输水隧洞衬砌结构,在穿越断层带时会由于断层错动作用发生破坏。 因此,对复合衬砌输水隧洞穿越逆断层的损伤演化分析具有现实意义。通过考虑多重荷载和不同结构层间的分离模式,建立复合衬砌输水隧洞?断层三维有限元模型,研究逆断层不同错动位移下复合衬砌结构损伤演化的过程,并对损伤状态进行量化评估。结果表明：逆断层作用下复合衬砌结构的损伤分为剪切损伤、拉伸损伤和失效破坏三个阶段。滑动面拱腰边墙处钢管受弯曲变形和局部屈曲耦合作用发生破坏是复合衬砌结构的最终破坏形式,破坏范围与滑动面呈“X”型分布向两盘延伸。由于不同材质性能和黏结特性的差异,断层作用导致不同结构层间发生脱离现象,脱离距离与错动位移呈正相关性。混凝土-钢管间脱离不同于混凝土-围岩间呈连续性分布,主要集中在钢管加劲肋附近。钢管内衬降低了混凝土开裂造成的内水外渗风险,增强了复合衬砌结构抵抗断层错动作用,提高了输水隧洞结构的安全裕度。     

基于区域地震活动性参数的断层错动量概率分析方法

许多情况下长线性工程结构不可避免跨越活动断层,一旦断层错动将会引起不可恢复的破坏。断层错动量是结构抗断设计输入依据。为与以概率论为基础的地面震动危险性在形式上协调,本文以断层错动危险性分析方法为基础,通过引入地震引发错动的概率和考虑区域地震活动性参数,提出基于区域地震活动性参数的断层错动量概率分析方法。并将此方法应用于乌鲁木齐地铁隧道跨越断层错动量风险评估。     

复杂应力条件下地基岩石细观破坏研究

为了研究复杂应力条件下的深基坑岩石细观破坏问题,本构方程采用由应变空间导出的弹塑性损伤细观力学模型,借助有限元计算方法,实现了岩石三维破裂过程的数值模拟。采用细观破坏单元网格消去法,实现了有限元模拟裂纹扩展过程;利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;数值模拟灰岩单轴拉伸及压缩破坏试验、双轴拉伸破坏试验和三轴受压破坏试验,得到其非线性应力—应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。研究表明,在复杂应力条件下,随着围压增大,峰值抗压强度明显提高,塑性变形明显增大。本文研究对深基坑施工过程中预防工程事故的发生具有借鉴意义。     

深部岩体分区破裂化模拟试验模型几何尺寸的确定

为了揭示深部岩体在开挖时所发生的一系列变化情况,需要进行模拟试验研究。简要介绍了深部岩体在开挖洞室或巷道时发生的分区破裂化现象及其发展规律。根据分区破裂化力学现象、模拟试验背景和试验加载条件,运用弹性力学的基本理论,通过分析与计算,确定了采用b/a≥10作为模型几何参数的选取原则。在实验室条件下,可以采用石膏半径b=1 000 mm,钻孔半径a=100 mm的圆柱体模型来模拟深部岩体的分区破裂化现象及其规律。     

活动断层及其避让距离研究综述

综述了活动断层及避让距离的有关进展:(1)对活动断层进行了最新总结,并着重给出了工程上避让距离研究所用的活动断层概念;(2)归纳了世界有关国家活动断层避让的规范和专家的有关研究并进行了评价;(3)对断层地表破裂与避让问题进行了总结,指出符合工程避让的断层精确定位和建立工程分类的避让距离研究是今后应攻关的方向,并提出了供参考的研究结果及想法。     

对汶川地震小鱼洞地表破裂带的调查分析

2008年5月12日的汶川8.0级地震使龙门山断裂带形成了3条同震地表破裂带,这表明有多条活动断层同时参与地震破裂,其过程复杂,现象丰富。本文对小鱼洞地表破裂带及其与另2条地表破裂带的交汇区域进行了野外调查,并对小鱼洞地表破裂带的活动性质和展布特征进行了分析。小鱼洞地表破裂带位于彭州市小鱼洞镇附近,是汶川8.0级地震形成的一条走向NW的逆冲并具有左旋走滑分量的同震地表变形带。调查结果显示,小鱼洞地表破裂带表现出明显的分段性特征:小鱼洞镇一带的中段,逆冲量和走滑量最大;小鱼洞镇向东南方向延伸的南段,逆冲量和走滑量逐渐变小;小鱼洞镇向西北方向进入山区的北段,则表现为以逆冲为主的活动性质。     

