秦兵马俑地震灾害风险评估与预防装备研发
面向兵马俑本体在地震作用下的整体稳定风险，对站立俑和御手俑开展三维扫描、精细有限元建模与多地震动时程分析，建立考虑接触摩擦不确定性的分级风险指标，为差异化防护措施和预防装备设计提供量化依据。
- 项目来源
- 陕西省重点研发计划
- 承担角色
- 独立完成项目研究
- 典型对象
- 站立俑与御手俑
- 分析条件
- 7 条地震动、3 种摩擦假设
01
项目概述
研究以兵马俑地震作用下的整体稳定为核心，将三维几何、接触条件和实测地震动纳入同一分析流程。通过不同地震动强度下的动力响应样本，分别建立滑移、摇摆和倾覆易损性曲线，再比较各模式的超越概率，形成可用于风险分级的地震动指标。
评估结果用于识别不同兵马俑类型和接触条件下的主导风险，建立防护设计所需的响应限值与优先控制方向。
02
精细有限元建模
选取站立俑与御手俑两类典型对象，以三维扫描几何为基础完成模型重构和网格处理，并在有限元模型中描述兵马俑与地面的非线性接触。通过质量与动力特性校核控制模型合理性，为后续多地震动、多强度和多摩擦条件下的批量分析提供统一基础。
两类兵马俑在外形、重心与足部约束方面存在差异，因此采用独立模型评估其滑移、前后摇摆和倾覆响应。
03
滑移、摇摆与倾覆
地震时程分析将整体响应归纳为三类模式：底部相对地面持续位移对应滑移，足部边缘交替离地对应摇摆，响应持续发散并失去稳定则判定为倾覆。该判别针对兵马俑本体的整体运动与稳定，不涉及陶质材料的裂纹扩展分析。
三类模式并非彼此独立：接触摩擦增大时，滑移和倾覆风险总体降低，但摇摆更容易成为控制模式，防护设计需要同时处理位移约束与摇摆稳定。
04
安全指标与易损性评估
研究选取 7 条实测强震记录并校核其反应谱，在多个峰值地面加速度等级下进行时程分析。接触摩擦系数取 0.2、0.3 和 0.4，在每个强度等级下统计响应状态的超越频次，并拟合对数正态易损性曲线。滑移按 50、100 和 150 mm 分级，其中 100 mm 作为限值；摇摆限角则根据兵马俑类型与前后方向分别确定。
- 站立俑摇摆
- 前倾 15°，后倾 1.0°
- 御手俑摇摆
- 前倾 15°，后倾 10°
- 接触条件
- 摩擦系数 0.2、0.3 与 0.4
- 概率指标
- 以 50% 超越概率对应的地震动强度表征中位抗震能力
在所选地震动与模型假设下，站立俑各类破坏模式下的抗震能力低于御手俑。综合风险分析显示，主导模式会随地震动强度和接触条件变化，单一防护指标不足以覆盖全过程风险。
05
防护启示与研究产出
本阶段的研究产出聚焦风险评估方法与安全指标体系，所得结果为后续预防装备研发提供边界条件和控制目标。装备设计需要结合兵马俑类型，统筹限制水平滑移、控制前后摇摆并避免形成新的局部约束风险。
- 模型方法
- 建立两类典型兵马俑的三维扫描与精细有限元分析流程
- 风险识别
- 统一判别滑移、前后摇摆与倾覆，并评估主导模式的转换
- 安全指标
- 形成考虑地震动强度、接触摩擦和几何差异的分级风险指标
- 防护应用
- 为差异化防护措施与预防装备设计提供响应限值和优先控制依据
代表性论文
-
陈云龙, 陈杰等. 兵马俑震损状态判别与地震响应指标体系构建[J]. 地震研究, 2026, 49(3): 375-386. DOI