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第一篇 汶川地震发震的构造背景及动力学机制分析第一章 汶川地震发震的地质背景与地表破裂3

1.1 引言3

1.2 汶川地震产生的地质背景4

1.3 龙门山地区的活动构造与历史地震7

1.3.1 龙门山地区的活动构造7

1.3.2 龙门山地区的历史地震10

1.4 汶川地震的基本参数与震源机制解12

1.5 汶川地震的地表破裂16

1.5.1 映秀—北川断裂的地表破裂32

1.5.2 彭县—灌县断裂的地表破裂43

1.5.3 小鱼洞断裂的地表破裂48

1.5.4 擂鼓断裂的地表破裂55

1.6 地表破裂的类型和组合样式60

1.6.1 地表破裂的类型60

1.6.2 地表破裂的组合样式61

1.7 汶川地震所导致的构造缩短70

1.7.1 映秀—北川断裂的构造缩短70

1.7.2 彭县—灌县断裂的构造缩短70

1.8 汶川地震所导致的地表水平位移及垂直位移（隆升与沉降）71

1.8.1 基于InSAR技术获得的汶川地震位移71

1.8.2 根据双断层面震源模型反演的地形变化75

1.8.3 基于水准剖面的震前和震后对比显示的地形变化75

1.8.4 基于GPS监测的汶川地震同震水平位移76

1.9 汶川地震的破裂过程分析76

1.9.1 擦痕特征分析79

1.9.2 利用赤平投影求解断层主应力方位81

1.9.3 汶川地震地表破裂过程的探讨81

1.9.4 分析及讨论84

1.10 对汶川地震的发震模式与成因机制的讨论88

1.10.1 对汶川地震的构造运动学过程的讨论88

1.10.2 对汶川地震构造动力学机制的讨论88

1.11 存在的问题及其讨论91

1.11.1 汶川地震观测数据的积累与整合91

1.11.2 对龙门山活动断层分段性的讨论93

1.11.3 对龙门山地区的强地震是否存在周期性的讨论94

1.11.4 对地壳运动速率和地震级别之间相关性的讨论95

1.11.5 对地震组合与地震序列的讨论95

1.11.6 对地震带应力积聚与地震预报的讨论95

1.11.7 对单次地震与地震频率之间相关性的讨论95

1.11.8 对龙门山断裂模式的讨论96

1.11.9 对汶川地震地震模拟的讨论96

参考文献97

第二章 龙门山构造带深部地壳结构及强震动力学机制分析101

2.1 引言101

2.2 龙门山构造带深部地质结构研究101

2.2.1 P波速度层析成像101

2.2.2 S波速度层析成像108

2.2.3 Pn波速度及各向异性116

2.2.4 小结123

2.3 龙门山构造带组合形式、尾端转换型式及其动力学机制123

2.3.1 龙门山断裂系尾端转换型式的研究124

2.3.2 虹口乡八角庙地区断层擦痕的解析——块体的斜面斜抛运动127

2.3.3 青藏高原隆升及其对龙门山构造带的动力学约束的研究131

2.3.4 龙门山断裂系与东昆仑活动断裂的对比研究135

2.3.5 龙门山断裂带与青川断裂带构造体制差异的研究137

2.3.6 龙门山地震带南段晚新生代构造活动的起始时间的研究140

2.3.7 小结143

2.4 汶川地震及对青藏川滇块体边界断层稳定性影响的数值模拟144

2.4.1 数值模拟方法简介145

2.4.2 构造块体系统计算模型及位移速率场和应力场模拟147

2.4.3 研究区构造块体边界断层的失稳危险度分布150

2.4.4 应变率强度和应变能密度的分布特征152

2.4.5 昆仑山8.1级（2001）大震破裂过程数值模拟及其对汶川发震断层提前失稳的影响154

2.4.6 汶川大震破裂过程的数值模拟158

2.4.7 汶川大震对研究区各构造块体运动变形及边界断层上库仑破裂应力变化的影响160

2.5 结语162

参考文献163

第二篇 地震触发地质灾害的发育分布规律及发生机理第三章 地震地质灾害遥感应急调查方法研究171

3.1 引言171

3.1.1 灾情监测的主要遥感平台171

3.1.2 灾害监测的主要遥感技术手段171

3.1.3 遥感地震灾情监测的主要优点172

3.2 地震地质灾害遥感应急调查的特点与要求173

