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    ISSN 1000-0844

    CN 62-1048/P

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      地震工程
      • 陕西渭北晚更新世黄土-古土壤结合水膜厚度的试验研究

        井彦林,何椿霖,赵宏宇,冯雅茜,明心凯,黄月

        2024(3):501-510, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20220924001

        摘要:

        为深入剖析黄土与古土壤工程性质的影响因素,以陕西渭北晚更新世黄土与古土壤为研究对象,基于核磁共振、比表面积测试并结合理论分析对结合水膜厚度进行研究。试验结果显示:黄土与古土壤的结合水膜厚度存在明显差异,黄土的结合水膜厚度明显大于古土壤,原因在于古土壤孔隙体积及孔径小于黄土,而古土壤中高价阳离子含量大于黄土,同时古土壤颗粒表面分布铁锰质薄膜,其亲水性较弱。分析结合水膜与黄土湿陷性、回弹变形等工程特性间的关系,发现黄土-古土壤的湿陷性随结合水膜厚度的增大而增强,随结合水膜厚度的减小而减弱,结合水膜厚度与卸荷变形系数呈正相关关系。综合分析说明,高价阳离子含量、颗粒表面特性,及孔隙性的不同造成了黄土与古土壤结合水膜厚度的差异,从而导致黄土与古土壤的湿陷性等工程性质有显著区别。

      • 基于高斯过程模型的桥梁时变系统地震易损性分析

        万华平,彭紫鑫,卫志成,陈昊,苏雷

        2024(3):511-520, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20220824004

        摘要:

        桥梁在长期服役过程中面临的氯离子侵蚀作用会导致材料性能退化,进而影响桥梁结构的抗震性能。准确评估服役桥梁的抗震性能可以有效保障和提高桥梁结构的安全性,因此开展考虑时变效应的桥梁地震易损性分析非常必要。考虑到地震易损性分析涉及大量的动力时程分析,计算效率很低,故采用高斯过程模型取代耗时的动力时程分析,旨在提高地震易损性分析效率。以一座三跨连续梁桥为例,探究氯离子侵蚀作用下桥墩材料性能的退化规律,建立纵筋、箍筋以及保护层和核心混凝土材料性能退化时变曲线;基于高斯过程模型和联合概率地震需求模型,建立桥梁系统在不同服役年限下的易损性曲线和曲面。结果表明:(1)氯离子侵蚀作用明显降低了桥墩钢筋混凝土材料的强度;(2)氯离子侵蚀作用明显提高了高等级损伤的桥梁地震易损性,结构更容易发生高等级损伤。

      • 安哥拉红砂现场试坑浸水试验研究

        乔建伟,刘争宏,夏玉云,王冉,唐立军

        2024(3):521-528, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20220915002

        摘要:

        为准确评价安哥拉红砂场地的自重湿陷特征,开展现场试坑浸水试验,对地表及不同深度地层变形、水分入渗规律和浸水前后标贯击数进行监测与研究,并对现场试验与室内试验结果差异性进行探讨。结果表明:浸水后红砂地基表现为持续抬升,变形曲线可分为陡升、缓升、不稳定和趋于稳定4个阶段;深度8 m以上红砂地层为湿陷沉降变形,累计沉降量为5.6 mm,远小于室内试验计算的自重湿陷沉降量137 mm;红砂竖向渗透速率和水平渗透速率均较大,浸水和停水后红砂含水率变化较快,红砂持水性较差,浸水过程中红砂地层的饱和度小于80%,为非饱和渗透;浸水后红砂地层标贯击数显著降低,具有显著的软化特性。红砂较大的渗透系数和较差的持水性导致红砂很难达到饱和状态,是自重湿陷沉降量实测值远小于计算值的因素之一,一般工程建设中建议可不考虑红砂地基的湿陷特性,而将其按软化特性进行设计。研究结果不仅可指导红砂场地未来工程建设,还可为其他砂土湿陷性评价提供借鉴。

      • 双磁场控制的磁流变减震结构振动台试验研究

        周亚东,张恒,张彦,刘双菊,葛爱迪

        2024(3):529-535, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20230201002

        摘要:

        传统磁流变减隔振器通常由线圈持续供电,不仅增大耗能,也会减少器件的使用寿命。基于磁流变凝胶(MRG)的剪切工作原理,运用剪切型结构设计一种新型磁流变凝胶减震装置,采用永磁体和线圈共同控制磁场大小和方向,通过改变磁流变凝胶的磁化程度实现阻尼力大小的控制。将该装置安装在一2层钢框架结构模型的底层,采用恒定电流控制法开展磁流变减震结构振动台试验研究,分析不同电流下减震结构系统对不同地震波的振动控制效果。试验结果表明:该磁流变凝胶减震装置能够显著降低结构的动力响应,对于不同的地震波其减震效果有所差异,随着峰值加速度的增加其减震效果有所下降。

      • 青藏高原东南三江流域黄土类堆积体斜坡地震作用下的动力响应试验研究——以四川巴塘下归洼滑坡为例

        唐学武,王晨,郭明珠,陈学良,曾金艳,张合,王志颖

        2024(3):536-547, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20230127001

        摘要:

