土工离心模拟技术在断层错动研究中的应用

近年来,土工离心模拟技术被广泛应用在断层错动引起的地表破裂研究中,取得了丰富的研究成果。本文系统的总结了土工离心机在模拟断层错动研究方面的应用历史与现状,梳理了不同性质断层、不同场地条件和不同试验条件下的试验结果;分析得出不同试验参数对地表变形特征、土层破坏机理、破裂扩展规律及土结相互作用等方面的影响。最后讨论了目前断层错动离心模型试验存在的问题,并提出今后的研究方向。     

汶川地震震裂山体裂缝变形特征与动力机制研究

介绍了地震裂缝的类别、基本特征、分布规律,从发育规模和失稳机制对各类地震裂缝的特点和破坏特征进行了理论分析,探讨了地震裂缝的展布、发育特征、变形迹象,并利用岩石断裂力学机理,结合应力强度因子方法分析结构面的震裂损伤机制。研究结果表明:1根据斜坡地震裂缝的形态特征和变形迹象分为表面型、贯穿型、走向型、倾向型、闭合型、扩展型6种基本类型;2斜坡上地震裂缝总体走向在N30°~60°E;3地震裂缝主要分布在发震断层附近或者山脊位置以及斜坡陡缓交界部位,裂缝延伸性好、张开程度高,充填较少或者无充填;4地震裂缝力学机制主要属于拉张裂缝,岩体结构面在动力作用下的变形破坏过程分为破裂、扩展、贯通3个阶段。     

穿越活动断层隧道抗减震措施及适应性研究

依托格巧高速某穿越活动断层公路隧道,建立了考虑隧道-围岩-断层相互作用的三维地震响应计算模型,研究了设置减震层、减震缝、柔性接头等单一措施和组合措施下的隧道结构地震响应规律,探讨抗减震措施的减震效果及适用性。结果表明：横向地震作用下,3种单一减震措施均能有效降低衬砌结构的地震损伤,但不同措施的减震效果有所差异。采取减震层时,减小了整个结构地震响应,降低了结构在断层区域的应力集中程度。采取减震缝、柔性接头时,明显减小了损伤分布范围,起到了隔断衬砌损伤蔓延的作用,但局部损伤值降低不明显。组合措施下,结构的拉、压损伤分布特征与单一措施下的相似,但进一步限制了地震动及断层错动对隧道结构损伤的影响范围。地震动强度和地震波入射方向对结构地震损伤有重要影响。随着地震动强度的增大,衬砌损伤范围迅速增大,损伤严重程度急剧增加。地震波入射方向对结构地震损伤的影响由小到大依次为：竖向、横向、斜向和纵向地震动。组合减震措施对竖向地震动的适用性好,而对纵向地震动的适用性差,采取的抗减震措施需要考虑地震动入射方向。所得结论可为高烈度区穿越活动断层隧道抗减震提供参考。     

断裂构造对斜坡应力场影响的数值模拟及成灾机理研究

断裂构造及活动强度对斜坡体的应力场分布具有重要的影响。采用基于强度折减法的有限元法,分别以正断层和逆断层与斜坡体的组合关系为例,剖析了断裂构造对斜坡体应力场的影响及成灾机理,揭示了含有断层的斜坡体塑性区的贯通过程。研究表明,包含断层的斜坡体在应力分布特征及斜坡变形破坏机理方面与无断层的斜坡体有较大差别:含断层的斜坡体在坡面和断层面附近的最大主应力迹线与坡面或断层面相平行,在天然状态下,塑性区同时出现在坡脚和断层面后方,随着折减系数的增大,塑性区分别从坡脚和断层面后方向坡体深部和上部发展,直至断层面前后两个塑性区相贯通,坡体发生破坏,并且对坡体变形破坏的影响程度以逆断层最强,其次为正断层,断层不活动时较弱。     

