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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