        青藏高原东南三江流域广泛存在堆积体斜坡,该类斜坡极易演化为滑坡灾害。以四川巴塘下归洼斜坡为例,通过振动台模型试验研究地震诱发的堆积体滑坡动力响应特征与破坏模式。试验结果表明,在地震作用初期,由于孔隙被挤密,斜坡的自振频率增大;在茂县波激励下,斜坡肩部动力响应最强烈。高幅值茂县波激励下,因斜坡整体刚度降低,放大效应减弱。Hibert谱描述了地震波在斜坡中的传播特征,向斜坡顶部传播时,地震波高频能量显著增强,地震波经过堆积层后,放大效应减弱。在足以致使堆积层滑动的强震作用下,坡表一定深度下动力响应呈现一致剧烈现象,斜坡上部会形成“脱离体”,“脱离体”在地震作用下上下颠簸运动;在临滑时,坡表出现最强烈的动力响应。斜坡的破坏模式为:地震初期,在重力和地震耦合作用下,坡表土体剥落;随地震幅值增加,坡肩与堆积层发生明显相对位移,堆积层表面出现裂缝;最终,坡脚发生明显相对位移,随后堆积层偏离基岩加速滑塌。基于地震信号特征的斜坡堆积层滑落过程可分为三阶段:(1)稳定阶段;(2)临滑阶段;(3)滑移阶段。

      • 考虑周期折减的结构弹性时程分析调整方法

        吴克川,陶忠,潘文,兰香,余文正,张龙飞

        2024(3):548-556,583, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20220529002

        摘要:

        针对结构弹性时程分析时无法考虑周期折减的问题展开研究,通过对比结构时程分析的过程中,地震波的选取是否考虑周期折减的差异,提出采用增大系数放大时程分析法输入地震波有效峰值加速度以及地震响应;考虑弹性时程分析过程中,周期折减对结构地震作用的增大效应。理论分析增大系数取值的影响因素,并基于单自由度体系对比两种调整方法的效果及差异,采用实际算例以验证所提出弹性时程分析中考虑周期折减调整方法的有效性。结果表明:增大系数的取值与周期折减系数、结构自振周期及场地特征周期等因素有关;对于单自由度体系,两种调整方法具有完全相同的调整效果;按文章提出方法考虑周期折减的算例结构,弹性时程分析所得各楼层地震剪力及层间位移角与考虑周期折减的反应谱(CQC)计算结果均较为接近。

      • 木质素抑制黄土湿陷性试验研究

        刘伟,连佳胜,赵吉祥

        2024(3):557-565, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20220717003

        摘要:

        黄土湿陷性常引发黄土地区构筑物基础发生沉降甚至破坏,给黄土地区基础设施建设造成了严重的威胁。通过改良黄土可减轻和降低湿陷性的危害,拟采用绿色可降解工业废料木质素对湿陷性黄土进行改良,发现木质素改性黄土可显著减轻黄土湿陷性的危害,并从形变机制和微结构两方面对改良机制进行解释。研究结果表明:2%木质素掺量的黄土试样,其原有的强烈湿陷性已基本消除,改良效果在4%木质素掺量达到峰值;从形变机制看,木质素的加入改变了其结构特征,原本由湿陷性导致的结构失稳在加压期间被释放,致使改良土受湿陷影响降低;从微结构角度看,木质素会使黄土颗粒之间产生新的胶结物,使颗粒之间的联结力增强,从而提升其改良效果。通过室内试验验证木质素在抑制湿陷方面的有效性,2%木质素掺量即可达到改良效果且具有量省效宏的优点,同时符合绿色施工理念并提高工业副产品木质素的利用率,为实际工程解决湿陷问题提供新参考。

      • 单体建筑无筋砌体加固体系的抗震韧性研究

        魏淑静,杨中宣

        2024(3):566-574, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20230619001

        摘要:

        单体建筑无筋砌体结构的抗震韧性较差,在地震中容易发生严重破坏和倒塌。为此,以抗震韧性为参数指标,对单体无筋砌体结构进行加固并分析,研究其在地震作用下的抗震能力。以某实际工程作为研究对象,运用ANSYS软件建立单体建筑无筋砌体加固有限元模型,选取中国汶川地震波、日本阪神大地震波、美国克恩县地震波、中国台湾集集地震波及人工地震波作为地震动输入,利用韧性指数法和韧性等级法,从无筋砌体加固体系在震后的修复费用、修复时间及人员伤亡等方面进行分析,得到抗震韧性评估结果。研究表明:(1)在罕遇地震、设防地震和多遇地震的情况下,单体建筑无筋砌体结构的层间位移、层间剪应力、破坏程度均大于单体建筑无筋砌体加固体系;(2)在受到地震强弱因素影响下,无筋砌体结构的抗震韧性指数最高为0.877,而其加固体系的抗震韧性指数最低为0.908;(3)在经历不同地震波后,无筋砌体结构受到较大损害等级占比较高,人员伤亡较重,需要花费较长的时间和较多的费用完成灾后重建;而经过加固后的无筋砌体结构,加固体系受到较小损害等级占比较高,人员伤亡较轻,且能够用较短的时间和较少的费用完成灾后重建。

