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基于Newmark模型的积石山6.2级地震滑坡快速评估

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地震工程学报 2024年第4期46卷 825-835页

作者：马星宇王兰民蒲小武许世阳中国地震局工程力学研究所、中国地震局地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080 中国地震局(甘肃省)黄土地震工程重点实验室甘肃兰州730000

2023年12月18日甘肃临夏回族自治州积石山县发生6.2级地震,引发大量的滑坡和崩塌等地质灾害。基于黄土高原强震数据库中2013年岷县—漳县6.6级地震的地震动记录回归分析所得的Newmark位移预测模型,利用震前精度为30 m分辨率地形以及1∶... 详细信息

2023年12月18日甘肃临夏回族自治州积石山县发生6.2级地震,引发大量的滑坡和崩塌等地质灾害。基于黄土高原强震数据库中2013年岷县—漳县6.6级地震的地震动记录回归分析所得的Newmark位移预测模型,利用震前精度为30 m分辨率地形以及1∶250万地质图等数据,考虑竖向地震加速度以及冬灌的影响,对距震中扩展100 km范围内的地区进行滑坡危险性快速评估,并与震前地质灾害分布以及震后遥感解译和实地调查结果进行对比。研究结果显示:静态安全系数较低的区域更容易发生地质灾害;滑坡危险区主要位于距震中27 km的范围内,危险区内河道和分水岭发育,地层以新近系和第四系为主,与已有研究结果的重合度较高。研究表明,Newmark位移法适用于积石山区域内的震后滑坡危险性评价,但其并未考虑土体液化的情况,低估了液化灾害发生的危险程度。

关键词： Newmark位移区域滑坡危险性分析竖向地震加速度快速评估

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2023年积石山M_(S)6.2地震诱发中川乡滑坡-泥流滑动过程与成因机理研究

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地震工程学报 2024年第4期46卷 791-801页

作者：王辽谢虹蒲小武李智敏郭晓姚赟胜中国地震局兰州地震研究所甘肃兰州730000 青海省地震局青海西宁810001

北京时间2023年12月18日23时59分,甘肃省临夏回族自治州积石山县发生M_(S)6.2地震。该地震在青海省民和回族土族自治县中川乡引发了一次严重的滑坡-泥流灾害事件。通过详细的地质调查、低空摄影测量、现场工程地质测绘,以及含水率实验... 详细信息

北京时间2023年12月18日23时59分,甘肃省临夏回族自治州积石山县发生M_(S)6.2地震。该地震在青海省民和回族土族自治县中川乡引发了一次严重的滑坡-泥流灾害事件。通过详细的地质调查、低空摄影测量、现场工程地质测绘,以及含水率实验等综合手段,对该滑坡的基本特征、动态发展过程及成灾原因进行调查分析。研究结果显示,此次滑坡事件经历了分级和分块启动,呈现出渐退式的滑移特征。滑坡产生的原因如下:村民长期灌溉活动导致地下形成了饱水黄土层,在地震作用下这些饱水黄土层的孔隙水压力急剧增加,导致黄土液化,随后液化的饱水黄土层携带着上覆的非饱和土层迅速向沟道滑移;此外,滑坡体与地下冒水及干渠补给水混合,进一步促进了滑坡-泥流灾害的形成。研究区域附近多分布类似的灌溉区,因此未来地震发生时,对这类滑坡事件的预防与治理将成为重要的研究方向。

关键词：积石山地震黄土液化滑坡-泥流灾害链灌溉滑动过程

2023年积石山6.2级地震诱发大规模黄土液化流滑的特征与启示

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岩土工程学报 2024年第2期46卷 235-243页

作者：王兰民许世阳王平王睿车爱兰周燕国吴志坚王谦蒲小武柴少峰马星宇中国地震局(甘肃省)黄土地震工程重点实验室甘肃兰州730000 清华大学水利工程系北京100084 上海交通大学船建学院上海200240 浙江大学岩土工程研究所浙江大学超重力研究中心浙江杭州310058 南京工业大学交通工程学院江苏南京211816 中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080