3.2.1 地震地质灾害遥感应急调查的特点173

3.2.2 地震地质灾害遥感应急调查的要求174

3.3 地震地质灾害遥感应急调查的技术路线与程序174

3.3.1 地震地质灾害遥感应急调查的技术路线174

3.3.2 地震地质灾害遥感应急调查的程序177

3.4 地震地质灾害遥感应急数据获取178

3.4.1 遥感数据特点178

3.4.2 遥感数据获取原则180

3.4.3 遥感数据获取方式181

3.5 地质灾害遥感应急调查数字处理技术182

3.5.1 地质灾害遥感应急数据处理难点182

3.5.2 航天遥感数据快速处理183

3.5.3 航空遥感数据快速处理185

3.5.4 影像地图快速制作192

3.6 地震地质灾害遥感应急调查195

3.6.1 地震地质灾害遥感应急调查方法195

3.6.2 滑坡应急调查196

3.6.3 崩塌应急调查196

3.6.4 泥石流应急调查197

3.6.5 堰塞湖应急调查197

3.7 结语198

参考文献202

第四章 汶川地震崩滑地质灾害发育规律及形成机理研究203

4.1 引言203

4.2 数据获取与遥感分析205

4.2.1 汶川地震应急救灾数据情况205

4.2.2 数据获取206

4.2.3 数据分析整合220

4.2.4 地震崩塌滑坡遥感解译221

4.3 汶川地震触发崩塌滑坡数量及其密度特征分析226

4.3.1 基础数据的获取与分析227

4.3.2 地震触发崩塌滑坡数量的统计分析227

4.3.3 地震触发崩塌滑坡密度分布的统计分析230

4.3.4 小结232

4.4 崩滑地质灾害发育分布规律分析233

4.4.1 沿断裂带呈“带状”分布和沿河流水系呈“线状”分布233

4.4.2 震中东北方向分布范围明显大于西南方向235

4.4.3 与地形、地层岩性的关系分析236

4.4.4 地震崩塌滑坡的断层效应分析238

4.4.5 崩滑地质灾害分布与烈度的关系245

4.5 汶川地震崩塌滑坡成因机理分析246

4.5.1 地震触发崩滑灾害的动力特征及成因机制分类246

4.5.2 典型斜坡破坏模式及动力过程分析249

4.6 结语255

参考文献257

第五章 强震触发斜坡失稳机理及动力过程研究260

5.1 引言260

5.2 研究区地质背景262

5.2.1 研究区地形地貌263

5.2.2 研究区地质及活动构造263

5.3 强震触发斜坡失稳的类型266

5.3.1 关于强震地区的定义266

5.3.2 强震触发斜坡失稳的类型267

5.4 强震触发斜坡失稳的影响因素分析268

5.4.1 强震触发滑坡与断层的关系268

5.4.2 强震触发滑坡与岩性的关系268

5.4.3 强震触发滑坡分布的地貌效应269

5.4.4 强震触发滑坡分布与地震烈度的关系270

5.4.5 强震触发滑坡分布与断层运动方式270

5.4.6 强震触发滑坡分布与边坡结构的关系271

5.5 强震触发斜坡失稳机理分析272

5.5.1 坡肩及变坡点PGA放大效应272

5.5.2 节理岩体剪胀效应275

5.5.3 结构面退化效应275

5.5.4 饱水松散体的液化效应278

5.5.5 发震断层运动的惯性效应278

5.5.6 弹性基床共振效应279

5.6 强震条件下斜坡运动的动力过程279

5.6.1 强震条件下斜坡运动过程阶段划分279

5.6.2 强震条件下考虑结构面退化的斜坡运动距离预测279

5.6.3 强震条件下斜坡运动距离的统计预测285

5.7 结语287

参考文献287

第六章 强震条件下斜坡崩滑机理的模拟试验研究292

6.1 引言292

6.2 岩体动力学问题求解294

6.2.1 动力学问题的有限单元法294

6.2.2 主应力、主应力方向与拉张破裂判据297

6.2.3 岩石拉张破裂判据297

6.2.4 拉张破坏的开裂准则298

6.3 强震触发复杂结构斜坡塌滑过程的实验研究298

6.3.1 实验方案298

6.3.2 实验环境301

6.3.3 试验原理302

6.3.4 实验结果分析303

