来自诱导地震性的土壤疲劳

摘要

诱发地震活动及其对土木工程系统的影响还没有被完全理解，也很少被研究。一个尚不为人所知的特定领域是土壤疲劳，它包括诸如了解地下的自然条件以及在短时间脉冲载荷下的操作参数等因素。随着地诱发地震活动的增加，在地震荷载作用下，土体疲劳对结构的影响越来越大。这些结构的基础会受到冲击荷载的影响，并最终导致破坏。由于缺乏定量数据，这些土木工程系统的可靠性面临风险，因为它们没有得到充分评估，以确定它们是否在其设计支持的环境中正常运行。

1.介绍

在发生故障之前发生土壤疲劳，这使得难以定义，因为基于系统可以维持的可接受的风险程度确定。确定失败的因素通常基于难以量化的社会福利和/或经济判断[1.］.出于本文的目的，土壤疲劳可以定义为材料可以忍受给定数量的循环的应变的大小，直到土壤开始削弱的最大应变点。类似于其他工程结构桥梁的疲劳，道路，金属等，它进一步定义为随着时间的推移而失去的强度，而不会发生灾难性的失败。然而，如果由于施加的冲击载荷量增加而不会产生，因此这种疲劳最终可能导致失败。

地理工程所诱导的地震性的增加为几个土木工程系统（如水坝和堤坝）创造了担忧。迄今为止，对诱导地震性的影响的研究罕见的是稀有的结论，具有显着的研究成因诱导的地震性因果关系。然而，在频繁的光学事件的累积效果中已经完成了小的研究，因为假设单个地理工程事件被认为是未成年人造成覆盖土壤结构的任何损害或降解[2.–4.］.

关于单一地震事件加载的研究有丰富的文献[5.,6.]，以及部分饱和土壤在循环荷载下的行为[7.,8.]. 然而，这些研究假设，土工诱发地震活动产生的荷载可被视为孤立的单一事件，其中土壤结构可在下一次荷载前完全恢复。来自美国中部的诱发地震记录显示了近时空小震级事件区域，即群，其中任何孤立事件通常被认为不足以造成任何表面损伤[2.,3.］.然而，紧密的时尚群群的累积效应尚不清楚，可能会导致土壤中的疲劳状况。

为了研究土壤疲劳，本文提出了一个修正的损伤方程，以解释低频脉冲荷载导致的土壤结构退化，即空间-时间小规模事件的代理。

2.地质工程活动和诱发地震

自2009年以来，由于诱发地震数量和震级的增加，对诱发地震活动的担忧呈指数级增加(M）为3.0或更大[9］.总体而言，美国中部地震的地震数量，M3.0或更大，增加了2009年至2016年1月平均每年大约300地地震[10.］.2009年，2009年至2016年，大约有29米M3.0或大地震，2016年增加到2009年至2016年增加至330米米3.0或大地震[9］.

M4.0和M4.2附近的圣约翰堡（FSJ），不列颠哥伦比亚省，并在靠近一个M3.9：一项研究，在使用三个最大地面运动赛事的稳定克拉通加拿大的西部边界进行即2014年和30年7月9日之间发生的2014年八月选择用于研究的位置落基山庄（RMH）Alberta省的这对一个大的风险，基础设施，因为它可能没有被设计为抵抗低到中度地震区因为天然存在的强地面运动的区域中的低概率的强地面运动[11.］.在早期调查中，作者确定了适度诱导的事件（M4-5）可能由于可能导致浓缩强烈的地面运动而导致的基础设施附近的基础设施。该研究是使用稀疏地震仪网络进行的，以记录FSJ的两项活动，位于15公里到几千千米之外。这三个事件的录音M然后使用〜4来检查它们的地面运动以及它们的距离弱。在进行这项研究时，M4.2事件是与世界液压压裂有关的最大事件。FSJ的两个事件是通过渗出的评估，地面运动特性和局灶性深度估计来确定液压压裂的焦点深度估计。它们发生在浅（2-5公里）深度，这可能会在最大强度为M4.2的最大强度超过200公里的距离。RMH的第三次活动是M3.9，是艾伯塔省的最强事件，超过十年。焦深确定为4公里到8公里，该地区近年来没有出现石油和天然气钻井的记录。附近居民感受到了RMH活动，并报告了M4-5的强度，并导致了一个附近的天然气设备和持续数小时的停电。所有这些事件都被广泛培养并有可能对基础设施造成损害。

俄克拉荷马州的一项研究[9]显示，从2009年开始，地震数量明显增加，而从2014年到2015年，地震数量急剧增加。俄克拉何马州确实有地震活动的历史，但最近的研究表明，这些活动不太可能是由地震频率的自然波动引起的。从2009年到2016年中期，俄克拉何马州中部发生了60多次4.0到4.8级地震，这引发了人们的担忧。由于与震级相关的地震活动的潜在破坏性影响，在同一时间线记录的更大的事件目前正在调查中。其中一次大地震发生在俄克拉何马州的布拉格，震级为5.6级。12.2011年11月。14座房屋被毁，2人受伤，高速公路的部分路段被掀翻，另外17个州也有震感。13.］.记录的最大地震是在俄克拉荷马州的Pawnee，它被记录在M5.8，对基础设施造成重大损害[9］.Pawnee的M5.8地震，OK于2016年9月，该州最大的录制，可能与废水注入有关。