2023年12月18日23时59分,甘肃省积石山县发生了6.2级地震,震中位于北纬35.7°,东经102.79°,震源深度10 km。本次地震在距震中约20 km的青海省海东市民和县永川乡金田村和草滩村二级阶地黄土台塬地貌下引发了长2.5 km的大规模液化流滑灾... 详细信息

2023年12月18日23时59分,甘肃省积石山县发生了6.2级地震,震中位于北纬35.7°,东经102.79°,震源深度10 km。本次地震在距震中约20 km的青海省海东市民和县永川乡金田村和草滩村二级阶地黄土台塬地貌下引发了长2.5 km的大规模液化流滑灾害,引起了国内外的高度关注。笔者在震后立即对该液化流滑灾害和地震动特征进行了现场联合调查,基于现场考察、无人机现场勘测、钻孔勘探、电法探测、参考历史同类灾害的前期研究成果等手段,初步查明了液化流滑的特征与机理。结果表明,该液化流滑是由于地震触发11 m深度以下地下水饱和的黄土层大面积液化,上覆土体随液化土体沿液化层带顺着2°~3.5°的缓斜坡方向流滑进入冲沟,然后,沿坡度为1.5°~5°的冲沟向下游继续流滑。在流滑过程中,液化土体中喷涌出的大量水与上覆土体中高含水率表层土中的水不断与流滑土体搅合揉搓使得流滑混合体在到达冲沟中下部的拦洪坝之前,已经演化为泥流。在遇到拦洪坝受阻漫溢到左右两岸的同时,泥流转而也进入了左侧另一条相邻冲沟一定距离,最终拦洪坝溃坝,泥流继续下泄到了金田村和草滩村,造成两村51户房屋被埋或冲毁,20余人死亡,泥流最终停止于两村下游约317 m处。并在结论中得到了评估与减轻此类灾害风险的启示。

关键词：液化流滑黄土地层地震动放大效应

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黄土塬地震动响应特征分析

岩土力学 2020年第1期40卷 295-304页

作者：夏坤董林蒲小武李璐中国地震局兰州地震研究所中国地震局黄土地震工程重点实验室

2008年汶川Ms8.0级强烈地震对远离震中的黄土塬地区造成了较为严重的破坏,局部场地的震害和地震动放大效应显著。以典型黄土塬场地为对象,应用地形台阵流动观测和有限元计算方法,系统开展强震动作用下黄土塬边坡场地动力响应特征研究;... 详细信息

2008年汶川Ms8.0级强烈地震对远离震中的黄土塬地区造成了较为严重的破坏,局部场地的震害和地震动放大效应显著。以典型黄土塬场地为对象,应用地形台阵流动观测和有限元计算方法,系统开展强震动作用下黄土塬边坡场地动力响应特征研究;应用大型振动台模拟试验和数值计算方法,重点探讨黄土塬平台场地在汶川地震作用下地表加速度响应随覆盖层厚度、地震动强度的变化规律以及对建筑结构的潜在影响。结果表明:黄土塬边坡顶部存在低频但较高放大系数的现象,可能与斜坡高差与入射波波长之比密切相关;大角度(60°~70°)黄土塬边坡对地震动的放大效应十分显著,坡顶加速度峰值(PGA)放大可达2倍,反应谱卓越周期放大可达5倍;较厚黄土塬平台场地加速度放大可达2倍以上,地震烈度增加1度,对于场地上固有周期0.7~2.0 s和周期大于3.0 s的建筑物地震反应将显著增加。

关键词：黄土塬强震动观测振动台试验数值模拟动力响应放大效应

地震和降雨耦合作用下黄土边坡失稳的大型振动台试验研究

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地震和降雨耦合作用下黄土边坡失稳的大型振动台试验研究

作者：蒲小武中国地震局兰州地震研究所

学位级别：硕士

黄土是一种多孔隙、弱胶结的特殊土。工程性质极差,具有水敏性和动力易损性,当遇水浸湿或者遭遇中强地震作用时便会诱发严重的地质灾害或工程病害。在地震和降雨耦合作用下,如果诱发滑坡等地质灾害,造成的危害性将会更大。近年来,随着... 详细信息