6.4 强震作用下边坡拉张破裂有限元数值模拟319

6.4.1 地震波图319

6.4.2 斜坡模型、边界条件及材料参数319

6.4.3 斜坡地震过程中边帮拉张区域分析321

6.4.4 各监测点的位移、应力变化322

6.4.5 强震作用斜坡拉张破裂有限元模拟323

6.4.6 含多个弱面、不同坡角的斜坡拉张破裂有限元模拟326

6.5 结语339

参考文献340

第七章 P-S波时差耦合作用下斜坡崩滑效应与致灾预测研究342

7.1 引言342

7.2 地震触发的斜坡崩滑灾害主要类型及动力学特征研究343

7.2.1 地震控制构造组合机制分析343

7.2.2 强震触发斜坡崩滑灾害主要类型343

7.2.3 强震作用下斜坡崩滑体的基本特征347

7.2.4 地震作用力与斜坡崩滑方向关系分析348

7.2.5 斜坡体崩滑控制因素分析349

7.2.6 小结350

7.3 地震崩滑体破坏时力学特征值的空间变化规律研究350

7.3.1 斜坡体崩滑破坏的动三轴剪切试验研究351

7.3.2 斜坡体崩滑破坏的数值试验细观分析356

7.3.3 小结358

7.4 地震动力作用下斜坡体崩滑破坏的成灾机制及主控因素研究359

7.4.1 斜坡崩滑过程离散元数值模拟方案设计359

7.4.2 斜坡崩滑过程离散元模拟与分析364

7.4.3 小结418

7.5 结语418

参考文献419

第八章 强震触发滑坡运动过程的SPH模拟422

8.1 引言422

8.2 SPH基础算法研究423

8.2.1 SPH方法的核心问题423

8.2.2 流体动力学控制方程的SPH格式424

8.2.3 弹塑性力学控制方程的SPH格式425

8.3 SPH程序的实现429

8.3.1 二维SPH模拟程序429

8.3.2 三维SPH模拟程序430

8.4 SPH数值方法的验证与确认432

8.4.1 溃坝问题的数值模拟及验证432

8.4.2 腔内剪切流动问题的数值模拟及验证437

8.4.3 弹性体单剪试验的数值模拟及验证440

8.4.4 土体大变形非排水单剪试验的SPH数值模拟445

8.5 SPH数值方法的岩土流态化应用452

8.5.1 土体大变形流动的SPH数值模拟452

8.5.2 黏土材料坍落过程的SPH数值模拟457

8.5.3 滑坡概念性模型运动过程的SPH数值模拟462

8.6 SPH数值方法的实例应用465

8.6.1 唐家山滑坡运动过程的SPH数值模拟465

8.6.2 北川王家岩滑坡运动过程的SPH数值模拟469

8.6.3 青川东河口滑坡运动过程的SPH数值模拟474

8.7 结语483

参考文献485

第九章 强震条件下斜坡震裂机理与防治对策研究487

9.1 引言487

9.2 震裂山体分布特点及发育规律研究489

9.2.1 震裂山体分布特点研究489

9.2.2 震裂山体变形发育规律研究498

9.2.3 小结508

9.3 山体震裂变形振动模拟试验研究509

9.3.1 试验设备及技术参数509

9.3.2 试验材料及参数510

9.3.3 振动模拟试验方案设计511

9.3.4 试验量测技术及要求516

9.3.5 振动模拟试验过程及分析517

9.3.6 小结557

9.4 地震作用下边坡响应数值模拟分析研究560

9.4.1 时程分析法基本原理560

9.4.2 单面均质岩质边坡地震响应分析561

9.4.3 带状均质岩质边坡的地震响应分析577

9.4.4 覆盖层土质边坡的地震响应分析581

9.4.5 上下不同岩性组合带状边坡的地震响应分析597

9.4.6 小结599

9.5 震裂山体变形破坏机理及破坏模式综合分析601

9.5.1 地震对斜坡作用程度影响因素分析601

9.5.2 山体震裂变形破坏机理分析605

9.5.3 山体震裂变形破坏基本模式623

9.5.4 小结627

9.6 震裂山体危险性及防治对策研究627

9.6.1 震裂山体危险性分级评价627

9.6.2 山体震裂变形防治对策631

9.7 结语632

参考文献633

第三篇 地震堰塞湖、泥石流等次生地质灾害的风险评价及防治对策第十章 强震作用下斜坡稳定性的三维极限平衡分析639