有统计数据支持这个概念模型，表明地震活动与基底和注入点之间的距离有关。这些数据为调节器提供了关于孔隙压力如何通过现有断层和环境应力水平的知识发展的信息[14.］.该研究包括在荷兰格罗宁根研究的气体提取过程。为天然气生产建立的过程压实了水库，导致沿着断层的压力积聚。由于预先存在的偏移，隔间储存器具有不同压实级别的储存器沿着故障满足。压实差异可以增加故障的内置压力，反过来可以增加地震的发生[14.］.通过沉降测量来校正模型中的压实作用，识别出地震活动集中在高沉降和高压实位置。这些诱发事件是在储层孔隙压力降低约10 MPa后记录的，结果是类似大小的岩石应力增加[14.］.这种与俄克拉荷马州观测的矛盾，显示〜01MPa的压力干扰。这表明地壳受到严重压力，并且具有近近失败的故障子集，这可能通过少量的应力扰动来引起激活[14.］.

在这两种活动中，诱发地震活动的位置和时间是由空间分布和现有断层与地下工作之前的现有应力条件的组合控制的[14.］.关于诱导事件尺寸的目前的假设是诱导活性的故障限制在受流体压力应力变化的影响的岩石中。然而，van der Elst等人最近的研究。[15.]和Galis等人。[16.]与这一假设相矛盾，并表明由人类活动引起的地震可能在受影响的体积之外发生破坏。因此，诱发地震的大小可以通过断层上先前存在的自然应力波动来控制，类似于自然事件[14.］.在任何一种情况下，证据表明需要了解预先存在的故障以及它们的压力水平。减缓措施需要包括运行参数，即产量产生和卷被注入，但还必须包括所在地下内部故障状态的知识。这可以通过流体力学建模来识别，通过使用Insar来校正独立措施来校准操作参数来识别表面变形[14.］.

Zalachoris和Rathje进行了一项研究[17.]在德克萨斯州，俄克拉荷马州和堪萨斯州的小于中等大小，潜在诱导的地震事件，开发地面运动模型（GMMS）。该团队通过使用已有的研究机构（IRIS）的地震学（IRIS），2018年，在这些特定地点中创建了一个数据库的数据库，其中包括掺入的研究机构。在这项工作中使用至少3个地面运动的事件和大于3.0的大幅度其中包括4,528个地面运动，在376个事件中记录，斜视距离低于500公里。为了量化现场扩增，该团队使用了使用理论波传播注意事项的P波地震图方法以及从地震站的录音来估计限定区域内的251个地震台位置的VS30。此外，该团队还调查了地质条件与每个地点的VS30估计之间的关系。这种新模型预测了比其他模型更小的地面运动，并预测斜视距离小于或等于20 km的斜视距离的增加。新缩放的VS30被确定为比其他模型较弱，并且在VS30 <600米/秒下放大17.］.应该注意的是，对诱导地震性的源启动和光谱特性存在丰富的研究（参见，例如，[18.–20.])。

有几项显着的研究调查了结构诱导地震性的地震脆弱性（参见，例如，[21.–25.])。这些研究表明，有潜在的结构敏感性中，中度至轻微的损害诱发地震活动。虽然诱发地震事件对结构的潜在损害的严重程度可能不像基于新马德里地震带的HAZUS模型那样严重，但这些结果清楚地表明，潜在损害并非微不足道。为了进一步说明美国中部部分地区地震活动的增加对结构的潜在破坏，Liu等人最近的一项研究[25.]确定结构的非结构部件有可能承受诱发事件造成的损坏，并增加潜在建筑物倒塌的风险。特别是Chase等人[22.]表示，在轻型木材结构的情况下，结构损坏和脆弱性似乎没有累积序贯地震载荷。刘等。[25.[从USGS 2016年度地震危险模型以及2015年纳米（国家地震减少计划）规定中定义的脆弱性曲线计算生命安全风险。这些结果表明，现代建筑物的生命安全风险，在接近有源诱导的地震区的区域，有可能超越2015年尼海斑规定的报告中计算的风险，这些报告仅考虑自然地震性[25.］.因此，如果非结构组分可以维持损坏并增加诱导地震性的结构塌陷的潜在风险，那么逻辑问题如下：“可以疲劳地产产生类似的风险增加？”此外，顺序诱导的地震事件对地下的脆弱性或疲劳具有累积效果吗？