      • 锚定板浅基础桥台抗震性能参数影响分析

        杨张能,陈兴冲,马华军,王义,鲁锦华

        2024(3):575-583, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20221005001

        摘要:

        基于浅基础桥台震后调查得到的破坏特点,参考锚定板挡土墙,设计出一种锚定板浅基础桥台。通过拟静力试验与有限元软件ABAQUS研究其抗震性能,探讨钢绞线直径、锚定板布置类型、锚定板面积与台背面积比值、台背填土弹性模量和钢绞线长度变化对结构抗震性能的影响规律。结果表明:有锚定板参与时桥台承载能力有明显提升,耗能能力增强;结构破坏主要由土体失效与钢绞线断裂引起,桥台与锚定板未发生破坏;在一定范围内增大钢绞线直径可以显著提升结构的承载能力,减缓刚度退化;提升台背填土弹性模量可以增加桥台承载能力;锚定板布置方式的改变基本不影响桥台承载能力;锚定板面积与台背面积比值较大时结构初始承载能力较强,但后期刚度退化较快;满足设计要求后钢绞线的长度不宜过大。

      • 基于等损伤的主余震序列型地震动PGA放大系数谱研究

        雍飞,公茂盛,杨游

        2024(3):584-592, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20220508001

        摘要:

        大地震发生后往往会伴随强余震发生,强烈余震会加重结构的破坏程度,在抗震设计及结构损伤评估中考虑余震的影响是一重要课题。采用NGA-West2数据库建立主余震序列型地震动记录数据集,基于损伤等效思想定义主余震作用下PGA放大系数α,针对单自由度体系结构,通过动力时程分析建立不同相对强度、不同场地条件下平均PGA放大系数谱,进一步通过回归分析构建PGA放大系数谱的预测方程,分析统计结果的离散性。结果表明:PGA放大系数谱受场地条件影响较小,受主余震相对强度影响显著;放大系数谱值随周期增大而减小。谱预测方程能够提供目标损伤下结构的主震PGA放大需求,并可以作为设计谱调整系数使用,以实现在结构抗震设计及结构损伤评估中考虑余震的影响。

      • 基于局部测点模态测试的简支梁桥承载刚度评定试验研究

        亓圣,施晓,亓兴军,王宁宁,曹三鹏,王珊珊

        2024(3):593-601, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20220617004

        摘要:

        快速可靠地检测服役桥梁的承载刚度对保障道路交通线路的安全运营具有重要意义。文章提出一种基于局部测点模态测试的简支梁桥承载刚度评定方法,并以某实际工程中一座简支梁桥为试验对象,对所提方法的可行性和准确性进行验证。设计传统桥梁荷载试验的中载和偏载加载方案,测得各工况下简支梁桥跨中截面的实测静挠度,基于环境激励进行联合测点模态试验和局部测点模态试验,预测简支梁桥跨中截面的模态挠度,并结合桥梁理论挠度计算结构挠度校验系数。结果表明:中载、偏载工况下联合测点模态试验预测的跨中截面模态挠度与静载试验跨中截面实测静挠度的相对误差最大不超过5.7%,基本满足工程精度的要求;联合跨中截面测点和桥面加载点测点的联合测点模态试验能够准确评估桥梁的承载刚度;仅在跨中截面布置传感器的局部测点模态试验预测的模态挠度基本等价于联合测点模态试验预测的模态挠度,两者的相对误差小于2%,局部测点模态测试预测的跨中截面挠度校验系数与静载试验的实测挠度校验系数相比具有很好的一致性。

      • 分层土-隧道相互作用体系地震响应分析

        张存,郑文,罗凯凯,路沙沙

        2024(3):602-613, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20220804002

        摘要:

        为研究地震作用下非均质场地各个土层放大效应以及分层土-隧道的地震响应,以大连某实际工程为背景,基于地震作用下隧道结构动力响应的理论,采用收敛约束法,通过ABAQUS构建分层土-隧道三维有限元模型,并结合振动台试验,验证模拟的准确性;将自由场与有隧道场地进行对比,并结合加速度和傅里叶曲线对模拟数据进行分析。结果表明:(1)土体性质和激励大小对地震波的传递有影响,随着场地由浅到深逐渐增加,峰值加速度逐渐放大,不同分层介质的主要频率和频谱形状发生明显变化;(2)隧道会放大远场的加速度响应,略微降低近场的动力响应;(3)软弱夹层的存在对地震动的放大作用也有明显影响,不同分层介质的不同特性导致土层刚度不同,从而影响地震作用下层状土-隧道的动力相互作用。

      • 椭圆空洞对盾构隧道地震易损性曲线影响研究

        魏懿,黄蔚,顾翔,肖桂元,于啸波

        2024(3):625-636, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20230131001

        摘要:

