基于元胞自动机的地震触发崩塌滑坡分布规律

为了从物理角度对地震触发崩塌滑坡分布规律的机理进行诠释,通过汶川震区典型路段考察和遥感资料解译发现:位于IX度地震烈度区,崩塌滑坡方量与出现频率之间存在良好的负幂律关系;在X度区,崩塌滑坡面积与出现频率的关系仍可用负幂律描述;在XI度区,这一关系转为对数正态分布.元胞自动机模拟表明:以扰动值递增模拟地震强度的增大,沙堆模型的动力特性也经历了幂律—幂律弱化—对数正态分布的演变过程,从而在自组织临界性的概念框架下,证明了上述不同烈度区地震触发崩塌滑坡分布概型的演变规律具有普适性,为汶川地震崩塌滑坡编目以及高烈度地震山区灾势预估等提供了科学依据.      

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.      

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.      

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.     

地震作用下松散堆积体崩塌的颗粒流数值模拟

应用基于离散单元法理论的二维颗粒流数值模拟程序,探讨了松散堆积体在地震诱发作用下的崩塌过程与规律.通过改变堆积体底部边界的角度模拟不同地震烈度对松散堆积体崩塌规律的影响,并将数值模拟结果与离心模型试验结果进行了比较.结果表明:在地震诱发作用下,松散堆积体的崩塌量占崩塌总量的比重,5度地震烈度时约为5%,偏离临界休止角不到1.0°;6度和7度地震烈度时为18%左右,偏离临界休止角1.0°～2.0°;而 8度地震烈度时约为45%,已远远偏离临界休止角近10°.研究结果可供山区道路边坡抗震设防及崩塌体对道路、河流的阻塞评价参考.     

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．     

4·20芦山Ms7.0级地震地质灾害特征

为了揭示芦山7.0级地震次生山地灾害发育规律,结合遥感解译,震后第一时间对芦山震区开展了应急调查和危险性分析等工作.芦山7.0级地震诱发的地震地质灾害以小型崩塌为主,崩塌主要沿双石-大川断裂带,北西向几个深切峡谷段,如S210芦山-宝兴峡谷,芦山-双石峡谷,芦山-太平峡谷发育,其中震中附近的宝盛、太平及龙门崩塌密度最大.崩塌源主要分布在陡立谷坡中上部、突出山嘴等部位,堆积以块石、孤石及碎石为主,对灾区的公路破坏大,其次是坡脚的民房,并在今后一段时间内,威胁公路的正常运行.潜在不稳定斜坡和土质小型滑坡,由于沟道物源的增加,震后泥石流灾害链不可忽视.地震波强度及地形放大效应是控制灾害发育的主因,斜坡结构及风化也有重要的控制作用.      

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.      

基于崩塌体堆积作用下的滑坡稳定性分析

基于刚体理论和整体极限平衡原理,建立力学传递模型,分析滑坡在崩塌体堆积作用下的稳定性,建立链式计算关系,最终可确定滑坡破坏的极限阈值。以重庆市李子坝一化龙桥危岩滑坡为例,对该计算理论的正确性进行验证,结果表明该计算理论能很好地反映在崩塌体堆积作用下发生滑坡灾害链的实际情况,且具有较高的计算精度,可以为此类问题提供借鉴和参考。     

基于PFC3D的山地造型方法

为了研究山区发生地震、滑坡、泥石流、崩塌等自然灾害后岩体破坏程度及灾害影响范围,使用模拟手段进行分析.使用PFC3D中的三角形面构建了水平尺寸100 m×100 m的山地表面,使用MATLAB处理了一些构造过程中的问题.模拟表明,该方法构造了型如MATLAB中peak的形状,形成山峰表面形状的效率较高.该方法可为使用PFC3D进行复杂山地模拟而进行山地造型的问题提供一种可行的,工作量相对较小的方法.     

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%.     

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.     