3.冲击与循环荷载下土壤疲劳的实验室观察

为了确定系统的可靠性，一个对象被评估，以确定故障这通常是对于相同量的相同的时间在规定条件下缺乏一个系统功能的能力[1.］.在土壤力学的情况下，失败点通过终极或峰值，失效状况确定，当菌株超过2％和5％时通常发生。然而，土壤结构的失败可能在显着降低的菌株中发生[26.,27.］.这种土壤结构刚度的损失可能导致小规模的塌陷，即小应变压缩、屈服或沉降，因为土壤单元过渡到下一个准稳定的土壤结构。如果激励源(如打桩脉冲)的发生速率使土壤结构不断被迫过渡到下一个准稳定状态，那么小应变压缩的总和就会引起上部结构，如建筑物和基础设施，超过允许的设计公差而不会导致最终的失效，例如结构倒塌。这种行为定义了土壤的疲劳过程。由于失效是主观的，土壤疲劳也是而且更难以确定的经验，通常被称为安全因素是未知的[1.］.这使得难以量化近距离空间的小幅度事件的土壤疲劳。

在由工程技术研究开发中心，岩土与结构实验室（ERDC-GSL）进行了一项研究，进行了实验室测试，以表明在近表面的动态行为的差异部分来自循环饱和砂土中提到的潜在液化和冲击载荷[28.］.这些测试的结果鉴定了近表面土壤与等效正弦载荷的影响不会显示与脉冲负荷相同的菌株，以表示不规则的地震波形[28.］.基于[中的研究，使用0.3％轴向应变率阈值。29.]在从桩击开始的开始时识别显着的限制应变，从桩击开始大约0.3％．该研究包括一系列循环试验表1.随着获得一定的双幅轴向应变所需的循环次数， ,如图所示1.．结果表明，在应变速率呈指数增加开始发生在大约0.3％ ,这是在最终的失败阈值5％之前．此外，据观察，47%的已完成测试达到0.1%在第一个循环中，这表明使用0.1％作为产量开始阈值将过于保守。进一步的测试确定容量为0.3％大约是0.1%和5%差异的一半并且是关于容量 - 应变阈值分布的平均值，如图所示1.[29.］.因此，屈服起始或疲劳阈值为0.3%作为饱和动载荷的最大允许疲劳应变是合理的。


没有进行测试。	N	CSR 0.1％ ε._达	NEC.	N	CSR 0.3％ ε._达	NEC.	N	CSR 1%ε._达	NEC.	N	CSR 3％ ε._达	NEC.	N	CSR 5％ ε._达	NEC.

