2023年2月6日土耳其7.8级地震液化震害宏观特征初探.pdf

第 卷 第 期 年 月世 界 地 震 工 程 .收稿日期:修回日期:基金项目:中国地震局工程力学研究所基本科研业务费()黑龙江省自然科学基金资助项目()作者简介:汪云龙()博士副研究员主要从事岩土地震工程、土工测试及地质勘查等方面的研究:.通信作者:马佳钧()博士研究生主要从事岩土地震工程、土工试验技术等方面的研究:.文章编号:():./.年 月 日土耳其.级地震液化震害宏观特征初探汪云龙马佳钧王维铭陈龙伟袁晓铭(.中国地震局工程力学研究所 地震工程与工程振动重点实验室黑龙江 哈尔滨 .地震灾害防治应急管理部重点实验室黑龙江 哈尔滨 .黑龙江工程学院 土木与建筑工程学院黑龙江 哈尔滨)摘 要:地震液化是工程场地在地震中面临的主要威胁为从液化研究角度探查 年 月 日土耳其.级地震局部震害特点本文借助地理信息系统()技术应用宏观液化等级和宏观液化指数的评估方法通过对此次地震的液化震害调查影像资料分析阐释了此次地震中场地液化及其震害的主要宏观特征 研究表明:场地液化是此次地震的主要震害之一除地表破裂外液化引发不均匀震陷造成建筑物倾倒液化激励地震动为.主要集中于.以下按修订的麦卡利烈度()表划分液化点分布于 度区而按我国仪器烈度标准则液化点分布于 度区域液化宏观指数与以上两种烈度评定方法的关系在趋势上存在较大差异关键词:震害调查场地液化液化震害宏观液化等级宏观液化指数中图分类号:文献标识码:.(.):.().().世 界 地 震 工 程第 卷:引言 年的汶川地震、年新西兰地震及 年印度尼西亚苏拉威西岛地震等近期大地震引发的土壤液化震害被广泛报道经震害调查发现并在后续深入研究中确认的砾性土液化、深层土液化及液化诱发大规模流滑等新液化现象与灾害使得场地液化在地震中的附加破坏作用再次引起研究者的重视 震害调查是液化研究的基础性工作获取某次地震下液化震害的宏观特征在研究中的作用得到凸显 年 月 日在土耳其卡赫拉曼马拉斯帕扎尔克发生了.级地震震源深度.发生于东安纳托利亚断层区 该断层带长约 位于卡尔洛瓦和哈塔伊之间呈东北走向的左侧冲击滑动断层系统 此次震源机制为左旋走滑型破裂始于南部较小的(土耳其语无标准翻译)断层并向北跳跃使(土耳其语无标准翻译)断层段向东北方向破裂(土耳其语无标准翻译)段向西南方向破裂 卡赫拉曼马拉斯至哈塔伊一线是此次地震的主要受灾地区该区域是典型的地中海气候降水充沛地下水位较高第四系沉积丰富并多有湖河水系分布是土耳其国家棉花、烟草、橄榄与水果等主要经济作用产区 从地震动条件和场地条件分析该区域皆存在较大的地震液化风险美国地质勘探局()对该区域的液化发生风险进行了先验评估大量的场地液化现象在前期应急震害调查中被发现由于目前不具备详细勘察条件研究以宏观特征为主 土耳其是我国“一带一路”战略沿线国家中的重要区域大国双方在安全和经济领域广泛联系在中国工程建设走出去的背景下中国抗震规范与方法的国际接轨显得尤为重要 此次地震的液化震害宏观特征调查及后续详细勘察调查工作将为我国液化防治方法的进一步完善和国际化推广构建事实基础宏观液化等级与宏观液化指数的评估方法由王维铭基于历史地震特别是 年汶川地震的液化调查结果提出是基于宏观震害现象评估液化发生情况与危害程度的定量化方法 在地震动特征相对明确的情况下结合宏观液化指数方法能有效的表达液化震害的宏观分布特征 本文基于此方法与 技术对液化震害的区域分布及其与地震动关系等宏观特征开展研究液化点的分布特征针对液化的震后调查共发现 个液化点将液化点与地震动峰值加速度()等值线、烈度等值线及中国规范仪器烈度等值线绘制于图 其中 等值线与 烈度等值线数据由 提供中国规范仪器烈度由中国地震局工程力学研究所强震动观测中心提供基础数据图 地震液化点与地震动强度特征关系.第 期汪云龙等:年 月 日土耳其.级地震液化震害宏观特征初探从图 可见:液化点的分布与 烈度等值线及 等值线的主轴方向具有高相关性基本沿破裂带走向分布分布区域与震中基本呈对称但液化点多集中于南部 从烈度角度液化点主要位于 烈度的()()度之间小于()度的地区未见明显的液化现象发生而液化点附近的仪器烈度则从()度到()度都有分布 从地震动强度角度液化点分布于.以上的区域少数达到.以上没有低于.