大跨度斜拉桥地震易损性及可恢复性分析

为了研究地震作用下斜拉桥主塔的抗震能力,评估其抗震可恢复性,以一座独柱式大跨径混凝土斜拉桥为例,采用SAP2000有限元分析程序建立结构动力计算模型,通过增量动力分析法（IDA）分析结构的横向地震响应;选用X-TRACT软件对主塔划分的各关键截面进行了弯矩-曲率分析和损伤标定,对IDA分析的数据进行处理,拟合得到了主塔各关键截面的地震易损性曲线,确定主塔容易损伤部位及演变规律;基于可恢复性的理念开展结构的抗震可恢复性分析. 研究结果表明:在横向地震作用下,主塔底部截面是所选截面中最容易损坏的部位;在地震动强度0.150g和0.271g作用后,自身的抗震能力由80.6%降到46.7%,随着地震动强度的增大,抗震储备能力不断降低.      

芦山地震余震发生及演化的自组织临界机制

为探讨芦山7.0级地震余震演化动力机制,应用统计地震学方法,分析了2013年4月20日—6月20日芦山地震余震序列的宏观统计分布规律;基于自组织临界理论,提出了一种新的余震模型,以期阐明相关统计地震学规律的产生动力机制,并深入讨论了该模型的自组织临界性.该余震模型的具体算法是在经典Olami-Feder-Christensen地震模型基础上,引入了应力衰减因子和应力扩散各向异性因子.研究结果表明:芦山7.0级地震余震序列的震级分布遵循Gutenberg-Richter统计规律,幂指数值约为0.766;其余震序列的时间分布遵循Omori统计规律,幂指数值约为2.52.新建模型的数值模拟能同时对芦山地震余震序列呈现出的Gutenberg-Richter和Omori统计规律给出满意的预测结果,模拟结果与实际情况高度吻合,表明龙门山断裂带处于一种自组织临界状态,芦山地震余震过程实质上是一种自组织临界现象.      

Analysis on intensity zonation in thick loess region

The earthquakes, which occurred in Haiyuan, Tangshan and Wenchuan, have caused serious damages in the loess area and the abnormal intensity sites are commonly found during the earthquakes. The investigation of the actual earthquake damages and character analysis on sites shows that the topography, loess overburden and underground water level and many other factors affect the intensity. In this paper, the thickness of loess overburden of Tianshui City is achieved by inversion algorithm based on site exploration and microtremor test; the amplification effect of peak ground motion acceleration is calculated using numerical method; a complete formula is obtained through summarizing previous achievements and is used to calculate the abnormal intensity under the multifactorial influence. Finally, a seismic intensity anomaly distribution map is plotted applying the graphic information system （GIS） software in Maiji District, Tianshui City. Through the practical investigation of earthquake disaster, it is found that the figure fits the distribution of actual intensity anomaly very well.     

基于失效概率法的桥梁地震风险评估

为了研究地震破坏下高速铁路连续梁桥发生破坏的可能性,根据地震风险性（risk）为地震危险性（hazard）与易损性（fragility）乘积的定义,基于失效概率法,对高速铁路连续梁桥地震风险评估方法进行了分析.通过条带法建立桥梁地震需求模型,基于可靠度函数获得桥梁地震易损性曲线,拟合得到桥梁易损性概率密度函数;根据桥址处地震危险性资料,推导桥址处地震加速度概率密度函数;通过地震加速度概率密度函数与桥梁结构易损性概率密度函数的数值积分,实现桥梁地震风险概率评估.以一座（32+48+32）m高速铁路连续梁桥为例系统演绎了失效概率法桥梁风险评估的实现过程.研究结果表明:当地震危险性资料缺乏或不足时可以通过地震烈度分布函数及其与地震峰值加速度之间的换算关系,推导和完善地震危险性分析资料;对于高速铁路（32+48+32）m连续梁桥100年设计期间内发生轻微损伤的概率为5.16%,发生中等损伤的概率为4.46%,桥梁受到轻微损伤和中等损伤风险概率接近,几乎不可能发生严重损伤和完全破坏.