CYC-10-56	13.	0.147	0.0012	18.	0.146	0.0017	20.	0.144	0.0019	22.	0.138	0.0021	23.	0.139	0.0021
CYC-10-57	69.	0.118	0.0035	79.	0.117	0.0039	81.	0.117	0.004	83.	0.116	0.0042	84.	0.116	0.0042
CYC-10-58	2.	0.175	0.0005	6.	0.17	0.0017	7.	0.164	0.0022	8.	0.157	0.0024	9	0.151	0.0026
CYC-05-10	1.	0.193	0.0008	2.	0.183	0.0021	3.	0.156	0.0041	3.	0.156	0.0041	4.	0.138	0.0053
CYC-05-11	9	0.15	0.001	15.	0.147	0.0024	16.	0.143	0.0037	16.	0.143	0.0037	17.	0.14	0.0037
CYC-05-12	1.	0.179	0.0004	5.	0.177	0.0016	6.	0.169	0.0027	7.	0.156	0.0044	7.	0.156	0.0044
CYC-05-13	53.	0.132	0.0029	63.	0.131	0.0036	64.	0.131	0.004	65.	0.13	0.0046	65.	0.13	0.0046
CYC-05-14	1.	0.195	0.0006	2.	0.192	0.0013	3.	0.171	0.0033	4.	0.149	0.0055	4.	0.149	0.0055
CYC-05-16	34.	0.121	0.0014	43.	0.12	0.0019	45.	0.119	0.0022	45.	0.119	0.0022	46.	0.118	0.0023
CYC-05-32	1.	0.176	0.0004	6.	0.175	0．002	8.	0.167	0.0032	9	0.159	0．0038	9	0.159	0．0038
CYC-05-33	10.	0.139	0.0011	22.	0.138	0.0025	24.	0.136	0.0031	25.	0.134	0.0034	25.	0.134	0.0034
CYC-05-34	12.	0.13	0.001	27.	0.129	0.0024	29.	0.127	0.0028	30.	0.126	0.003	31.	0.124	0.0032
CYC-05-35	15.	0.12	0.001	35.	0.119	0.0024	38.	0.117	0.0028	39.	0.116	0.003	40	0.115.	0.0032
CYC-05-36	21.	0.11	0.001	74.	0.109	0.0033	78.	0.108	0.0037	80	0.107	0.004	80	0.107	0.004
CYC-05-43.	1.	0.157	0.0003	5.	0.156	0.0013	8.	0.15	0.0026	9	0.145	0.0029	9	0.145	0.0029
CYC-06-19	5.	0.149	0.0005	13.	0.147	0.0013	15.	0.144	0.0015	16.	0.14	0.0015	17.	0.137	0.0015
CYC-06-20	1.	0.168	0.0002	7.	0.167	0.0013	9	0.163	0.0018	10.	0.159	0．002	11.	0.152	0．002
CYC-06-21	7.	0.13	0.0004	27.	0.129	0.0014	30.	0.127	0.0016	31.	0.126	0.0016	32.	0.124	0.0017
CYC-06-28	10.	0.139	0.0007	21.	0.138	0.0015	23.	0.137	0.0017	24.	0.135	0.0017	25.	0.133	0.0017
CYC_10_82	57.	0.139	0.0024	85.	0.139	0.0029	87.	0.139	0.0031	89.	0.139	0.0032	90.	0.139	0.0032
CYC_10_68	26.	0.15	0.0014	34.	0.149	0．002	36.	0.15	0.0023	38.	0.149	0.0024	38.	0.149	0.0024
CYC_10_63	10.	0.18	0.0011	18.	0.18	0.0021	20.	0.18	0.0026	21.	0.179	0.0029	21.	0.179	0.0029
CYC_10_60	1.	0.208	0.0003	7.	0.209	0.0016	9	0.208	0.0023	10.	0.207	0.0027	10.	0.207	0.0027
CYC_10_66	1.	0.228	0.0006	2.	0.227	0.0013	3.	0.226	0.0026	4.	0.225	0.0039	4.	0.225	0.0039
cyc_10_101	1.	0.297	0.0013	1.	0.297	0.0013	2.	0.291	0.0052	2.	0.291	0.0052	3.	0.281	0.0069
CYC_10_59	1.	0.207	0.0003	7.	0.207	0.0017	9	0.204	0.0025	10.	0．2	0.0027	11.	0.195	0.0027
CYC_10_79	71.	0.137	0．002	82.	0.137	0.0025	85.	0.137	0.0027	87.	0.137	0.0028	88.	0.137	0.0029
CYC_10_67	42.	0.149	0.0019	52.	0.148	0.0026	54.	0.148	0.0028	56.	0.146	0.0029	57.	0.146	0.003
CYC_10_70	38.	0.149	0．002	46.	0.148	0.0025	48.	0.148	0.0028	50.	0.146	0.0029	52.	0.145	0.003
CYC_10_88	23.	0.156	0.0031	34.	0.158	0.0041	35.	0.158	0.0044	36.	0.158	0.0049	37.	0.157	0.0056.
CYC_10_53	7.	0.187	0.0008	14.	0.186	0.0017	17.	0.183	0.0021	19.	0.179	0.0023	20.	0.177	0.0023
CYC_10_89	8.	0.172	0.0012	19.	0.178	0.0029	20.	0.178	0.0032	21.	0.178	0．0038	22.	0.178	0.0047
CYC_10_52	5.	0.207	0.0009	10.	0.205	0.0018	12.	0.203	0.0023	14.	0.198	0.0024	15.	0.194	0.0025
CYC_10_51	3.	0.225	0.0008	8.	0.225	0.0021	10.	0.221	0.0029	11.	0.217	0.003	12.	0.211	0.0031
CYC_10_99	1.	0.225	0.0003	8.	0.224	0.0021	10.	0.219	0.0029	11.	0.214	0.0031	13.	0.209	0.0034
CYC_10_54	1.	0.244	0.0003	8.	0.241	0.0023	10.	0.238	0.003	11.	0.234	0.0032	12.	0.229	0.0032
cyc_10_100.	3.	0.256	0.0008	8.	0.254	0.0023	10.	0.249	0.0032	11.	0.244	0.0034	12.	0.239	0.0356
CYC_10_98	1.	0.251	0.0006	3.	0.244	0.0021	4.	0.234	0.0029	5.	0.218	0.0032	5.	0.218	0.0032
CYC_10_95	1.	0.284	0.0012	1.	0.284	0.0012	4.	0.278	0.0035	6.	0.262	0.0044	7.	0.253	0.0046
CYC_10_97	1.	0.291	0.0009	2.	0.288	0.0012	4.	0.273	0．0038	5.	0.256	0.0042	5.	0.256	0.0042
CYC_10_71	92.	0.148	0.0039	104.	0.148	0.0045	107.	0.147	0.0046	110.	0.146	0.0047	111.	0.146	0.0048
CYC_10_62	5.	0.201	0.0008	11.	0.197	0.0019	13.	0.192	0.0022	15.	0.183	0.0024	16.	0.18	0.0026
CYC_10_65	1.	0.23	0.0004	4.	0.226	0.0015	6.	0.214	0.0022	8.	0.197	0.0026	9	0.192	0.003
CYC-05-49.	1.	0.186	0.0003	14.	0.186	0.0021	19.	0.184	0.0031	23.	0.181	0．0038	25.	0.18	0.0041
CYC-05-48	1.	0.204	0.0004	7.	0.204	0.0019	10.	0.202	0.0029	14.	0.198	0.0042	17.	0.196	0.005
CYC-05-47	1.	0.22	0.0006	3.	0.218	0.0016	5.	0.215	0.0027	9	0.211	0.0043	11.	0.208	0.0049
CYC-05-46	1.	0.24	0.0008	2.	0.233	0.0014	4.	0.233	0.0027	7.	0.228	0.0043	9	0.225	0.0051
CYC-06-01	1.	0.191	0.0005	5.	0.192	0.0017	9	0.189	0.0031	12.	0.181	0.004	13.	0.177	0.0041
CYC-06-02	1.	0.196	0.0002	10.	0.195	0.0016	13.	0.193	0.0029	15.	0.19	0.0036	16.	0.186	0．0038
CYC-06-03	1.	0.214	0.0004	5.	0.213	0.0015	8.	0.21	0.0028	10.	0.204	0.0037	11.	0.199.	0.0039
CYC-06-04	1.	0.233	0.0005	3.	0.232	0.0014	6.	0.225	0.0033	8.	0.215	0.0042	9	0.207	0.0043
CYC-06-10	1.	0.272	0.0004	13.	0.275	0.004	24.	0.274	0.0087	30.	0.272	0.0125	32.	0.27	0.0134
CYC-06-11	1.	0.313	0.0007	2.	0.313	0.0013	10.	0.311	0.0071	14.	0.308	0.0112	16.	0.304	0.0129
CYC-06-12	1.	0.294	0.0006	6.	0.295	0.003	15.	0.293	0.0086	20.	0.29	0.0131.	22.	0.281	0.0146.