的分布 这与我国抗震设计规范关于地震液化的设防基本烈度要求大致相当 等根据日本发生的 次地震及液化现象总结了液化场地的最大震中距满足公式():.()式中:地震液化场地的最大震中距离用 表示单位 为里氏震级 在我国该方法也经过了 年海城地震、年唐山地震至 年玛多地震的液化点分布特征的验证 由式()可得:此次地震液化场的震中距上限约为 实际计算此次地震陆地液化点的距震中最远距离(伊斯肯德伦港)约为 在该方程范围内从以上分析可知:此次地震中液化现象发展的地震动激励特征无论从烈度分布、震动强度及空间分布方面都没有超出以往的认知但液化点及附近区域的 烈度与仪器烈度评估范围存在较大差异这与以往对仪器烈度与烈度的关系的认识不相吻合宏观液化等级与指数方法对液化震害的评估.宏观液化等级与指数宏观液化等级主要依据地震液化所造成的场地地表破坏情况对液化程度分为六个级别其中:级为无液化现象 级为非常严重 宏观液化指数是根据“宏观”现象即地震后现场调查中场地的液化情况对液化震害程度进行定量描述以 表示严重液化 表示无液化一定范围的宏观液化指数对应一定的宏观液化级别 这一等级与指数规则可以直观、快捷的评定震后场地液化的情况作为液化程度初步评判的标准为液化震害程度评估提高提出定量的依据 具体的宏观液化等级及其指数见表 表 宏观液化指数及等级划分标准 宏观液化等级液化程度指数范围宏观液化现象液化引起的结构破坏 级无场地无任何喷水冒砂迹象 非常轻微.干硬地表无喷水冒砂现象水田、河边、洼地有零星喷砂现象建筑物完好墙体裂缝不超过 不加修理可继续使用地基没有明显沉降轻微.地表轻微喷冒地表出现不大于 的裂缝危害性很小墙体裂缝不超过 建筑物轻微破坏地基沉降小于 需要进行维护中等.地表中等喷冒地表裂缝大于 小于 多处出现直径小于 的陷坑危害性较大造成地基不均匀沉降大于 不超过 墙体出现不大于 的裂缝建筑物中等破坏需要进行维修严重.地表严重喷冒地表裂缝大于 小于 多处出现直径大于 的陷坑危害性大地基不均匀沉降 墙体严重开裂宽度大于 高重心结构产生不容许的倾斜建筑物严重破坏必须经过大修方能正常使用非常严重.大范围液化引起地表形态变化喷水成湖塘大面积喷砂液化引起局部区域烈度强烈异常 所在区域结构和基础设施大多丧失使用功能需重建应用表 的划分标准对 年的汶川地震和 年玛多地震的总体和典型液化震害进行宏观液化等级与宏观液化指数评估如图 所示 一方面对表 的划分标准进行定性的展示另一方面通过以往研究的对比深化对后续分析此次土耳其地震的液化宏观特征的认识.此次液化点宏观液化等级及宏观液化指数此次地震中液化点发生了喷水冒砂、地裂缝和地表沉陷等典型的宏观液化现象造成了结构物倾倒、破坏及港口区场地侧向位移等工程与结构破坏 相关调查为宏观液化等级及液化指数的评定提供了丰富的基础资料是应用宏观液化等级与指数评估液化震害的有效平台 以液化引起工程结构破坏较为典型的位于伊斯肯德伦港某一住宅区为例见图 阐明本文实际应用宏观液化等级与指数方法的具体标准世 界 地 震 工 程第 卷()汶川地震:总体宏观液化等级 总体宏观液化指数.典型液化震害德阳市板桥中学宏观液化等级 级宏观液化指数.()玛多地震:总体宏观液化等级 总体宏观液化指数.典型液化震害野马滩大桥宏观液化等级 级宏观液化指数.图 历史地震液化震害的宏观液化等级与宏观液化指数评估.图 伊斯肯德伦港某一住宅的宏观液化现象与工程破坏.伊斯肯德伦港位于土耳其的东南部濒临地中海的东北侧距离帕扎尔克震中约 处于 烈度的度区但港口部分场地发生较为显著的侧向位移由液化引起 如图 所示该房屋位于港口生活区房屋基础约有 沉降地面有喷砂冒水路面砖发生隆起砂层覆盖厚度约 左右面积约 并有 左右裂缝产生 根据表 所示的宏观液化等级与指数的评定标准该处液化点的宏观液化等级可划分为级其液化程度为中等宏观液化指数为.其他液化点的宏观液化等级与指数评估结果见表 表 液化点处基本特征 编号经度()纬度()液化现象宏观液化等级宏观液化指数 值/烈度值仪器烈度值.喷砂冒水.喷砂冒水.喷砂冒水.喷砂冒水.喷砂冒水.喷砂冒水.喷砂冒水.喷砂冒水.喷砂冒水.侧向裂缝.侧向裂缝.侧向裂缝.侧向裂缝.地面沉降.过度沉降.过度沉降.过度沉降.地表变形.第 期汪云龙等:年 月 日土耳其.