10.1 引言639

10.2 三维边坡拟静力分析639

10.2.1 安全系数与三向地震的函数关系640

10.2.2 传统的拟静力分析方法642

10.2.3 对称滑面在三向地震作用下的稳定性分析643

10.2.4 非对称滑面在三向地震作用下的稳定性分析645

10.2.5 小结645

10.3 三维边坡地震滑移量估算646

10.3.1 三维边坡的Newmark滑块位移法646

10.3.2 三维边坡地震滑移量的估算647

10.3.3 小结648

10.4 滑带土体强度参数的三维反演648

10.4.1 反分析模型的建立649

10.4.2 算例分析650

10.4.3 小结651

10.5 三维滑裂面形状对安全系数的影响652

10.5.1 三维边坡安全系数迭代解法652

10.5.2 滑裂面的形状对安全系数的影响653

10.5.3 三维端部效应分析656

10.5.4 小结657

10.6 加固边坡动力响应及不同加固方式的比较657

10.6.1 计算模型657

10.6.2 地震作用下边坡动力响应658

10.6.3 加固效果比较与分析659

10.6.4 小结661

10.7 考虑地震随机性的土坡抗震可靠度分析662

10.7.1 基于Morgenstern-Price法和Monte-Carlo模拟的土坡可靠度分析662

10.7.2 地震系数的概率分布662

10.7.3 算例分析663

10.7.4 小结666

10.8 结语666

参考文献667

第十一章 北川唐家山滑坡堵江机制及溃坝效应研究669

11.1 引言669

11.2 唐家山区域（北川—禹里）基本地质条件674

11.2.1 地形地貌674

11.2.2 地层岩性674

11.2.3 地质构造675

11.2.4 水文地质条件675

11.2.5 物理地质现象676

11.3 唐家山堰塞湖库区（北川—禹里段）地震地质灾害触发效应676

11.3.1 北川—禹里段通口河岸坡结构类型及分布676

11.3.2 岸坡变形破坏特征及分段评价677

11.3.3 小结683

11.4 唐家山滑坡堵江机制及堰塞坝溃坝模式分析684

11.4.1 唐家山堰塞坝形成的地质环境条件684

11.4.2 堰塞坝形态特征及地质结构特点685

11.4.3 堰塞体物质组成及物理力学特性689

11.4.4 唐家山滑坡堵江机制分析693

11.4.5 唐家山堰塞坝稳定性及可能溃坝模式分析695

11.4.6 小结703

11.5 唐家山滑坡后壁残留山体震后稳定性研究704

11.5.1 唐家山滑坡后壁残留边坡变形破坏特征704

11.5.2 唐家山滑坡后壁残留边坡稳定性分析与评价706

11.5.3 唐家山滑坡后壁残留边坡稳定性的有限元分析712

11.5.4 小结715

11.6 唐家山堰塞湖库区其他次生地质灾害评价715

11.6.1 马铃岩滑坡地震复活效应及其稳定性研究715

11.6.2 唐家山堰塞坝部位“9.24”泥石流堵江及溃决模式分析725

参考文献736

第十二章 地震堰塞湖溃决风险分析与溃坝模式研究738

12.1 引言738

12.2 堰塞坝的抗冲蚀性能研究740

12.2.1 简述740

12.2.2 堰塞坝的漫顶溃决特征740

12.2.3 土体抗冲蚀性的力学描述743

12.2.4 土体抗冲蚀性常用的测定方法746

12.2.5 汶川地震红石河堰塞坝和礼拜寺堰塞坝抗冲蚀性的现场测定750

12.2.6 土体抗冲蚀性的工程分类761

12.2.7 小结764

12.3 红石河堰塞湖漫顶溃坝风险评估765

12.3.1 简述765

12.3.2 东河口滑坡简介765

12.3.3 红石河堰塞湖溃口处土体的力学参数766

12.3.4 红石河堰塞湖漫顶溃决风险及溃决时间的评估769

12.3.5 小结771

12.4 地震堰塞坝的渗透破坏研究771

12.4.1 简述771

12.4.2 堰塞坝常见的渗透破坏类型771

12.4.3 传统判别渗透破坏的准则774

12.4.4 堰塞坝渗透破坏的判定准则775