        采用增量动力分析方法,探究水平向地震下地层空洞对盾构隧道地震响应特征的影响规律。针对管片损伤及周边地层应力,选择弯矩比作为性能评价指标,峰值加速度(PGA)及峰值速度(PGV)作为衡量地震强度指标(IM),阐明椭圆形空洞对管片抗震性能的影响,得到隧道结构的地震易损性曲线。研究表明:椭圆空洞加大了浅埋盾构隧道的地震破坏概率;PGA与PGV均可作为IM并获得相应的隧道易损性曲线;使用弯矩比作为破坏指标,PGV作为地震动指标,其对应的易损性曲线对地层变异性更敏感。研究结论可为潜在空洞发育区防震方案的制定提供参考。

      • 木钙对兰州黄土水理性质的影响

        王沈力,李晓龙,刘辰麟,刘东发

        2024(3):637-643,671, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20220418002

        摘要:

        为揭示木钙对兰州黄土水理性质的影响,基于不同的木钙掺量和养护龄期,通过水滴入渗试验、渗透试验和崩解试验分析木钙土斥水性、渗透性和水稳性,并利用X射线衍射试验、扫描电镜试验探讨木钙土的改良机理。研究结果表明:木钙的掺入可以提升黄土的斥水性、水稳性,低掺量木钙土提升幅度有限,高掺量木钙土整体表现良好,而减弱渗透性的作用有限;木钙土的水理性质发挥具有龄期效应;28 d养护龄期下,木钙土的水理性质参数随木钙掺量的变化存在广义上的峰值,但峰值与木钙掺量的关系存在一定差异;木钙土的水理性质同力学性质保持了一定的正向关联性。木钙土并未产生新的矿物成分,但土颗粒双电层厚度变薄,而且胶结生成物包裹联结颗粒、填充孔隙,从而改善木钙土的水理性质。

      • 基于概率地震需求模型的兰新高铁桥梁近断层地震易损性分析

        康林,崔佳伟,严武建,车爱兰

        2024(3):644-654, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20231019002

        摘要:

        位于断裂带附近的兰新高铁硫磺沟大桥长期受到近断层地震作用的威胁。为分析该桥梁的地震易损性,利用OpenSees软件建立含三维土层结构的桥梁非线性有限元模型,采用增量动力分析法和概率地震需求模型,以该桥梁的4个典型连续桥墩为研究对象,考虑桥梁材料的不确定性,运用拉丁超立方抽样方法得到大量模型-地震动样本,进行非线性动力响应分析,并通过一阶界限法得出桥梁系统易损性曲线的上下界限。研究结果表明:桥梁系统抗震性能良好,在该地区的极罕遇地震动下完全破坏概率低于30%;单个桥墩的抗震性能优秀,在极罕遇地震动下完全破坏概率仅为6.92%;地震动荷载达到0.35g时桥墩处于弹性阶段与塑性阶段的临界点;相对较高的桥墩(3#、4#桥墩)比相对较低的桥墩(1#、2#桥墩)刚度更大,变形和耗能能力更强。文章评估了近断层地震作用下兰新高铁硫磺沟大桥的抗震性能,可为震前的风险预防与震后的救灾减灾决策提供重要依据。

      • 主余震作用下塔尔寺中心大塔响应研究

        张建钰,石玉成,刘琨,刘北,李韬,池佩红

        2024(3):655-664, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20231218001

        摘要:

        目前对建筑结构进行主余震序列作用下的动力响应研究表明,主震过后的余震往往会造成结构损伤的累积,导致结构裂缝扩展甚至倒塌,但主余震分析在土遗址的分析中却应用较少。以锁阳城塔尔寺中心大塔为研究对象,基于目标谱匹配方法选取6条自然地震动记录调幅,进行单一主震与主余震序列作用下的动力响应分析。结果表明:加速度与位移响应沿佛塔高度的变化趋势在主震作用与余震作用下基本一致,加速度与竖向位移最大值位于佛塔顶点,而水平位移最大值位于覆钵体与塔身结合处;结构在主震作用下产生塑性损伤后,余震会扩大损伤的范围和程度,且损伤严重的部位扩大效果最明显。通过以上分析得到塔尔寺中心大塔的薄弱位置,提出在合适部位进行支护加固等改进措施。

      地震研究
      • 低成本地磁场监测设备的设计与实现

        孙路强,张明东,康健,刘建波

        2024(3):665-671, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20220906003

        摘要:

        为能够在短时间内建成区域高密度地磁场观测台网,实现地磁场数据成网、成片观测,需要解决精准捕捉极震区特大震前磁场异常现象的问题。项目组利用物联网通信技术,基于RM3100三轴磁传感器,开发低成本地磁场监测设备,并部署在天津市宝坻区、武清区,同时利用人工智能数据分析技术和时序数据存储技术,开展地震前兆异常自动判定和可视化预报技术研究。该成果在2022年6月23日天津宝坻M2.0地震中得到了验证,说明低成本地磁场观测系统不仅对大震有察觉,对于近距离的中小地震同样敏感。

      • 2022年1月8日青海门源6.9级强地震动模拟研究

        师涵博,张元生

        2024(3):680-691, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20230920001

        摘要:

        为满足数字化时代应急处置的新要求,基于随机有限断层法的发展,利用青海门源地区地下三维速度结构的模型和vS30数据,通过逐步迭代射线追踪法、格林函数位移解析相位谱和有限断层法的联合计算,以青海门源6.9级地震为例,获得具有地表土层放大效应的强地震动模拟数据,进而绘制出研究区内PGA和烈度分布模拟图;并与实际台站记录的PGA和实地调查烈度结果相比,其烈度区划范围基本一致,同时也验证此联合计算方法可用于未来地震灾害的快速评估,并为灾后应急救援提供参考。

      • 2021年青海玛多MS7.4地震前后CO异常变化研究

        史延飞,辛存林,梁浩东,刘海博

        2024(3):692-702,723, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20230105002

        摘要:

        地震前后气体地球化学信息的研究在地震监测预报中具有较高的应用价值。为研究2021年5月22日青海玛多MS7.4地震与CO时空变化之间的关系,在以瓦里关大气观测站地面数据验证大气红外探测仪(AIRS)反演数据可靠性的基础上,提取玛多MS7.4地震前后AIRS反演的CO数据,通过滑动均值法、差值法对玛多地震前后不同尺度的CO浓度数据进行处理和分析。结果表明:利用卫星遥感数据提取CO地球化学信息是可靠的。时间上,玛多MS7.4地震前两个月CO浓度开始波动,出现峰值,地震发生后恢复平静;空间上,震中位置的CO浓度在近地面变化尤其明显,震中及附近区域的CO浓度从3月开始逐渐升高,由离散分布逐渐向震中和发震断裂带聚拢靠近,到4月底达到最大异常18.60×10-9,异常高值中心的连线与发震断层江错断裂走向、地表破裂分布一致。排除背景值和季节变化的影响,推断CO浓度异常变化是地震引起的,主要归因于地下气体释放和岩石挤压碰撞产气,气体逸散后在大气圈中发生的一系列化学反应起次要作用。

      • 甘肃及邻区基于地震预警参数τcPd的震级快速计算模型研究

        柴文锐,郭晓,张璇,杜建清,张磊,张卫东,蒲举

        2024(3):703-713, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20230627001

        摘要:

        地震预警作为目前能够有效减轻地震灾害的手段之一,可以在破坏性地震动来临之前提供几秒至几十秒的预警时间,提醒预警区域采取紧急处置措施以减轻人员伤亡和财产损失。地震预警是一个复杂的系统,其中利用地震参数快速、准确地进行实时震级估算是其有效发挥减灾作用的关键。文章基于2012—2020年发生在甘肃省及邻区的190个地震共821条记录(3.1≤M≤6.6),计算分析在P波1~10 s时间窗长度内,两种地震预警参数(卓越周期τc和位移幅值Pd)分别在垂直向、水平向和三分向均值测项三种不同条件下与峰值参数PGV、PGD的相关性,拟合相应的预警震级快速计算模型,并将估算震级ME与实际震级MC进行比较。结果表明:时间窗长度的改变对结果有一定的影响,而测项改变造成的差别较小。此外,在拟合度、预测残差均值和标准差,以及残差分布等预测效果方面,采用参数Pd的模型性能优于参数τc。考虑到参数和震级的实时计算以及预警信息发布的时效性要求,推荐在该地区应用垂直向记录P波到时3 s后的参数Pd来进行地震预警震级实时快速计算。

      • 一种基于PPNet的地震直达P波到时拾取方法

        季倪宏,李钢,张玲,罗勇,黄金刚

        2024(3):714-723, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20221106001

        摘要:

        针对现有地震直达P波到时拾取网络精度低、误差大等问题,结合UNet++编码、解码器,融入特征过滤器设计一种具有地震震相特征分析与融合能力的轻量级P波到时拾取网络PPNet,实现对地震P波的高精度、低误差拾取。首先,该网络在编码器模块采用大卷积核、低通道数的卷积层,对输入的地震信号进行深度特征提取;其次,在解码器模块的特征还原过程中加入特征融合机制,补全特征信息,避免序列特征污染问题;最后,仅对编码器后三个下采样模块添加特征过滤器,深入挖掘特征序列,通过细化P波到时特征,提升到时拾取精度。实验结果表明,提出的网络在0.1 s、0.2 s、0.3 s误差阈值下P波拾取率分别为80.73%、94.01%、97.81%,平均绝对误差0.078 s,均方误差0.021,与现有P波拾取传统方法和深度学习算法相比性能更优。

      • 基于多尺度注意残差网络的地震波形分类研究

        王梦琪,黄汉明,吴业正,王鹏飞

        2024(3):724-733, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20220605001

        摘要:

        选用2010年2月—2016年12月发生在北京顺义及河北三河等首都圈邻近区域的117个地震事件(包括54个天然地震事件和63个非天然地震事件——爆炸事件)作为研究对象,利用文章所提出的多尺度注意残差网络对其中的天然地震事件和爆炸事件波形进行二分类。首先,对原始地震波形进行简单预处理并截取成相同长度的地震时序数据,直接将其作为网络模型的输入;其次,选用含有残差模块的深度神经网络作为基础网络,利用深度神经网络对特征的自动提取能力,省略了传统波形分类需要提前提取时域波形的特征作为分类算法输入的步骤;然后,融合通道注意力机制(ECA)并对其进行改进,将空间维度的信息融入通道信息,优化了网络对关键信息的关注,更好地聚焦重要特征;最后,使用空间金字塔池化代替最大池化进行多尺度特征融合,得到更多的特征信息,构成多尺度注意残差网络。实验结果表明,最高分类准确率为97.11%,平均分类准确率为96.53%,证明了多尺度注意残差网络在地震波形分类任务中的有效性,为震源类型识别工作提供了一种新的方法。