级地震液化震害宏观特征初探液化震害的宏观分布特征分析如图 所示调查的液化点位于 等值线、烈度等值线及个别仪器烈度数据点附近不完全重合 为获取液化调查点以上数据的定量化评价引入克里金插值方法 一方面该方法是 数据获得 和 等值线等数据的主要地质统计格网化方法另一方面以往研究表明该方法较有效的解决了地质数据统计中的误差估算问题和平均值数据点的数目计算等问题克里金插值方法的区域性变量理论假设任何变量的空间变化都可以表示为下述三个主要成分的和:)与恒定均值或趋势有关的结构性成分)与空间变化有关的随机变量即区域性变量)与空间无关的随机噪声项或剩余误差项 该方法目前已在 等软件中形成通用化分析模块 考虑到 值、烈度值及仪器烈度值等被描述对象的随机性和一定范围内呈现出的某种相关性采用克里金插值法利用已有的区域化变量原始数据和变异函数的结构特点对液化点处的区域化变量的取值进行线性无偏和最优估计通过 平台的空间分析模块中克里金插值法得到液化点对应的 值、烈度值及仪器烈度值等参数将其列于表 这些地震动强度表征参数与宏观液化指数的关系见图 图 宏观液化指数与典型地震动强度指标关系.由表 可见:在宏观液化指数与 的关系中出现了 较大但宏观液化指数较小的情况比如震中附近的埃米罗格卢(表 内编号)尽管其 达到了约.但场地的宏观液化现象仅表现为小范围的喷砂冒水及小规模的地裂缝宏观液化指数仅为.甚至小于 以外的伊斯肯德伦港的港口区与生活区 距离震中约 的雅乌兹谢里姆(表 内编号)约为.但发生了液化引起剧烈不均匀震陷及建筑结构的整体倾覆宏观液化指数定为.从图 可见:这种 与宏观液化指数即宏观液化震害的不一致性并不是孤例存在而是体现出一定的统计规律 液化是内外因共同作用的结果场地的震动强度更多体现外因的作用而场地或基础结构体系本身对液化的抗力则体现内因 以上 与宏观液化指数的非相关性即反映了震区局部场地对液化抗力的差异性并且是控制此次地震液化震害情况的主要因素也是后续详细勘察考察的重点区域 由于 烈度确定时要参考 分布所以图 可见:宏观液化指数与 烈度值的关系和宏观液化指数与 的关系基本相同但仪器烈度方面则反映出与宏观液化指数正相关的特征 这是因为在仪器烈度的评估中考虑 与地震动峰值速度()两类参数即考虑了震动场地的频率特征而液化对震动具有低频放大功能因此即使宏观液化指数未与烈度表现明显的相关性但与仪器烈度的正相关性却比较显著 从此可见:在校正烈度与仪器烈度关系的研究中与实践中液化场地的存在是应该考虑的问题之一结论使用 技术与宏观液化等级与指数的评估方法对 年 月 日的土耳其.级地震的液化震害调查影像资料进行分析得出以下结论:)液化是此次地震的主要震害之一造成喷水冒砂、地裂缝和地表沉陷等典型的宏观液化现象并造成了结构物倾倒、破坏及港口区场地侧向位移等工程与结构破坏 液化点的空间分布与烈度圈的主轴基本重世 界 地 震 工 程第 卷合 所有液化点的激励地震动大于.)应用宏观液化等级与液化指数的方法对液化震害进行了定量分析 统计分析表明宏观液化指数与地震动强度参数相关性较小反映出场地条件等内因是此次地震液化宏观现象与震害的主控因素)烈度及仪器烈度与宏观液化指数的关系表现出不同的发展趋势且 烈度液化点分布于 度区而按仪器烈度液化点分布于 度区这反映出液化场地对仪器烈度校正的影响致谢:中国地震局工程力学研究所强震动观测中心为该研究提供数据支持参考文献:.():.():.:.():.曹振中 刘荟达 袁晓铭.砾性土液化特性与机理.岩土工程学报 ():.():.()袁晓铭 曹振中.汶川大地震液化的特点及带来的新问题.世界地震工程 ():.():.().():././.:/./王维铭.场地液化特征研究及液化影响因素评价.哈尔滨:中国地震局工程力学研究所.:.()/中国地震烈度表.北京:中国标准出版社./.:.().():.王克鲁 盛学斌 蔡灵铎 等.唐山地震时不同烈度区液化砂土的特征及其液化判别.地震地质 ():.():.()王小令.基于 的黑龙江省设计地震动参数查询系统.哈尔滨:中国地震局工程力学研究所.:.()李俊晓 李朝奎 殷智慧.基于 的克里金插值方法及其应用.测绘通报():.():.()李莉 胡建平.克里金插值算法在等高线绘制中的应用.天津城市建设学院学报 ():.():.()孙锐 袁晓铭.液化土层地震动特征分析.岩土工程学报 ():.():.()