Taylor等人[28.]识别出从相当的环状和脉冲加载的应变势在近表面的动态行为的变化的部分饱和的砂，其中10部分地排出三轴冲动和循环试验用的限制上分级差中细海滩沙进行用24％饱和度10. kPa. An ultimate failure criterion of 2.5% axial strain was imposed based on samples tested through triaxial testing for a qualitative comparison of the loading requirements needed to cause an ultimate failure condition; see Figure2.和表2.[28.］.试验结果表明，在饱和条件下观察到的，例如，在饱和条件下观察到的液化或症状的迹象显示，例如泰勒[29.];然而，脉冲测试中表现达到2.5％应变阈值，其中的等效循环负荷没有。所有冲击负载测试的超过2.5％的失效准则9到19个周期，平均12个周期失败。只有3次循环测试达到2.5%的失败标准，平均100次循环失败。这项研究表明，有必要研究与近地表抗震有关的循环荷载和脉冲荷载。循环荷载下，轴向应变的增加呈非线性，呈对数趋势，循环次数少，循环50次后增加较多，表明土体存在软化的可能性;然而，这还不足以达到液化。另一方面，脉冲加载显示应变的增加在初始加载峰值后是线性的，这表明应变是恒定的[28.］.


标本	测试程序	初始含水量（％）	后污水含量				循环数至2.5％ε._A.
标本	测试程序	初始含水量（％）	最佳（％）	中间（％）	底部（％）	平均(%)	循环数至2.5％ε._A.

SP200-I-1	冲动	5.53	4.20.	6.24	7.63	6.02	13.
SP200-I-2	冲动	5.51	4.87	5.89	6.83	5.86	11.
SP200-I-3	冲动	5.55	4.77	5.77	7.77	6.10	16.
SP200-I-4	冲动	5.54	4.69	5.85	9.07	6.54	14.
SP200-I-5	冲动	5.56	4.75	5.85	6.92	5.84	11.
SP200-I-6	冲动	5.55	4.37	5.25	7.87	5.83	15.
SP200-I-7	冲动	5.37	4.95	5.89	7.49	6.11	16.
SP200-I-8	冲动	5.59	4.36	5.33	7.25	5.65	9
SP200-I-9	冲动	5.55	4.86	5.63	7.99	6.16	10.
SP200-I-10	冲动	5.58	4.41	6.56	8.15	6.37	11.
平均值	冲动	5.53	4.62	5.83	7.70	6.05	12.
SP200-C-1	循环	5.53	4.91	6.17	6.87	5.98	96.
SP200-C-2	循环	5.71	4.14	5.62	7.05	5.60	N / A.
SP200-C-3	循环	5.68	4.59	6.19	7.50	6.09	N / A.
SP200-C-4	循环	5.48	4.47	5.77	6.87	5.70	N / A.
SP200-C-5	循环	5.59	5.54	8.04	9.40	7.66	N / A.
SP200-C-6	循环	5.59	4.65	5.17	6.25	5.36	N / A.
SP200-C-7	循环	5.58	4.52	5.51	7.35	5.79	N / A.
SP200-C-8	循环	5.54	4.38	5.89	7.03	5.77	N / A.
SP200-C-9	循环	5.57	4.60	5.07	7.04	5.57	74.
SP200-C-10	循环	5.53	4.63	4.89	7.29	5.60	63.
平均值	循环	5.58	4.64	5.83	7.27	5.91	N / A.