黄土是一种多孔隙、弱胶结的特殊土。工程性质极差,具有水敏性和动力易损性,当遇水浸湿或者遭遇中强地震作用时便会诱发严重的地质灾害或工程病害。在地震和降雨耦合作用下,如果诱发滑坡等地质灾害,造成的危害性将会更大。近年来,随着黄土高原地区社会经济的高速发展,人们对地震安全的需求也日益增长,这种对地震安全的内在需求和多场耦合作用诱发边坡失稳的现实可能性,充分表明了开展地震和降雨耦合作用下黄土边坡失稳研究的必要性。本文以低角度黄土边坡为研究对象,以振动台为主要研究手段,开展了地震和降雨耦合作用下黄土边坡失稳研究。首先选取兰州新区某一天然原状黄土边坡进行了野外人工降雨渗透试验,研究降水渗透规律及边坡不同部位土体强度变化规律,并以该试验结果为依据,开展振动台模型试验研究。本文设计并实施了天然黄土边坡以及震前降雨、震后降雨等地震和降雨不同耦合情况下的边坡模型试验。分析了不同条件下黄土边坡模型自振特性、动力响应规律以及变形演化与失稳破坏过程的差异性。通过振动台试验确定黄土边坡在地震和降雨耦合作用下的失稳判据,提出了地震和降雨耦合作用下低角度黄土边坡稳定性与失稳危害性预测评价模型,并对地震和降雨耦合作用下黄土边坡的失稳破坏机理进行了探讨。本文主要结论与创新点如下:1.通过自主研制的人工降雨设备,实施了野外人工降雨渗透试验。试验结果显示,黄土边坡在无特殊下渗通道的情况下,降雨渗透的范围有限。渗透前锋深度范围以内的土体饱和度在30%0%之间变化,很少超过70%。渗透深度越深,对应的上部土体饱和度也越大。由于降雨后边坡不同部位土体饱和度的差异性,抗剪强度也会出现很大变化,降雨渗透前锋以上10cm至边坡表面,土体强度降低较多,平均降低约42%。前锋以上10cm范围,土体强度降低较少。前锋以下,土体强度逐渐恢复到天然状态。2.黄土边坡在不同降雨条件下,由于表层土体重度、抗剪强度的变化使其动力稳定性发生很大改变。若遭受地震作用,失稳临界加速度与破坏形式就会有很大差异性。通过振动台试验,直观验证了黄土边坡在地震和降雨不同耦合情况下的临界失稳加速度与宏观破坏形式。天然状态下(降雨量为0,低含水量)其临界失稳加速度为1000gal,主要破坏形式为坡肩拉裂破坏。当降雨量达到一定程度,如10mm时,其地震失稳的临界加速度就会迅速降低,700gal就会出现边坡上部失稳破坏,坡顶震陷为主要破坏形式。随着降雨量的增加,地震失稳的临界加速度逐渐降低,当降雨量达到100mm时,600gal地震动作用就会出现黄土液化滑移现象。3.中强地震作用后的低角度天然黄土边坡,坡体中上部位会出现数条小型裂隙。在降雨初期,原裂隙规模随降雨量的增加快速扩展,裂隙数量快速增多。但随着降雨量的持续增加,雨水对边坡土体的侵蚀速率加快,当有地表径流产生时,地表径流所携带的黄土泥沙又对裂隙起到充填“焊接”作用。这说明中强地震作用后,如果仅在边坡表面产生小型裂缝,正常降雨条件下低角度黄土边坡发生滑坡的可能性很小,震后黄土边坡在雨水作用下裂隙逐步愈合,稳定性逐渐恢复。4.不同降雨条件下,黄土边坡地震失稳破坏机理不同。对于低含水量天然黄土边坡,土体抗剪强度相对较高,其失稳破坏机理是多种力场的叠加作用使得边坡中上部土体产生拉裂失稳破坏。对于小降雨后的黄土边坡,表层一定范围内土体饱和度增大而力学性能降低,失稳机理是强烈地震作用下微结构破坏而出现黄土震陷。对于长持时、大降雨后的黄土边坡,地震作用下的孔隙微结构崩解、黄土液化滑移是其基本失稳破坏机理。5.基于振动台试验结果,提出了地震和降雨耦合作用下黄土边坡稳定性与失稳危害性预测评价模型。