12.4.5 唐家山堰塞坝渗透破坏分析777

12.4.6 小结778

12.5 唐家山堰塞湖的溃坝风险分析778

12.5.1 简述778

12.5.2 溃口参数779

12.5.3 洪水演进模拟781

12.5.4 唐家山堰塞湖溃决损失估算782

12.5.5 小结785

12.6 结语785

参考文献786

第十三章 堰塞湖坝体稳定性模型试验及数值模拟研究791

13.1 引言791

13.2 现场考察及室内土工试验792

13.2.1 现场考察及堰塞坝分类792

13.2.2 室内土工试验792

13.3 堰塞坝体稳定性模型试验794

13.3.1 模型试验相似原理794

13.3.2 模型试验一794

13.3.3 模型试验二796

13.3.4 模型试验三797

13.3.5 模型试验四799

13.3.6 模型试验结果分析808

13.4 堰塞坝稳定性数值模拟809

13.4.1 堰塞坝数值计算模型809

13.4.2 水位上升对堰塞湖坝体稳定性的影响811

13.4.3 堰塞湖坝体稳定性影响因素分析812

13.4.4 余震对堰塞湖坝体稳定性的影响818

13.5 结语823

参考文献824

第十四章 震后暴雨泥石流灾害活动特征与预测826

14.1 引言826

14.2 汶川震区北川9.24暴雨泥石流活动特征827

14.2.1 北川县城区地质环境条件828

14.2.2 泥石流暴发的雨量临界条件829

14.2.3 区域泥石流灾害分布规律831

14.2.4 震后泥石流源地的物源变化动态分析831

14.2.5 泥石流形成过程分析834

14.2.6 泥石流运动与堆积特征836

14.3 震后岷江上游泥石流活动特征与趋势分析838

14.3.1 岷江上游典型泥石流沟特点838

14.3.2 地震对泥石流暴发的影响840

14.3.3 地震对泥石流活动趋势的影响843

14.3.4 讨论845

14.3.5 小结847

14.4 高陡斜坡堆积体稳定性的实验研究847

14.4.1 实验装置和实验过程849

14.4.2 硬岩地区堆积体稳定性实验852

14.4.3 软岩地区堆积体稳定性实验856

14.4.4 讨论860

14.4.5 小结860

14.5 汶川震区暴雨泥石流危险范围预测861

14.5.1 简述861

14.5.2 数据获取862

14.5.3 强震区泥石流危险范围预测模型构建866

14.5.4 模型验证与应用866

14.5.5 小结867

参考文献867

第四篇 震后地质环境评价及震毁城镇选址第十五章 震后重建区地质环境适宜性及地质灾害危险性应急评价研究873

15.1 引言873

15.2 国内外研究现状873

15.3 灾后重建地质环境适宜性应急评价875

15.3.1 数据准备及处理875

15.3.2 应急评价指标体系875

15.3.3 评价模型877

15.3.4 GIS评价实现程序877

15.3.5 评价结果878

15.4 灾后重建建设用地地质灾害危险性（易发性）应急评价888

15.4.1 数据准备及处理888

15.4.2 评价指标体系888

15.4.3 危险性指标量化统计模型890

15.4.4 易发性指标权重890

15.4.5 评价模型891

15.4.6 GIS评价实现程序892

15.4.7 评价结果892

15.5 结语901

参考文献901

第十六章 “5.12”汶川大地震损毁城镇重建选址的原则与实践903

16.1 引言903

16.2 损毁城镇的震害效应903

16.2.1 地震断层效应903

16.2.2 场地及地基震害效应905

16.2.3 地形振动放大效应907

16.2.4 地质灾害效应908

16.3 地震损毁城镇重建选址的基本原则909

16.4 地震损毁城镇重建选址的典型实例909

16.4.1 北川县城909

16.4.2 青川县城（乔庄镇）915

16.4.3 青川县木鱼镇926

16.4.4 青川县关庄镇931

16.4.5 安县、绵竹市、什邡市、彭州市及崇州市等主要乡镇934

16.5 结语943

参考文献944