4.确定土壤疲劳的损伤潜力

通过创新过程可行是可行的，以确定土壤疲劳的损坏，这将允许工程师识别系统时不起作用。大多数研究专注于循环土壤降解对土壤强度的影响，但疏忽，包括脉冲载荷的潜在损伤。此外，地震群事件的损伤累积效果主要是未知的。纽马克的[30.[滑块分析触摸此概念，但侧重于加速度超出阈值的不同次的地震。本文的焦点是考虑多个事件密切接近，其中每个事件的加速度超过阈值。基于Taylor等人。[28.]，重要的是，循环和冲击载荷试验的处理方式不同所以方程（1.引入）以识别来自诱导地震事件的更准确的液化图像。为了考虑本文结构的地震设计，提供了一种概念模型来分析本文呈现的方程。

的伪静态边坡稳定方法是一种常用的过程来确定，其通过种子引入下地震载荷斜率稳定性31.]. 布雷和特拉瓦萨罗进一步改进了这一点[32.,33.]为了更好地合理化分析中使用的地震系数的识别。该方法使用概率地震斜率位移模型来确定地震载荷下的斜率稳定性。它使用产量系数 ,滑动质量的初始基本时期 ,随着谱加速时间周期的降低作为地震的瞬间，和作为正常分布式随机变量。等式（1.）代表非零地震位移的数量（D）活动：

本文提出的示例是创建的，作为一个标准办公大楼地震群事件的潜在结算的示例。通过使用使用为USGS创建的地震记录（Slammer）计划建模的地震滑坡运动来完成以下斜率稳定性分析[34.］.该计划是用来分析斜坡的永久变形，以确定他们在地震中如何表现。叫声和Travasarou [32.使用将现有数据结合到粘性器系统以及用于计算位移的假设的情况下使用方法来进行该分析。使用陷阱系统中包含的数据，如图所示3.和4.，下面的记录用作诸如Bray和Travasarou柔性（耦合）方法中使用的计算的样本产品，该方法从M7到M4修改了地震幅度，以表示损坏的损坏处于小幅度[34.］.

选择Bray和Travasarou柔性耦合方法来估计单个确定性事件的永久位移或超过特定永久位移的概率[34.］.柔性分析估计了非零位移以及零位移的概率。数字5.显示屈服系数与表中所示数据中的中值位移的相关性3.．根据上述参数，数据显示几乎没有位移。


依赖K_Y	P(D = “0”)	D(厘米)	D_中位数(厘米)	D_1.(厘米)	D_3.(厘米)

0.020	0.00	50.1	50.1	96.5	26.0
0.05	0.00	22.2	22.2	42.7	11.5.
0.07	0.00	14．3	14．3	27.5	7.4
0．1	0.00	8．3	8．3	15.9	4.3
0.15	0.01	4	4	7.7	2．0
0．2	0.07	2.2	2．1	4.2	0．9
０．３	0.47	0．9	０．３	1.3	＜1
0．4	0.82	0．4	＜1	0．2	＜1

努力识别地震群体的土壤疲劳，并表明诱导的地震事件具有更短的主导峰值加速度以及较短的持续时间（2.)由Allotey和Nagger修改而来[35.]损伤方程，将循环加载替换为脉冲加载，并增加一个非线性应力因变量: 在哪里是恒定的应力控制加载，疲劳损伤函数被假定为一个单值确定性数字，是无量纲的，并且在给定的循环次数下应力比的非减少部分。N是应力比上经过的当前循环数和是应力比的循环次数，走向失败。失效被定义为土壤疲劳，其被确定为材料在给定循环次数内能够承受的应变大小，直到土壤不再发挥预期功能的最大应变点。应力比， ,是初始平均有效围应力和Θ是与载荷循环是在所施加的应力（CSR）和围压的应力因变量的非线性函数。由于应力水平变化，破损率而变化;根据装载的顺序，疲劳寿命可以小于或大于一个[36.］.0.3％应变的阈值允许比较循环加载Vs脉冲载荷[29.］.

与Bray和Travasarou之前的分析相反[32.]未注册的损害，表4.和图6.结果表明，当从循环载荷改为脉冲载荷时，损伤率随应力水平的变化而变化。这些结果确定了土壤结构的退化，这些退化可能不会立即出现，但如果不进行检查，超时可能会导致故障。在根据现有抗震设计标准建造到一定程度的基础设施中，这种破坏程度可能是灾难性的。使用该方法，数据确定了地震群引起沉降的潜在失效，并应在地震评估中予以考虑。


失效循环次数(N)	ε._达	s	Θ(s)	D

13.	0．1	0.147	0.0735	1.048752
18.	０．３	0.146	0.073	1.073081
20.	1.	0.144	0.072	1.079136.
22.	3.	0.138	0.069	1.079640
23.	5.	0.139	0.0695	1.084126

5.结论

近年来，由于诱发地震的频率不断增加，诱发地震已成为人们极为关注的问题。地下和地表开采、石油和天然气的开采、储层蓄水以及向地下地质地层注入流体所引起的地震活动，人们现在已经了解有一段时间了;然而，这些研究忽略了这些脉冲荷载可能对土木工程系统产生的潜在影响。这些潜在的影响之一是土壤疲劳，它可以被认为是材料的缓慢弱化，因为结构外部的源作用于它的可靠性。在当前的评估标准中应该考虑这一点，并对其进行研究，以确定结构是否能够承受浅层的冲击荷载，以便在地基破坏之前识别出问题。

