地震工程地質(zhì)

1、第五章 地震的工程地質(zhì)研究v 51 基本概念及研究意義基本概念及研究意義v地震地震: :接近地球表面的巖層中彈性波傳播所引起的震動(dòng)。震源，震中，震中距，震源深度的概念v分類(lèi)：1.按其成因分為：構(gòu)造地震、火山地震和陷落地震。v 人類(lèi)工程活動(dòng)如采礦、水庫(kù)蓄水、深井注水、地下接爆炸也可誘發(fā)地震。v 構(gòu)造地震構(gòu)造地震是現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的一種突發(fā)事件，是地球上分布最廣、數(shù)量最多、危害最為嚴(yán)重的地震，世界上90以上的地震和所有的強(qiáng)烈地震均屬構(gòu)造地震。v它產(chǎn)生于板塊邊緣和板塊內(nèi)部的活動(dòng)構(gòu)造帶，地殼它產(chǎn)生于板塊邊緣和板塊內(nèi)部的活動(dòng)構(gòu)造帶，地殼和上地幔巖石在地球內(nèi)力作用下，產(chǎn)生構(gòu)造變形積和上地幔巖石在地球內(nèi)力

2、作用下，產(chǎn)生構(gòu)造變形積蓄應(yīng)變能，一旦達(dá)到巖體強(qiáng)度極限，就會(huì)發(fā)生突然蓄應(yīng)變能，一旦達(dá)到巖體強(qiáng)度極限，就會(huì)發(fā)生突然的剪切破裂的剪切破裂( (脆性破壞脆性破壞) )或沿已有破裂面產(chǎn)生突然錯(cuò)或沿已有破裂面產(chǎn)生突然錯(cuò)動(dòng)動(dòng)( (粘滑粘滑) )，積蓄的應(yīng)變能就會(huì)以彈性波的形式突然，積蓄的應(yīng)變能就會(huì)以彈性波的形式突然釋放使地殼震動(dòng)而發(fā)生地震。釋放使地殼震動(dòng)而發(fā)生地震。v2.2.按震源深度可分為：按震源深度可分為：v 淺源地震（淺源地震（0 070km70km）v 中源地震（中源地震（7070300km300km）v 深源地震（深源地震（300-700km300-700km）v地震的一般過(guò)程和地震序列地震的一般

3、過(guò)程和地震序列v 地震的一般過(guò)程：前震、主震、余震；地震的一般過(guò)程：前震、主震、余震；v 地震序列：在一定時(shí)間內(nèi)，發(fā)生在同一地質(zhì)構(gòu)地震序列：在一定時(shí)間內(nèi)，發(fā)生在同一地質(zhì)構(gòu)造區(qū)的一系列地震。造區(qū)的一系列地震。v我國(guó)的地震序列：我國(guó)的地震序列：v 主震型、群震型、孤立型主震型、群震型、孤立型v 全世界發(fā)生地震全世界發(fā)生地震 500500萬(wàn)萬(wàn)/a/a，v 有感地震有感地震 5 5萬(wàn)萬(wàn)/a/av 造成破壞性造成破壞性 1000/a1000/a 強(qiáng)強(qiáng) 震震 十多次十多次地震前后水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果地震前后水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果(GPS)地震前后垂直位移監(jiān)測(cè)結(jié)果地震前后垂直位移監(jiān)測(cè)結(jié)果(GPS)地震引起大壩破壞地震

4、引起大壩破壞(臺(tái)中石崗臺(tái)中石崗)地震引起埠地震引起埠豐橋斷裂，豐橋斷裂，河床抬高河床抬高8m,形成疊形成疊水水 (石崗石崗) 地震引起房屋倒塌地震引起房屋倒塌(臺(tái)中石崗臺(tái)中石崗) 地震引起橋梁斷裂地震引起橋梁斷裂(南投集集鎮(zhèn)南投集集鎮(zhèn))地震引起稻田隆起地震引起稻田隆起(臺(tái)中霧峰臺(tái)中霧峰)地震引起操場(chǎng)隆起地震引起操場(chǎng)隆起(臺(tái)中國(guó)小臺(tái)中國(guó)小)v52 2 地震及地震波的基礎(chǔ)知識(shí)地震及地震波的基礎(chǔ)知識(shí)v5 52 21 1 地震波地震波v 地震時(shí)震源釋放的應(yīng)變能以彈性波的形式向四地震時(shí)震源釋放的應(yīng)變能以彈性波的形式向四面八方傳播，這種彈性被就是地震波。面八方傳播，這種彈性被就是地震波。v 地震波是使建筑

