山地系统灾变行为自组织临界性研究

为了研究山地系统宏观动力学的整体规律,基于戴维斯地貌发育理论,提出处于地貌发育阶段幼年晚期的河谷及壮年期的山地具有自组织临界性(self organized criticality, SOC)的内禀属性,并建立了基于斯特拉勒积分的大流域地貌发育阶段判别方法.以地震触发崩塌滑坡为切入点,通过震区实震资料分析、元胞自动机模拟、振动台沙堆模型实验,提出不同烈度区地震触发崩塌滑坡分布的演化规律:在Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度区,崩塌滑坡规模与出现频率之间存在良好的负幂律关系,在Ⅹ度区,幂律关系弱化,在Ⅺ度区,这一关系转为对数正态分布. 通过3个案例介绍了SOC理论在岩土体地震扰动深度评估、泥石流防治工程设计径流量极值计算、基于地震活动性参数b值在地应力评估中的应用.      

汶川、芦山、尼泊尔地震触发崩塌滑坡分布规律

为探究地震触发崩塌滑坡的分布规律,基于汶川地震22 302个、芦山地震1 608个以及尼泊尔地震919个触发的崩塌滑坡数据,利用GIS技术对其分布与断层距、岩性、坡位和坡形之间的关系进行了统计分析.结果表明:3次地震触发的崩塌滑坡均具有硬岩区比软岩区、复杂坡形(凸、凹形坡)比简单平面坡更严重的规律和上下盘效应;在一般情况下,地震触发的崩塌滑坡分布具有断裂带效应,但在烈度异常情况下不存在断裂带效应;仅当烈度不小于Ⅸ度时,崩塌滑坡才凸显出在高坡位更严重的特点.      

散粒体斜坡地震崩塌规律离心模型试验研究

根据拟静力离心试验原理,以沙堆作为散粒体斜坡的概化模型,开展粒径分别为0．5～1．0mm、8．0～10．0mm2种均匀沙和粒径范围为0．25～10．0mm、非均匀系数为3．1的非均匀沙沙堆模型离心试验．试验分别在Ⅴ度、Ⅵ度和Ⅶ度3种不同地震烈度条件下进行,出现了不同的崩塌现象．试验结果表明：粒径为0．5～1．0mm的均匀沙在3种烈度地震作用下的崩塌规模均服从准周期分布;8．0～10．0mm的均匀沙和非均匀系数3．1的非均匀沙在Ⅴ度地震烈度作用下的崩塌规模服从负幂律分布,呈现自组织临界性特征,而在Ⅵ度、Ⅶ地震烈度作用下的崩塌规模服从正态分布．根据试验结果给出了崩塌规律为负幂律分布和正态分布的分布函数．     

芦山地震触发崩塌滑坡的优势方向与机理

利用芦山地震强震记录、水系图和1 754个地震触发崩塌滑坡数据,对芦山地震触发崩塌滑坡的优势方向的控制因素进行了研究.对比分析了崩塌滑坡数的优势方向与研究区自然坡体的优势坡向;基于对抗性原理,确定了芦山震区新构造应力场方向;对崩塌滑坡确定性系数分区进行了分析.认为自然坡体的优势方向是决定崩塌滑坡方向的首要因素,但应考虑不对称地形造成的坡向分异现象;新构造应力场是崩塌滑坡方向的全局性影响因素,地震台站的最大累计加速度方向是其代表区域内崩塌滑坡方向的影响因素.对于盲断层型地震,上述三因素对地震触发崩塌滑坡方向的控制效应可能是具有普适性意义的规律.      

地震作用下岩质地基挡墙土压力变化特性数值分析

通过汶川震区路基工程震害调研,初步概括了高烈度区岩质地基挡墙的破坏规律及特性.结合室内振动台模型试验的校正模型,运用有限差分法数值计算,分析了不同高度岩基挡墙在不同量级地震作用下的动力响应,得到了地震土压力随地震量级、挡墙高度的变化规律,对现行抗震规范的可细化之处进行了补充和讨论.分析结果表明,墙高〈12 m挡墙在Ⅹ度烈度区（〉0.6g）的地震土压力较之Ⅸ度烈度区呈线性增长关系,现行公路、铁路抗震设计规范所采用的拟静力法技术框架可以继续扩展到Ⅹ度烈度区使用;挡墙自身结构特征的模态分析表明,挡墙自身的结构共振破坏是高挡墙震害的重要原因.     