      • 基于PSO-ELM的地震死亡人员评估方法研究

        赵煜,韩旭昊,孙艳萍,史一彤,陈文凯

        2024(3):742-750, DOI: 10.20000/j.1000-0844.20230709002

        摘要:

        地震灾害人员伤亡快速评估对于地震应急响应至关重要。区域地理环境、人口密度和建筑结构等多种因素对地震人员伤亡具有重要影响,文章针对中国大陆按照分区开展地震死亡人员评估方法研究。为充分考虑地震对不同地区造成的差异性影响,根据人口密度、地理环境、建筑结构等情况,将中国大陆划分为西北、西南和东部三个区域,并按地震最大烈度对样本进行分类;然后采用随机森林方法和自助采样法,根据每个特征的重要性排序选取震级、震区面积和人口密度三参数,建立粒子群优化极限学习机(PSO-ELM)地震人员死亡评估模型。研究结果表明,模型在预测性能方面表现良好,在不同地区和烈度下具有较好的适用性和泛化性,能够为地震应急响应和地震灾害风险评估提供重要技术支撑。

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      • 甘肃积石山6.2级地震房屋破坏特征分析

        郭海涛, 贾源源, 王会娟, 车高凤, 夏晓雨, 张晓

        DOI: 10.20000/j.1000-0844.20240116001

        摘要:

        摘要:2023年12月18日晚,甘肃省积石山县发生Ms6.2地震,震源深度10 Km。地震导致震区房屋不同程度损毁,并诱发了大量同震滑坡,造成了严重的人员伤亡和经济损失。分析不同结构房屋的破坏比与破坏特征、特点,对灾后应急救援及房屋重建安置工作具有非常重要的意义。基于已有文献资料、结合高精度遥感数据和野外调查数据,开展此次地震房屋破坏特征分析。结果表明:震中房屋及建构筑物破坏大河家镇最重、石塬镇、刘集乡、柳沟乡等次之。Ⅷ度区内土木结构房屋破坏比达90%以上,破坏形式以倒塌为主;砖木结构房屋破坏比达75%左右,多以严重破坏为主;砖混结构房屋破坏比达45%左右,破坏差异性较大,以中等破坏或轻微破坏为主,个别砖混结构房屋发生了非常严重的结构破坏;框架结构房屋填充墙产生大量裂缝与剪切破损。基于震后第一手资料,就不同结构类型房屋的破坏特征、特点,房屋破坏比及震后地震地质灾害与隐患等多方面进行了分析探讨,以期为灾后房屋重建、地震震后烈度调查与地震应急评估等相关工作提供一定的参考。

      • 河西走廊西端文殊山南缘断裂新活动特征

        刘兴旺, 姚赟胜, 朱俊文, 赵晓明

        DOI: 10.20000/j.1000-0844.20240222003

        摘要:

        文殊山南缘断裂为新发现的位于河西走廊西端嘉峪关-文殊山隆起带南侧的一条活动断裂,研究其活动特征对完善区域构造图像、认识地区地震危险性具有重要的意义。本文根据遥感影像解译、野外地质调查、航空摄影测量,结合年代学测试,对断裂进行了综合研究。结果表明,文殊山南缘断裂长约25 km,断裂总体走向为NW向,倾向NE。根据断错及未断错地貌测年,确定文殊山南缘断裂最新一次地震活动的时间在0.8±0.1 ka与1887-1725 cal a BP之间。利用高精度DEM数据,获得了断层陡坎高度,结合相应的地貌年代,估算文殊山南缘断裂垂直滑动速率在0.2-0.25 mm/a。根据地震震级与破裂长度、位移量经验公式,估算文殊山南缘断裂潜在发震能力在6.8级左右,此震级下可能对临近的乡镇、嘉峪关市区有较大的影响。

      • 积石山M6.2地震诱发秦阴村黄土震陷灾害研究

        钟秀梅, 胡雪枫, 贾世超, 王羿

        DOI: 10.20000/j.1000-0844.20240208002

        摘要:

        2023年12月18日发生的积石山M6.2地震诱发了多处黄土震陷灾害。通过对积石山县石塬镇秦阴村黄土震陷灾害进行现场调查,得出了灾害的主要特征;通过取备原状黄土开展室内试验,研究了秦阴村黄土的物性参数特征、微结构特征和震陷性,结合现场调查结果分析了震陷灾害产生的主要原因。研究结果表明:秦阴村震陷区内土体酥裂,裂缝发育,土层呈反倾台阶状震裂破坏,最大沉降量57 cm,裂缝最大长度约300 m,宽度约83 cm;边缘土体坍落或产生滑坡,坍落最大延伸长度约100 m。震陷区黄土土质疏松、含水率较高、架空孔隙发育、颗粒胶结较弱,具备产生震陷的土性条件。震陷区黄土层厚度较大,地震的等效动应力大于土体产生震陷的临界动应力,且地震动持续时间较长、卓越周期较大,使得场地产生了严重的震陷破坏。

