黄土场地震陷的灾害特征及成因研究综述

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1、黄土场地震陷的灾害特征及成因研究综述摘要：基于文献史料记载和现场科考成果，考证了黄土地区几次中强以上地震引发的黄土震陷灾害，分析了黄土震陷灾害的破坏模式、发育特征及其形成条件。依据大量不同地区黄土的动三轴试验结果，比较分析了黄土震陷形成的物性指标的区域性变化规律，并进一步研究了震陷临界动应力的影响因素。研究显示，黄土地区的几次中强以上地震的极震区均有黄土震陷事例；黄土震陷的灾害模式可区分为振密型震陷、震陷型滑坡和液化型震陷，并由土性条件、地形地貌和地震动作用形式决定；孔隙比大于0.8时，黄土高原地区的黄土需要考虑不同含水量条件下的震陷性，而黄土

2、高原地区东南部的河南、河北和晋东南地区的黄土则可根据缩限含水量判定其震陷性；临界动应力的大小由黄土的结构强度所主导，临界动应力比与含水量之间存在很好的幂函数关系。关键词：场地震害；黄土震陷；历史地震；物性指标；临界动应力中图分类号：P315.9文献标识码：A文章编号：1000-0666(2016)04-0692-110引言场地震陷灾害是岩土地震工程研究领域的一项重要课题。根据场地土类及其震陷形成机理的不同，场地震陷可区分为砂土和粉土液化、干砂震密、软土和黄土震陷。其中，砂、粉土液化最早为人们所熟识，于1964年新泻地震和阿拉斯加地震后受到地震科

3、研和工程技术人员的广泛关注，同时期我国1966年邢台地震、1975年海城地震和1976年唐山地震中出现的大量液化破坏事例对我国的砂、粉土液化问题研究也起到了极大的推动作用(Seedetal,2001；王刚，张建民，2007a)。然而，早期的砂、粉土液化问题较多关注液化势的判别方法研究，而对其引发的场地沉降量估算涉及不多。近年来，随着性态抗震设计概念的提出，液化大变形研究和液化后的本构关系研究逐渐得到重视(刘汉龙等，2002；王刚等，2005,2007b；周云东，2003；Menesesetal,1998)。但是，目前对于液化大变形的力学机制问题

4、仍存在不同观点，相应地，液化大变形的计算方法也就区分为震害经验法、基于固体力学的数值分析法和基于流体力学的数值分析法。干砂震密现象在1971年圣费尔南多地震和1994年诺思里奇地震中均有发现，尤其是在诺思里奇地震中有超过2000处的边坡填土场地产生了严重的干砂震陷现象(Pradel，1998；Stewartetal，1995)OSilver和Seed(1971),Seed和Silver(1972)最早基于大量动单剪试验数据提出了干砂震陷量的估算方法，陈青生等(2013)、Chen(2009)、Ghayoomi(2004)、Ramadan(200

5、7)、Stewart和Whang(2003)也开展了类似的研究工作。其中，以Silver和Seed等(1971，1972）提出的砂土震陷方法在工程实践中应用最为广泛，其它研究多是在此基础上进一步考虑了砂土组成成分、多维地震动和随机地震荷载特性等因素的影响。软土震陷在历次大地震中也均有报道（安徽省地震局，1996；刘恢先，1985），刘汉龙（1994）、王建华等（1993）、郁寿松和石兆吉（1989）,袁晓铭等（2004）和张向东等（2014）针对软土震陷机理、影响因素分析和震陷量估算等方面开展了大量研究工作。针对软土震陷问题，尽管已在上述几个方

6、面取得了一定的进展，但目前所提出的大量软土震陷估算模型仍属于经验性公式，普遍存在公式繁琐、参变量多和应用性差等缺点。相对于近代几次破坏性大地震中砂土液化、干砂和软土震陷灾害在地震工程界所引起的受重视程度，黄土震陷问题在首次提出时因缺少实际震例而并未引起足够重视，从而使得相关研究也相对滞后（王强等，2012）。近年来，随着我国西部大开发战略的加速实施，加之中西部黄土地区的强震多发背景，大量专家学者与工程技术人员已逐渐意识到了黄土地震灾害的潜在威胁和巨大危害（王兰民等，2001a）。目前，黄土场地震陷灾害研究已由早期所关注的成因机制、震陷性判定和震

7、陷量估算等问题逐步转移到实际工程场地震陷灾害的评价预测及防治技术理论之上，并取得了一些具有理论意义和应用价值的科研成果。在震陷性判定方面，张振中（1999）和王兰民（2003b）针对新黄土提出的根据孔隙比、含水量、剪切波速和相对密实度等指标判定黄土震陷性的技术标准现已纳入地方性抗震设计规范。在场地震陷量估算方面，现有的震陷系数估算公式仍存在计算繁琐、涉及参变量过多和适用性差等问题（王兰民，张振中，1993；邓津等，2007；陈永明等，2003；孙军杰等，2012），仍以采用室内动三轴试验获取震陷系数的评价方法最为直接可信。在抗震陷处理技术方面，

8、王兰民等（2001b，2003a）借鉴湿陷性黄土地基处理技术研究了强夯法、挤密桩法和化学灌浆法等手段在改善黄土抗震陷性方面的效果，并提出了相应的黄土抗