鹤岗煤矿开采诱发地震研究

对鹤岗煤矿开采诱发地震的生成环境、活动与破坏特征及震源机制进行了分析，提出鹤岗矿震的孕育和发生受到人为采掘因素和区内构造应力场的双重作用。在特定的构造物理条件和地球动力学环境下，深部采矿使井下断裂构造从稳定状态逐渐活动或蠕动，致使局部活化。矿震具有震源浅、对地表破坏强的特点。震源机制表现出断层的运动方式有走滑断层，也有正断层和逆断层。     

闽赣地区跨断层垂直形变与地震关系初探

利用闽赣地区跨断层流动垂直形变测量资料 ,对该地区断层现今活动的动态过程及空间分布进行了初步研究。结果表明 ,闽赣地区断层现今活动具有时空不均一性 :时间上具有准同步转折及阶段性特点 ,各阶段的活动速率和方式不同 ;空间上具有区域差异性 ,坑北—前梧断层活动速率最高 ,白竹湖断层活动速率最低。讨论了断层活动与地震的关系 ,认为 1984年以来 4次准同步转折均与地震有关。     

地下结构与不同刚度地表结构体系地震响应规律研究

为探讨不同刚度地表结构与地下结构相互作用体系的地震响应规律,构建了地表结构基频低于、等于和高于场地土卓越频率的三种不同刚度的地表结构,地下结构为典型的三层三跨框架结构。采用Davidenkov模型考虑土体的非线性,考虑地震动类型和幅值的影响。计算结果表明:地下结构的存在整体上放大了场地效应,而地表结构的影响取决于体系的频率特征。单一地表结构对地下结构的影响十分有限,而地下结构的存在放大了地表结构的响应,其放大程度仍取决于体系的频率特征。     

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。     

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。     

软土地区地表结构对盾构隧道地震响应影响的风险分析

本文基于ABAQUS有限元软件建立了软土地区地表结构-土-隧道相互作用的非线性有限元模型,地表结构采用置于刚性筏板基础的单自由度体系模拟。考虑地表结构的有无,不同的土体模型及地震荷载,通过水平地震作用下的动力时程反应分析,研究了地表结构对盾构隧道周围土体以及衬砌地震响应的影响。研究表明,地表结构的存在会增大隧道周围土体地震响应,从而引起隧道结构变形以及动态内力的显著增加,同时发现采用弹塑性分析下的隧道地震响应大于采用黏弹性分析。因此,地表结构作用是影响盾构隧道响应的重要因素,综合分析地表结构-土-隧道作用下的结构动态响应有助于更合理的预测地震荷载下盾构隧道结构安全风险。     

地震预报与活断层分段

文章回顾分析了地震预报的经验与问题,对地震短期预报需进行新的探索与研讨,才能更快地前进。文章重点论述了地震预报和地震危险性评估方面有关的断层分段性问题。如何在众多的活断层上确定近期可能发生强震的地段,是地震预报中突出的重要问题之一。有关活断层分段性问题是近年来十分引人注目的课题。段是断层的破裂单元,断层的分段就是对断层进行独立的破裂单元的划分。断层分段有4种,当前讨论的主要是活断层破裂分段。     

穿越断层埋地管线反应数值模拟——建模中的几个具体问题

讨论了地震断层作用下埋地管道有限元分析模型的几个具体问题。建议将穿越断层的埋地管道反应数值模拟问题分解为两个步骤,它们分别是基岩运动作用下覆盖土层的反应分析(步骤A)和断层引起的地面永久变形作用下埋地管道的反应分析(步骤B)。在后者的分析中,取出埋地管道与周围土体建立管土体系模型,并将管道和土体分别模拟为薄壁型空间结构和实体均匀介质,管道、土体及管土间的接触均采用有限元技术建模和分析。对于管土体系有限元模型中涉及到的一些问题,如力学分析模式、计算域的确定、断层运动的施加、管道与土体本构模型的选择、管土接触问题的处理、管土体系初始应力场的确定、管道破坏模式及判断准则等进行了简要分析和讨论。     