      • 2023年积石山6.2级地震诱发的中川乡泥石流灾害过程与成因分析

        罗毅, 李德文, 姜文亮, 李林林, 焦其松, 田云锋, 李强, 李永生

        DOI: 10.20000/j.1000-0844.20240113004

        摘要:

        强震极易诱发山区灾变性的泥石流过程,但需要辅以必要的地貌、地质、水文或气候条件。2023年积石山地震诱发的青海省民和县中川乡泥石流,因其导致的大量人员伤亡而备受关注。基于对中川乡泥石流沟谷及其周边区域的综合考察,包括地貌与第四纪地质特征的面上调查,天然剖面观察,泥石流物源和堆积物粒度、粒形特征分析以及基于灾前卫星影像和灾后多型号无人机航摄的多尺度地貌形态分析等,对灾害过程特征、影响因素以及未来防控进行了初步的分析和讨论。泥石流沟谷侵蚀或堆积厚度及其空间分布特征表明,物源区主要集中在草滩村上游右岸支沟源头。物源区地层丰富的细砂物质和传统的提灌耕作方式,为强震动下滑塌触发提供了有利条件;现场调查表明物源主要通过群发式的浅层(2~3m)滑塌补给,在运移过程不断破碎和分散。浅部稳定隔水层的存在和泉水的出露,为源区物质提供持续的水源补给,最终形成流动性的泥石流。灾前流通区谷地横纵剖面复杂,局部存在小水塘和沟道被阻塞的情况,增加了泥石流的阵发性和破坏能力。现场残余堆积物和淤泥痕迹的空间分布特征表明,本次泥石流具有典型的栓流特征,表现出粘度极大的特点。拥堵导致泥石流淤高和规模持续扩大。持续增加的势能最终导致泥石流冲破谷地障碍继续流动。沿途侵蚀和堆积并存,不断重塑泥石流谷地。堆积区地形进一步展开,导致泥石流分散和堆积。位于堆积区谷地内的民宅受灾最为严重。此外,寒冷天气和夜半发震,以及群众对灾害性质缺乏认知等原因,也在一定程度上加剧了本次泥石流灾害的严重程度。针对黄河上游类似官亭盆地的中小盆地众多,地层结构、地貌水文条件相近,人居环境及人地关系也都相似,应结合本次灾害特点,有步骤分阶段地开展调查排查工作。在此基础上,针对已识别的高风险隐患点,定期开展巡查排查,加强重大灾害风险的预测预警。同时加强宣传和普及,提升公众对地震及链生灾害的科学认知水平。

      • 甘肃省地震灾害防御服务平台设计与实现

        孙艳萍, 陈文凯, 李大贵, 马宇鹏

        DOI:

        摘要:

        甘肃是我国少有的地震高烈度省份之一,近年来甘肃省地震灾害防御信息化建设取得了一些成绩和进展,但尚未建设市县级地震灾害防御业务技术系统,存在全省资源无法有效整合,数据信息服务程度低等问题。本文在甘肃省地震灾害风险普查工作基础上,构建集地震灾害危险性、承灾体、地震灾害风险评估等成果的展示、查询与服务为一体的省市县三级地震灾害防御服务平台,实现省-市-县三级数据互联互通和风险普查成果的统一汇聚与服务,利用网页、地图、统计图表等多种形式为全省地震灾害风险防治提供信息化服务,最大限度满足各级地震部门的业务需求,全面提升全省震害防治服务能力。

      • 2023年甘肃积石山Ms6.2地震对周围断层的应力影响及对余震的触发作用

        周明月, 万永革, 关兆萱, 靳志同

        DOI: 10.20000/j.1000-0844.20240101001

        摘要:

        2023年12月18日,中国甘肃省临夏州积石山县发生Ms6.2地震,地震位于拉脊山断裂带。为深度剖析本次地震对周围断层和后续地震的静态库仑破裂应力影响,本研究首先基于地震破裂模型参数和弹性半空间模型,计算甘肃积石山Ms6.2地震在周围主要断层上不同深度产生的静态库仑破裂应力变化,并评估这些应力变化对未来地震危险性的可能影响。结果显示,本次地震对青海南山—循化南山断裂、拉脊山北缘断裂和拉脊山南缘断裂部分区域的库仑破裂应力显著增加,青海南山—循化南山断裂东段的库仑破裂应力增加远超出静态应力触发阈值,达到了0.022 MPa,表现出潜在的较高地震危险性。其他断层也呈现出不同程度的库仑应力变化,拉脊山北缘断裂和拉脊山南缘断裂部分区域的应力卸载量达到了万帕,青海南山—循化南山断裂除东段外的其他分段和庄浪河断裂的应力卸载量达到了百帕。对不同震源深度下断层库仑破裂应力变化进行对比分析,发现深度变化对此次地震库仑破裂应力变化模式影响很大,但青海南山—循化南山断裂的库仑破裂应力增加仍十分显著。本研究为该地区未来地震可能性与危险性的评估提供了一定的参考。其次,本文计算了本次地震在较大余震断层面上的库仑破裂应力,结果表明,甘肃积石山Ms6.2地震在后续三次Ms≥4地震的断层面上产生的库仑破裂应力分别为0.024 MPa、0.033 MPa和0.034 MPa,均超过触发阈值(0.01 MPa),表明Ms6.2地震对这三次地震具有明显的触发作用。