宝兴县城周边4·20芦山强烈地震地质灾害触发效应

四川省 4·20 芦山7.0级地震具有震级高、破坏性强等特点,地震次生地质灾害以崩塌落石为主,滑坡不发育.与汶川 5·12 特大地震诱发的次生地质灾害相比,无论规模还是数量均显示较轻,但是处于地震影响区的宝兴县城却是个例外,县城周边山体因地形陡峻,表现出崩、滑灾害发育的特点.通过地震前、后对宝兴县城周边地质灾害现场地质调查显示:崩塌、滑坡和泥石流数量分别由地震前的3、1、3个(条)变为地震后的21、1、3个(条);地质灾害发育密度和模数分别由地震前的0.38个/km、0.34万m3/km变为地震后的2.02个/km、5.59万m3/km;地震后发育密度及模数分别是地震前的5.3和16.4倍;地震产生的边坡破坏效应显著.在此基础上,通过分段剖析可知:地震地质灾害主要发生在单薄山脊以及地形坡度陡峭处,岩质边坡以崩塌落石为主,松散层边坡则以滑坡为特征,但大型滑坡少见;地震对处于斜坡地带(非单薄山脊部位)大型松散堆积体等整体复活很少,只是局部陡缓交界部位存在坍滑或震动裂缝,整体稳定性较好,说明强震并不一定会诱发古滑坡等大型松散堆积体的整体复活.      

地震滑坡启程动力学机理

为深入揭示地震滑坡的启程动力学机理,探讨了地震诱发滑坡的启动机制.在分析滑坡滑动前聚集的临床弹性应变能的基础上,同时考虑地震水平加速度和竖向加速度,运用能量转化原理,导出了地震滑坡启程速度的计算公式.研究结果表明,地震触发斜坡破坏,主要是其"波动振荡链"综合效应所致;地震滑坡启程阶段经历了"先启动,后加速至启程"的过程;汶川地震东河口滑坡启程速度的计算结果与用动量传递法计算的结果相比,误差约3%.     

强震下紫坪铺坝前大型古滑坡体变形破坏效应

为探究512汶川地震中几乎所有大型古滑坡堆积体均保持整体稳定,只在局部坡度较陡及陡缓交界处发生滑塌的变形机制,以紫坪铺水利枢纽坝前左岸灯盏坪大型古滑坡堆积体为例,通过现场深孔监测资料及室内数值模拟分析了堆积体地震变形特征及应力应变分布情况.研究表明,灯盏坪古滑坡堆积体位移最大值出现于地表坡缘处,达150 mm;地震主要影响堆积体剪应力分布,造成灯盏坪前缘下部软化带内剪应力集中;基覆界面及微地貌是控制古滑坡体地震变形破坏模式的主导因素,并非所有古滑坡体均会被地震诱发整体复活,灯盏坪堆积体总体地形坡度为20左右,基覆界面倾角为13左右,地震不会触发其整体失稳,只在局部地形陡缓交界处及转折端发生变形破坏.      

大光包滑坡不连续地质特征及其工程地质意义

大光包滑坡是2008年汶川地震触发的最大规模滑坡,也是世界上百年罕见的大型滑坡,引起国内外学者持续争论和广泛研究. 本文为研究地质构造对大光包滑坡影响,基于现场照片、遥感图及岩体结构面产状数据,首先开展大光包滑坡断壁、滑带及滑坡堆积体不连续地质特征调查,进而分析该不连续地质特征成因,进一步讨论强地震动、不连续地质界面组合及地下水对大光包滑坡启动影响. 研究结果表明:震前随大水闸背斜构造演化发育的断层、层间错动带及优势岩体结构面等不连续地质结构控制了大光包滑坡边界的形成和滑体堆积过程;汶川强震为这些不连续地质结构破坏提供了动力条件;地下水伴随着强震过程不连续地质界面贯通促使了大光包滑坡快速启动.      

汶川地震灾区道路损毁度遥感评估模型

为满足地震发生后灾区交通设施损毁程度快速评价的需要,提出并建立了基于低空遥感影像的道路损毁度遥感评估模型.以低空遥感平台获取的地震灾区大比例尺真彩色遥感影像为信息源,提取灾区道路、桥梁和隧道洞口等交通构筑物的空间信息以及滑坡、崩塌、堰塞湖等灾害体的空间分布信息,形成崩塌、滑坡灾害分布和道路设施空间分布专题图.以道路设施与灾害体是否形成空间耦合作为道路损毁与否的判据,由灾害个体对道路设施结构破坏的严重程度生成道路受损系数,由单个受损段道路的长度生成规模系数,建立了灾区道路损毁程度遥感评估模型,并将该模型应用于都—汶路白沙至夏家坪段道路损毁程度评估,结果与实际情况一致.     