地震断层作用下的埋地管道等效分析模型

地震作用下,活动断层附近的埋地管道易发生强度屈服、局部屈曲或整体失稳等形式的破坏,建立准确、高效的埋地管道在断层作用下的计算模型,对管道的抗震设计和震后安全状态评估具有重要的实用价值。本文采用非线性弹簧模拟远离断层处埋地管道的反应,基于管土之间小变形段管道处于强化阶段,提出一种改进的管土等效分析模型,进一步减小了管土之间大变形段的分析长度,从而提高了有限元分析效率。该模型采用ALA推荐的方法计算管土间的滑动摩擦力,可以考虑土体种类的影响;用Kennedy方法确定管道的计算长度。通过与精确模型比较,验证了管土等效模型的合理性和有效性。     

竖向断裂缝对场地地震动的影响分析

断裂缝在工程场地十分常见,研究其对场地地震动的影响很有必要.基于应用局部人工边界条件模拟辐射阻尼影响的二维显式有限元方法,分别对垂直入射和斜入射地震波情形下具有不同深度的竖向断裂缝场地地震动进行了数值模拟,并与地表水平的均匀半空间场地地震动进行了对比,结果表明,断裂缝对其附近场地地震动的影响显著,但随着离开裂缝的距离变大,其影响迅速减小.     

深圳市罗湖断裂带活动性及建筑物安全监测系统设计

本文介绍了在深圳市复杂的城市环境里进行断裂活动及建筑物安全监测的思路和方法，以及监测技术系统的构成与布置，以北东向的罗湖断裂带和北西向断裂切割的典型地块及坐落在这些地块上的高层建筑物为重点监测目标，选择一些高层建筑物及水库大坝建立变形监测系统；沿断裂带展布方向布设一定密度的水准环线构成地面垂直变形监测网；布设GPS参考网和相对网，构成地面水平位移监测网。     

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。     

云南活断裂分布对于震害面积影响的模糊定量研究

本文以云南地震地质为背景,定义出活动断裂交汇程度作为影响地震震害面积的定量指标,并应用模糊信息处理方法,分析了云南39个历史地震资料,推导出震级、震源深度、断裂交汇程度与震害面积之间的模糊关系,然后研究震源深度为15,25公里时的震级、震害面积关系。文章结论指出:在活断裂密集的高烈度区,断裂分布情况具有影响震害面积的重要作用。此项研究结果,对高烈度区的工程抗震设防范围考虑,具有一定指导意义。     

短临前兆跟踪中的前兆场反演法和地震参数预报

利用静力位错理论对地震发生过程中的应力场状态进行分析;利用震时被灵敏仪器记录到的高分辨率应变(形变)阶的量值及其空间分布来反演地震断层的参数。将大地形变仪器的观测数据进行统一标度的归化,对前兆观测物理量进行归化处理分析,并进行震例验算。为正确把握地震时震源周边岩石中的应力过程及对在岩石中设置的形变类仪器的影响情况,特选择在布有各类高灵敏形变观测仪器的徐州综合形变地震台大型坑道中,使用化学致裂试验模拟震源的致裂点周围不同构造和距离位置上的岩石应力状态,分析应变的衰减规律,研究岩石中的不同构造方向上与距离因素有关的能量释放情况,建立相应的关系式。编制了震源参数反演、前兆场物理量归化处理等计算软件。通过震时形变资料反演地震断层参数,在为探索地震预报新途径方面做了一些尝试。     

陕西泾阳4.8级地震前后重力变化与断裂活动

本文对泾阳Ms4．8级地震前后陕西关中地区流动重力观测资料和有关断裂垂直形变资料进行了分析研究。结果表明：①波速比高值区很可能存在地下深部地幔物质的入侵，由此引发地震和重力场的显著下降；②用震源机制解和GPS所作的运动矢量图可以较好地解释泾阳地震前后重力场时空演化特征及有关断裂活动——其变化是北西向剪切应力带作用的结果．