      • 2023年甘肃积石山Ms6.2地震中川乡泥流成因及破坏性分析 白卓立

        白卓立

        DOI: 10.20000/j.1000-0844.20240110001

        摘要:

        2023 年12月18日23时59分,甘肃临夏州积石山县发生6.2级地震,诱发大量地质灾害。其中中川乡砂土液化泥流灾害造成了重大的经济损失与人员伤亡,亟需对其特征、成因、破坏性进行分析厘定。本文根据已有文献资料,利用获取的高精度、高分辨率数字成果DOM、DSM,借助影像解译、地面调查,对震后泥流灾害进行综合分析。结果表明:①易滑且饱水黄土在地震的震动载荷下土体内孔隙水压力迅速升高导致砂土液化,最终土层失稳破坏,导致台地边缘垮塌与地震滑坡,土水混合物在重力作用下,顺着高差沿沟谷、冲沟前进形成液化型滑坡-泥流灾害;②此次灾害现象并非泥流单一作用,而是砂土液化导致的泥流和砂涌同时存在,二者同时发生的概率很低,破坏性极大;③此次地震为典型的“小震、中震大灾”情况。相比其他相似成因液化滑坡灾害,其规模更大;相比其他相近震级地震,造成的破坏及伤亡更大。具有一定的特殊性与异常性。

      • 2023年积石山地震诱发金田-草滩村滑坡滑动过程与成因机理研究

        王 辽, 谢 虹, 蒲小武, 李智敏, 郭 晓, 姚赟胜

        DOI: 10.20000/j.1000-0844.20240113003

        摘要:

        北京时间2023年12月18日23时59分,甘肃省积石山县发生Ms6.2地震。该地震在青海省民和回族土族自治县中川乡草滩村引发了一次严重的滑坡-泥流灾害事件。本研究通过详细的地质调查、低空摄影测量技术、现场工程地质测绘以及含水率实验等手段,对该滑坡的基本特征、滑坡动态发展过程及其成灾原因进行了调查分析。研究结果显示,此次滑坡事件经历了分级和分块启动,随着不同块体的逐渐演变,共经历6个主要滑动阶段,呈现出渐退式的滑移特征。分析认为,滑坡的原因如下: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,滑坡体与地下涌出的泉水及水渠中不断的补给水混合,进一步加剧了滑坡-泥流灾害的形成。研究区域附近多分布类似的灌溉区,因此在未来地震发生时,对这类滑坡事件的预防与治理将成为重要的研究方向。

      • 翼缘连接板削弱型上焊下栓钢梁柱节点抗震性能有限元分析

        巴金璐, 董锦坤

        DOI: 10.20000/j.1000-0844.20231011001

        摘要:

        研究下翼缘板连接板削弱型钢梁柱“上焊下栓”节点抗震性能,为加短悬臂梁型钢梁柱节点的设计和工程应用提供参考。利用有限元软件ABAQUS,在数值模拟与试验结果吻合的基础上,分析下翼缘板连接板削弱长度、框架梁截面形状对上焊下栓钢梁柱节点抗震性能的影响。下翼缘板连接板削弱长度过短则无法起到塑性铰外移的作用,下翼缘板连接板削弱长度过长会导致严重的平面外屈曲。梁全截面削弱组的抗震性能优于半截面削弱组与无变化组。合理布置下翼缘板连接板削弱区长度与框架梁截面形状可以有效的提升“上焊下栓”钢梁柱节点的抗震性能。

      • 四川盆地典型地震灾区居民住房受损影响因素及特征分析

        彭巧巧, 孟祥瑞, 第宝锋, 曾雅婕, 骆晓龙, 胡顺忠

        DOI: 10.20000/j.1000-0844.20230309001

        摘要:

        2021年9月16日,四川泸县发生6.0级地震,导致泸县18个乡镇不同程度受灾。通过现场调查资料,定量统计分析灾区居民住房损坏情况,评估房屋结构、震中距离同居民住房损坏程度间的关系,并建立四川盆地典型地震灾区不同地震烈度下的居民住房易损性矩阵。在此基础上,比较此次地震与同震级下其他地震平均震害指数的差异,进而探讨研究区居民住房破坏程度的特征及原因,得出以下结论:(1)住房易损性由高到低为砖混结构、砖木及其他结构(土木、木、石砌结构 )、钢混结构;(2)泸县地震中90%的住房损坏出现在震中距6,600 m内的区域;(3)比较同震级两次地震发现,在盆地对居民住房造成的损坏比山地低1~2倍。研究结果对四川盆地及其他地震多发地区震后灾损快速评估、居民住房规划重建具有重要价值和科学参考依据。