用Corioli力讨论台湾南投7．6级大震的余震强度

台湾南投大震是震源地方一个逆掩断层错动引起的,上盘向西错动,这种断层错动的形式其Corioli力效应是使两断层盘相互挤压,因之主震发生时能量释放不彻底,余震强度较大,本文试图用Ｃorioli力效应具体讨论台湾南投大震的余震强度。     

估计震源破裂模型的经验格林函数法

用经验格林函数法模拟断层破裂过程,合成近场地面运动,并通过合成结果和真实记录的时程曲线、反应谱、傅氏谱的对比,估计断层破裂模型。     

黄河黑山峡大柳树坝址区地应力模拟计算及破裂危险性评价

在区域构造应力场模拟的基础上,采用子模型方式提取出黑山峡大柳树坝址区应力边界条件,对大柳树坝址区应力场进行了模拟计算及破裂危险性评价。计算结果显示,大柳树坝址区浅层应力场以水平应力为主,断裂对应力场有明显的控制作用。破裂危险性分析表明,对坝址构造稳定性起决定作用的主要是坝址北侧F 201地震断层的活动,以震源的垂直投影位置看,如果F 201发生强震,其南盘岩体至少5 km范围内将受到严重影响而产生地表破裂,危及坝体安全。     

断层两侧差异性土壤冻融对埋地管道力学性能影响研究

季节性冻土区埋地管道遇到的最常见问题是冻融循环引起的管道冻胀与融沉,不仅给管道带来附加应力与变形,而且在特定的条件下容易造成破坏,引起严重灾害。通过ABAQUS软件对跨断层埋地管道与土壤系统进行热力耦合数值模拟,建立冻融循环情况下管-土相互作用模型,分析断层两侧土壤性质相同与差异情况下管道应力分布规律。当断层两侧土质相同时,管道总应力与轴向应力在最高或最低温度下都接近于相同,但是当断层两侧土壤性质不同时,管道最大应力与最大轴向应力明显大于断层两侧土壤性质相同时的应力,且均出现在距离断层一定位置处。管道内部承压会导致相应的最大总应力和轴向应力增加,同时低温和高温时的最大应力差值变化规律改变。断层处埋地管道土壤回填时宜采用相同或者渐变的土质,否则应采取特殊的抗冻胀措施,对断层错动与断层两侧土壤性质差异同时出现时的管土作用机理与灾害预估需进一步研究。     

穿越逆冲断层的埋地管道非线性反应分析

穿越逆冲断层的埋地管道在地震作用下,容易发生局部屈曲或整体失稳等形式的破坏,研究逆冲断层作用下的埋地管道地震反应规律,对管道抗震设计及施工等具有重要的意义。本文将埋地管线及周围土体从半无限地球介质中取出,分别以空间薄壳单元和实体单元进行离散,采用非线性接触力学方法模拟管、土之间的滑移、分离及闭合现象;采用线性位移加载模拟断层的错动,考虑了系统初始应力状态的影响,对土体未开裂前的管土相互作用系统进行了拟静力数值分析;分析了位错量、土体刚度、埋设深度、径厚比及跨越角度对埋地管道反应的影响,得出了一些有益的结论。     

1695年临汾8级大震成因讨论

根据动态传播断层与同层内横向断层间的相互作用以及异层内深浅断层之间的相互作用讨论了1303年洪洞大震时北北东向震源大幅度错动对临汾北西西向活动断层的致锁作用,由此研究了1695年临汾8级大震形成的原因。最后还讨论了1989年山西大同—阳高中强震发生的成因机制。     

逆断层作用下埋地管线对周围土体的影响区域分析

在穿越断层埋地管线原位足尺试验的基础上,借助于有限元分析软件ABAQUS建立三维有限元模型,并将有限元分析结果和试验分析结果进行对比以确定建立模型的正确性。利用有限元模型对试验工况进行补充分析,通过对逆断层作用下管道和周围土体的反应模拟结果确定地震中管道变形对周围土体的影响区域。分析对影响区域可能造成影响的各个参数,从管径、管道埋深、断层面倾角、位错量、土体刚度5个方面研究了其变化对影响区域可能造成的影响。