2016年11月25日新疆阿克陶县木吉乡发生Ms6. 7地震,发震构造为公格尔山拉张系北端的木吉断裂,断裂总长度超过100km,以右旋走滑为主兼有一定的拉张分量。文章在对震区进行了初步的地震地质灾害调查,总结砂土液化和地裂缝在高原季节性冻土地区的分布及发育特点的基础上,发现:1)在研究区Ⅰ维日麻村的砂土液化主要沿原有泉眼或沿地裂缝发育,沿泉眼形成的砂土液化其喷砂锥的覆盖面积达36.1m2,占总液化面积的60%,研究区Ⅱ布拉克村的砂土液化则主要是沿草甸的根系喷出,在地表形成大面积的最新涌水结冻特征;2)对研究区Ⅱ布拉克村地裂缝的深度进行统计,反演出区域冻土层厚度,结合探槽揭露的地层剖面,推断冻土层发生大面积地裂缝是因为地震引起冻土层下部融土层发生砂土液化导致土层变形失稳,从而使冻土层发生形变产生一系列规律性的地裂缝。

基于冻土–结构动力相互作用体系的振动台试验,利用自行研制的室内冻土冻结系统,再现了地震激励下,冻土场地中上部结构和地基的震害现象以及砂质粉土的液化现象。研究地震作用下,不同冻结深度的冻土场地的地震响应及其对上部结构的地震响应的影响规律。另外,利用非线性有限元软件建立了考虑冻土对温度的依存性及地基液化引起的等效剪切刚度变化的非线性计算模型,为后续的计算分析奠定了基础。分析表明,地表的地震响应由于土体非线化进展,随着输入地震波倍率的增大而变小,峰值频率变小。上部结构和地基的相互作用明显,地表面的增幅随着冻结深度的增加而降低,上部结构的地震响应和峰值频率变大。此可为季冻区冻土–结构动力相互作用研究提供参考。

利用振动台进行了在地震激励下冻土、可液化砂土与钢管桩之间的相互作用模拟试验研究.试验设计柔性模型箱装填土体以模拟边界影响,通过配比试验制备混凝土砂浆模拟上覆冻土层,采用饱和砂土作为液化土,利用顶部附加集中质量的方法模拟钢管桩的惯性荷载.试验过程中选取调幅地震波模拟地震激励,通过实时测量桩的应变、桩/冻土位移和砂土内的孔隙水压力等方面的数据,分析冻土层覆盖下砂土的液化情况和与之对应的桩基动力反应情况.试验结果显示:在地基液化发生前,冻土层可以给桩基提供一定的侧向约束,有利于提高其承载力并抑制其侧向变形;然而一旦出现液化,冻土层则可能增强地基液化的趋势,导致桩基承载性能下降.

地基土地震液化诱发的侧向扩展可导致桩基侧移过大甚至失效破坏,但如果场地存在冻土层,情况则变得复杂。通过试验研究了在地震作用下冻土、液化土和单桩三者之间的相互作用,分析了由于存在冻土层这一因素对地基液化和桩基承载性能的影响。试验中土体盛放在一个柔性模型箱当中,分为上下两层:下层为饱和砂土,上层为模拟冻土层。模拟的钢管桩嵌入土体之中,上部设有附加集中质量。测试过程中选取不同等级的调幅地震波对装置进行激励加载,分别观测桩身应变、桩与冻土层位移以及砂土内的孔隙水压力等参数。试验结果显示:地基土液化时,冻土层限制孔隙水排出而致使地基液化程度急剧发展,从而导致桩基的侧向变形快速增长;随着地震激励的增强,冻土层与桩体接触部位可能因挤压出现局部破损,导致二者分离;冻土层端面处桩体变形存在突变,此处桩体易于失效。