引入新的伤害方程是对Allotey和Naggers的扩展[35.修改加载标准的模型，以阻止循环以获得更好地描绘诱导地震事件的土壤退化。进一步修饰以包括具有负载循环的非线性函数，该循环是施加应力和限制压力的应力依赖变量。对均匀和吻合的限制[35.]的模型，以确定由诱发地震事件引起的土壤退化为基础的循环荷载，而循环荷载并不描述由脉冲荷载产生的应变。在此基础上，可以较好地反映冲击荷载作用下近地表土体的潜在损伤效应。这需要冗余的现有流程访问破坏基础设施从诱导地震活动并不足够,因为它需要一个更好的理解的失效模式和阈值限制在地震灾害和漏洞结构不具备生存地震荷载。此外，由于对诱发地震的危险性尚不完全了解，而且地质工程地点、活动和技术的变化一直存在，因此量化诱发地震危险性的难度仍在继续。但是，彻底的创新过程和对这一专题的进一步研究将有助于更好地评估和确定在地下观察到的有害退化。

数据可用性

所有用于支持本研究结果的数据可通过已发表的参考文献获得。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

作者希望承认M.D. Antwine W.W.Berry，A.L. Cunningham，W.R.罗兰和K.E.美国陆军工程师研究和开发中心的冬季在实验执行中的帮助下。该实验室研究由美国陆军，收购，物流和技术（ASAALT）和美国陆军工程兵团资助。

