高烈度黄土地区跨地裂缝结构的破坏机理与控制方法

熊仲明，教授，博士生导师。曾参与实施了湿陷性黄土地区，多、高层以及超高层框架、框架剪力墙、筒体结构现场测试工作，是隔震房屋 1/4 模型及跨越地裂缝结构振动台试验的主要实施者。同时主持参与了一些实际复杂工程结构的应用探索研究，如西安建筑科技大学新建西大门跨越地裂缝结构的分析与施工，西安建筑科技大学 46m 跨轻钢结构屋盖的体育训练馆设计，对一些实际复杂工程的动力特性及其在地震作用下的动力反应规律和破坏模式具有比较全面的认识，负责完成了中国驻美大使馆重建工程，具有较丰富的理论和工程实践经验，是中国汉办在海外建造100 所标志性建筑专家组成员，主持国家自然基金和省部级基金6项，获得省部级二等奖一项。 在《土木工程学报》、《建筑结构学报》、《工程力学》、《振动与冲击》、《应用力学学报》、《建筑结构》、《世界地震工程》、《工业建筑》、《西安建筑科技大学学报》等发表学术论文50多篇，出版教材及专著8部。2100433B

地裂缝对工程结构的安全性影响巨大。在高烈度地裂缝的地区，若仍采用空间避让原则，势必浪费有限的土地资源，制约城市建设与经济发展。本书结合国家自然基金面上项目完成的成果，以现代动力学、实验力学、断裂力学等学科的基本理论为基础，采用理论分析、数值模拟及试验研究相结合的方法，通过对黄土地区跨越活动性较弱或趋于稳定的且无法避让的地裂缝结构进行受力性能、地震损伤破坏机理及其控制理论研究，建立了地震引发地裂缝扩展的能量释放力学模型；研究了地裂缝环境下结构地震损伤全过程的精细化建模与实施其数值模拟的方法，同时，针对黄土地区土质和土层的独特特性，进行了黄土地区高层建筑土-结构共同作用数值模拟及地震反应研究，找出了黄土地区建筑结构倒塌机制与设计参数间的关系；通过地裂缝环境下建筑结构的振动台模型试验，探讨了受控结构的局部破坏与整体失效以及它们之间的相互耦合关系；提出了黄土地区跨越地裂缝结构动力灾变行为的评估方法和防治对策 。

地震烈度同地震震级有严格的区别，不可互相混淆。震级代表地震本身的大小强弱，它由震源发出的地震波能量来决定，对于同一次地震只应有一个数值。烈度在同一次地震中是因地而异的，它受着当地各种自然和人为条件的影响。对震级相同的地震来说，如果震源越浅，震中距越短，则烈度一般就越高。同样，当地的地质构造是否稳定，土壤结构是否坚实，房屋和其他构筑物是否坚固耐震，对于当地的烈度高或低有着直接的关系。

岩爆是高地应力环境下，岩体突发脆性破坏的一种灾害性表现形式。在我国西南、西北的铁路隧道、公路隧道、水利水电工程引水隧洞或地下厂房等工程中，都曾不同程度的遇到过这种灾害。岩爆烈度是指岩爆破坏时的强烈程度。岩石结构特征是影响岩爆烈度的最本质因素。岩体则是指在一定的地质条件下，含有诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面的复杂地质体。岩体与岩石的根本区别在于岩体存在各种不同成因的结构面，岩体结构特征也就由岩石结构特征和结构面特征共同决定。在岩爆发生地段，岩体完整性好，结构面不发育，因此研究岩爆地段的岩体结构特征一般可只考虑岩石的结构特征。岩石结构特征包括颗粒的基本特征和岩石中的空隙特征。颗粒的基本特征指颗粒的大小、形状、颗粒的排列和颗粒间的连接。从工程地质观点来看，颗粒的排列和颗粒间的连接对岩爆的烈度影响最大。 因此， 岩石的结构不同决定了岩爆烈度的不同。发生岩爆的岩性种类繁杂，从成因上可归为三类：第一类是深成岩浆岩，包括花岗岩，花岗闪长岩，闪长岩等；第二类是沉积岩，包括灰岩、白云岩等；第三类是变质岩，包括混合花岗岩、花岗片麻岩、片麻岩、石英岩、大理岩及糜棱岩等。在不同岩性中发生的岩爆，其弹射现象各不相同，但大致有这样一个规律：在深成岩浆岩或片理片麻理不发育的变质岩中发生的岩爆烈度大，岩片弹射能力强，并伴有巨大的声响；而在沉积岩或片理片麻理发育的变质岩中发生的岩爆，其烈度较小，岩片呈劈裂或剥落形式，发出的声响沉闷。在上述各类岩石中，大部分岩石的颗粒排列方向是随机的，但有的岩石在成岩过程或后期改造作用下，可以使颗粒产生定向排列。这种定向排列在变质岩中是最常见的，如片麻岩、花岗片麻岩、糜棱岩、角闪片麻岩等。具有这种定向排列的岩石在受力作用时，在颗粒定向排列的方向上最容易产生应力集中，该方向上的微裂纹最容易扩展或产生沿粒间的滑动。因此，当这类岩石发生岩爆时，由于集聚的弹性应变能不多，不易产生弹射现象，多数情况下沿颗粒定向方向产生劈裂或剥落 。2100433B