汶川地震桥梁易损性分析

为了评估汶川地区公路桥梁系统地震损失风险,基于汶川地震桥梁震害调查,建立了桥梁地震易损性统计模型.采用修正后的汶川地震衰减模型,对桥址处地震动参数PGA进行了估算.假设易损性函数为双参数对数正态分布函数,采用两种不同的统计方法并结合震害调查,运用极大似然法对参数进行估计,得到轻微破坏、中等破坏、严重破坏、完全损毁4种损伤状态对应的桥梁地震易损性曲线.依据桥梁类型和桥梁线形对全体桥梁样本进行分类,针对分类后的桥梁样本子集建立各自独立的地震易损性曲线.对统计结果进行拟合优度检验,结果显示显著性水平在10%以下,计算得到的易损性函数不能被拒绝.     

汶川震区路肩墙抗震能力检算与震害机理分析

在汶川地震路肩墙震害调查基础上,根据设计图纸,按规范对路肩墙进行抗震能力检算和震害机理分析,获得以下结论:由于现行公路规范中有关规定表明地震工况时公路挡土墙稳定性验算不考虑车辆荷载,故按现行公路规范要求设计的挡土墙具有抵抗8度地震的抗震能力;9度地震烈度区路肩墙倾斜变形的原因是挡墙基底应力超过基底容许承载力值;10度地震烈度区路肩墙严重倾斜变形及出现毁坏现象的原因是抗倾覆稳定系数不满足规范要求和挡墙基底应力远远超过基底容许承载力值,碎石土基路肩墙还有抗滑动稳定系数不足的原因;现行公路规范中挡土墙稳定安全系数取值合理,在9度地震烈度区是适用的,并且可以延伸到10度地震烈度区。     

典型人类工程活动诱发黄土滑坡灾害特征与致灾机理

为了揭示人类工程活动诱发的黄土滑坡成灾机理,基于典型工程活动触发黄土滑坡案例分析,采用野外调查、物理模型试验和应力路径试验等方法,分析了堆载触发黄土滑坡剪切带形成过程、卸载触发黄土滑坡演化模式和灌溉诱发黄土滑坡的成灾过程。研究结果表明:堆载和卸载触发的黄土滑坡,垂直节理易演化成裂缝带,剪应力作用下剪切蠕变带逐渐由坡脚向坡体内部扩展,直至发展成贯通的剪切带,坡体整体变形破坏,堆载触发黄土滑坡具有典型浅层、深层双滑带特征;灌溉诱发黄土滑坡主要发育在黄土塬边,长期农田灌溉导致地下水抬升,坡体内形成饱和带,重力荷载作用下发生蠕动剪切破坏,滑坡开始启动,大规模的快速覆盖加载导致坡体前部浅层黄土液化,最终触发黄土泥流远程滑坡。      

岩质边坡动力失稳机制及数值模拟研究

在分析岩质边坡动力破坏机制的基础上,采用FLAC3D方法,建立了四川震区理县至小金公路工程中豹子嘴岩质边坡三维数值模型.以永久位移作为评价指标,在对四川5.12汶川MS8.0大地震中理县地震台实测地震波校正的基础上,对该岩质边坡在地震荷载作用下的动力稳定性进行了数值模拟.计算结果表明,该岩质边坡在地震荷载作用下并未出现明显的拉应力区,主要以＂压-剪＂破坏模式为主,由于边坡内部分布的应力并不大,该边坡总体上仍为较稳定边坡;在地震荷载作用下,边坡位移呈现出明显的分层现象,位移分布总体上呈现由坡内向坡外、由坡底向坡顶逐步增大的趋势.考虑到地震动力作用下边坡的永久位移偏大,且边坡坡脚处出现了应力集中,应增设SNS主动防护网及矮脚墙进行防护.     

汶川震区桃关沟2013-07-10泥石流成灾机理

针对2013年7月10日持续强降雨导致汶川震区桃关沟暴发特大型泥石流,通过现场勘查和试验,分析了桃关沟泥石流暴发的物源、降雨和地形条件,研究了泥石流的起动、流通和堆积过程.研究结果表明,地震对沟域内岩土体的震动破坏是震后泥石流频繁暴发的根源,其成灾机理体现出崩滑物源、坡面物源和沟道物源三者的启动及相互叠加,从发展趋势看,桃关沟泥石流正处于高频发育阶段,仍存在暴发大规模泥石流的可能性.