关键词：降雨渗透黄土边坡耦合振动台稳定性失稳机理

地震和降雨耦合作用下黄土边坡失稳滑移的振动台试验研究

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岩石力学与工程学报 2017年第A02期36卷 3873-3883页

作者：王兰民蒲小武吴志坚孙军杰王平柴少峰徐舜华邓津中国地震局兰州地震研究所黄土地震工程重点实验室甘肃兰州730000 中国地震局兰州地震研究所甘肃省岩土防灾工程技术研究中心甘肃兰州730000

为了研究黄土边坡在地震和降雨耦合作用下的动力响应特征、变形演化过程以及失稳破坏机制,开展天然状态、降雨100 mm黄土边坡2种模型试验,对比分析降雨前后两类边坡模型的宏观变形、加速度、孔压、土压力等相关物理量的变化特征。结果表... 详细信息

为了研究黄土边坡在地震和降雨耦合作用下的动力响应特征、变形演化过程以及失稳破坏机制,开展天然状态、降雨100 mm黄土边坡2种模型试验,对比分析降雨前后两类边坡模型的宏观变形、加速度、孔压、土压力等相关物理量的变化特征。结果表明:降雨后黄土边坡模型自振频率降低,阻尼比增大,地震动放大效应增强;强震作用下,坡顶区域土体震陷、液化,后续地震动作用下液化土体还会出现顺坡向滑移;根据边坡模型宏观变形、孔压及土压力变化,其失稳破坏过程可划分为:弹性动变形阶段、残余变形快速增加阶段、液化滑移阶段、蠕滑阶段4个阶段,不同阶段土体宏观变形、孔压、土压力各自有其特点。

关键词：边坡工程耦合作用动力响应失稳机制振动台模型试验相似比

地震和降雨耦合作用下黄土边坡动力响应的振动台试验研究

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岩土工程学报 2018年第7期40卷 1287-1293页

作者：王兰民蒲小武吴志坚徐舜华刘琨中国地震局兰州地震研究所黄土地震工程重点实验室甘肃兰州730000 甘肃省岩土防灾工程技术研究中心甘肃兰州730000

2013年岷漳Ms6.6级地震诱发的永光村泥流状滑坡表明,单一因素下稳定的黄土边坡在地震和降雨耦合作用下会诱发严重的岩土灾害。因此,基于防御与减轻地震灾害的现实需求,开展了地震和降雨耦合作用下黄土边坡振动台模型试验,通过加载卓越... 详细信息

2013年岷漳Ms6.6级地震诱发的永光村泥流状滑坡表明,单一因素下稳定的黄土边坡在地震和降雨耦合作用下会诱发严重的岩土灾害。因此,基于防御与减轻地震灾害的现实需求,开展了地震和降雨耦合作用下黄土边坡振动台模型试验,通过加载卓越频率差异较大的原始波和压缩波,研究了地震和降雨耦合作用下黄土边坡的动力响应特征。试验结果表明：边坡动力作用过程,土体微结构不断损伤演化,土体动力参数——共振频率与阻尼比随动载强度增大不断调整变化,从而引起边坡不同部位加速度响应特征（频谱、幅度）的变化。PGA放大效应取决于边坡自振频率与荷载主频接近程度,当二者愈接近,放大效应越明显,反之放大效应越弱甚至响应衰减（放大系数小于1）。根据边坡模型宏观变形以及相关物理量的变化特征,地震和降雨耦合作用下的边坡失稳破坏过程可划分为：弹性动变形阶段、残余变形快速增加阶段、液化滑移阶段,不同阶段边坡动力响应各具特点。

关键词：黄土边坡动力响应振动台模型试验耦合