参考文献

M. E. Harr，基于可靠性的土木工程设计，多佛出版公司，纽约，纽约，美国，1996年。
O.-D。S.泰勒，A. P.莱斯特，和T. A.李某，“危害与美国中部内的非常规油气开发，诱发地震的潜在风险，”自然危险评论，卷。16，不。4，第04015008，2015年。视图:出版商网站|谷歌学术
O.-D。S. Taylor，A. P. Lester和T. A. Lee，“美国中部的非传统的碳氢化合物发育危害：报告1，概述和潜在的基础设施风险，”Tech。代表，美国陆军工程师研发中心，Vicksburg，MS，美国，2015，技术报告ERDC / GSL TR-15-26。视图:谷歌学术
O.-D。S. Taylor，A. Lester III，T. A. Lee和M.H.Mckenna，“麦克奈”，“麦克奈”，较小的级别诱导地震事件实际上会造成伤害？“土木工程中的自然危害挑战，第2018卷，文章编号2056123，5页，2018年。视图:出版商网站|谷歌学术
i.m. Idriss和r.w. Boulanger，地震中的土壤液化，加州大学地震工程研究所，加利福尼亚州戴维斯，加利福尼亚州，2008年。
H. Seed和I. i.m. Bolton，“评估土壤液化潜力的简化程序”，刊于地震工程研究中心，报告编号EERC-70-9，加州大学，伯克利，加州，1970年。视图:谷歌学术
E. Eseller-Bayat，M. K. Yegian，A. Alshawabakeh和S. rokyer，“部分饱和的砂岩的液化反应I：实验结果”岩土工程与地理环境工程学报，卷。139，没有。6，第863-871，2013。视图:出版商网站|谷歌学术
M冈村和Y。Soga，“孔隙流体压缩性对部分饱和砂土抗液化性的影响，”土壤和基金会，卷。46，没有。5，pp。695-700,2006。视图:出版商网站|谷歌学术
P. folter和m. tiemann，深井注入引起的人为地震概述，国会研究服务，华盛顿特区，美国，2016年。
J. L. Mahani，“注入废水、水力压裂、提高石油采收率和诱发地震的神话和事实”，地震研究字母，第86卷，第86期4，pp。1060-1067，2015。视图:出版商网站|谷歌学术
G.阿特金森，K. Assatourians，B.钱德尔和W.基利，“从最近三个西部阿尔伯塔省和不列颠哥伦比亚省东北以及他们在东部地区诱发地震活动的危害影响地震地面运动”地震研究字母，第86卷，第86期3, pp. 1022-1031, 2015。视图:出版商网站|谷歌学术
K. M. Keranen, H. M. Savage, G. A. Abers和E. S. Cochran，美国俄克拉荷马州潜在诱发地震：污水注入与2011年5.7级地震序列之间的联系，美国地质学会，博尔德，CO，美国，2013。
A. Kuchment，“钻探地震”，科学的美国人，卷。315，没有。1，第46-53，2016。视图:出版商网站|谷歌学术
T.坎德拉，B. Wassing，J. T. Heege和L. Buijze，“地震是如何引起的，”科学，卷。360，没有。6389，第598-600，2018。视图:出版商网站|谷歌学术
N.J.Van der Elst，M.T. Page，D. A.Weiser，T.H.W.Goebel和S. M. Hosseini，“Hosseini”，诱发的地震大小如（统计）预期，“地球物理研究杂志：固体地球号，第121卷。6、第4575-4590页，2016。视图:出版商网站|谷歌学术
M. Galis，J. P.安普埃罗，P. M.麦和F卡帕，“诱发地震提供了深入了解为什么地震破裂停止，”科学推进，卷。3，不。12，物品ID EAAP7528,2017。视图:出版商网站|谷歌学术
G萨拉乔里斯和E。MRathje，“德克萨斯州、俄克拉荷马州和堪萨斯州中小地震的地面运动模型，”地震谱，卷。35，不。1，pp。1-20,2019。视图:出版商网站|谷歌学术
F. khosravvikia, P. Clayton，和Z. Nagy，“基于人工神经网络的俄克拉荷马州、堪萨斯州和德克萨斯州自然和诱发地震地震动模型开发框架”，地震研究字母，第90卷，第5期。2, pp. 604-613, 2019。视图:出版商网站|谷歌学术
L. Quinones, H. R. DeShon, S. Jeong等人，“追踪Fort worth盆地的诱发地震活动:2008-2018年德克萨斯北部地震研究目录摘要，”美国地震学会的公报，卷。109，没有。4，pp。1203-1216，2019。视图:出版商网站|谷歌学术
J.I.Walter，C.Frohlich和T.Borgfeldt，“德克萨斯州和俄克拉荷马州潘安安队的自然和诱发地震性”，地震研究字母，第89卷，第6期，第2437-24462018页。视图:出版商网站|谷歌学术
M. Barba-Sevilla，B. Baird，A. Liel和K.Tiampo，“2016 MW 5.0 Cushing，OK地震的危害来自损坏和insar数据的联合分析”，“遥感，卷。10，不。11，p。1715年，2018年。视图:出版商网站|谷歌学术
RE蔡斯，A。B李，N。卢科和B。WBaird，“诱发地震序列中轻型木结构建筑的地震损失和损坏，”地震工程与结构动力学，卷。48，不。12，PP。1365-1383,2019。视图:出版商网站|谷歌学术
F. Khosravikia，A. Potter和V.Prakhov，《德州桥梁基础设施的地震脆弱性和事后行动》，FHWA/TX-18/0-6916-1，运输研究中心，奥斯汀，德克萨斯州，2018年。
F. Khosravikia，J.Kurkowski和P. Clayton，“砌体贴面的脆弱性使用神经网络模型来人类诱导的中欧地震”建筑工程学报，第28卷，文章ID 1011002020年。视图:出版商网站|谷歌学术
T. Liu，N.Luco和A. B. Liel，“生活风险的增加，从美国中西部地震中建立占用者的居住者”地震谱，卷。35，不。2，pp。471-488,2019。视图:出版商网站|谷歌学术
外径。s泰勒，A。L坎宁安，K。E马丁，R。E沃克，M。H麦肯纳和P。GKinnebrew，“近地表土壤：超声波近地表淹没测试，”近地表地球物理，第17卷，第4期，第331-344页，2019年。视图:谷歌学术
O.-D。S. Taylor，K. E. Winters，W.W.Berry，L.A.Walshire和P.G.G.Kinnebrew，“近场土壤：自支撑无占整个排水的沙子标本”加拿大岩土技术杂志，第56卷，第3期，第307-319页，2019年。视图:出版商网站|谷歌学术
O.-D。S.泰勒，K. E.温特斯，W. W.浆果和M. L. Zuzulock，“部分饱和砂土下超低围压动态故障的潜力，”在岩土地震工程与土壤动力学的诉讼程序2017年6月，美国德克萨斯州奥斯汀市。视图:谷歌学术
O.-D。美国泰勒,用基于能量的液化方法预测打桩引起的泥沙变形，罗德岛大学，南金斯敦，国际扶轮，美国，2011。
N. M. Newmark，“地震对水坝和堤坝的影响”，Géotechnique，第15卷，第2期，第139-160页，1965年。视图:出版商网站|谷歌学术
H. B.种子“在土石坝的抗震设计注意事项”岩土金机，第29卷，第2期3, 1979。视图:出版商网站|谷歌学术
J. D.布雷和T. Travasarou，“简化程序用于估计地震引起偏斜率的位移，”岩土工程与地理环境工程学报，卷。133，不。4，第381-392，2007。视图:出版商网站|谷歌学术
J. D. Bray和T.Travasarou，“假静态坡稳定性手术”第五届地震地震岩土工程国际会议的诉讼程序，第10-13页，圣地亚哥，智利，2011。视图:谷歌学术
R. W.吉布森、E. M. Rathje、M. W.吉布森和Y. W. Lee，使用地震记录建模的砰击震荡运动，美国地质调查技术和方法，reaston，va，美国，2014年。
N. Allotey和M. H.埃尔纳贾尔“的基础上等效的周期数一致的土壤疲劳框架，”岩土工程与地质工程，卷。26，不。1，pp。65-77，2008。视图:出版商网站|谷歌学术
W.V.Paepegem和J.Greieck，“负载序列的影响和阻断对纤维增强复合材料疲劳反应的影响”，先进材料与结构的力学，第9卷，第5期。1，页19-35,2002。视图:出版商网站|谷歌学术

土木工程进展

岩土工程中的地质风险降低技术

摘要