5、物在地震中破壞的原動(dòng)力、也地震波是使建筑物在地震中破壞的原動(dòng)力、也是研究地震的最主要的信息和研究地球深部構(gòu)造的是研究地震的最主要的信息和研究地球深部構(gòu)造的有力工具。有力工具。v 地震波包括兩種在介質(zhì)內(nèi)部傳播的體波和兩種地震波包括兩種在介質(zhì)內(nèi)部傳播的體波和兩種限于界面附近傳播的面波限于界面附近傳播的面波。v 體波包括：縱波和橫波。體波包括：縱波和橫波。v縱波是由震源傳出的壓縮波?？v波是由震源傳出的壓縮波。v橫波是震源向外傳播的剪切波，傳播時(shí)介質(zhì)體積不橫波是震源向外傳播的剪切波，傳播時(shí)介質(zhì)體積不變但形狀改變，周期較長(zhǎng)振幅較大。因?yàn)樵摬ㄊ乔凶兊螤罡淖?，周期較長(zhǎng)振幅較大。因?yàn)樵摬ㄊ乔凶儾?，所以它不?/p>

6、通過(guò)對(duì)切變沒(méi)有抵抗能力的液體。變波，所以它不能通過(guò)對(duì)切變沒(méi)有抵抗能力的液體。根據(jù)彈性理論，縱波傳播速度根據(jù)彈性理論，縱波傳播速度(Vp(Vp) )和橫波速度和橫波速度(Vs),(Vs),可分別以下列兩式計(jì)算：可分別以下列兩式計(jì)算：5.2.2 5.2.2 震源機(jī)制和震源參數(shù)震源機(jī)制和震源參數(shù) 研究多個(gè)地震臺(tái)的地震譜，可以確定出地震研究多個(gè)地震臺(tái)的地震譜，可以確定出地震發(fā)生的物理過(guò)程或發(fā)生的物理過(guò)程或 震源物理過(guò)程，一般稱(chēng)為震源震源物理過(guò)程，一般稱(chēng)為震源機(jī)制（機(jī)制（local mechanismlocal mechanism）。根據(jù)地震記錄圖，按）。根據(jù)地震記錄圖，按彈性變位理論進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，還可

7、以求出限定震彈性變位理論進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，還可以求出限定震源物理過(guò)程的多個(gè)物理量，通稱(chēng)為震源參數(shù)源物理過(guò)程的多個(gè)物理量，通稱(chēng)為震源參數(shù)（soursesourse parameters parameters）。）。5.2.2.1 5.2.2.1 震源機(jī)制震源機(jī)制 地下核爆破在地面所記錄的地下核爆破在地面所記錄的P P波初動(dòng)都是推波，或波初動(dòng)都是推波，或第一相位為壓縮，表明震動(dòng)源的物理過(guò)程是由于爆炸引第一相位為壓縮，表明震動(dòng)源的物理過(guò)程是由于爆炸引起的膨脹向周?chē)橘|(zhì)施加壓力。起的膨脹向周?chē)橘|(zhì)施加壓力。 根據(jù)近幾十年來(lái)的大量研究證實(shí)，淺震源根據(jù)近幾十年來(lái)的大量研究證實(shí)，淺震源P P波初動(dòng)波初動(dòng)明顯具有

8、限象分布的特點(diǎn)明顯具有限象分布的特點(diǎn)( (圖圖5-2)5-2)： 推拉模式；推拉模式； 單力偶模式；單力偶模式； 雙力偶模式雙力偶模式v5.2.2.2 5.2.2.2 震源參數(shù)震源參數(shù)v 以上震源機(jī)制討論是以點(diǎn)源模型為基礎(chǔ)的。實(shí)際上以上震源機(jī)制討論是以點(diǎn)源模型為基礎(chǔ)的。實(shí)際上震源并非一點(diǎn)，而是一個(gè)產(chǎn)生有限錯(cuò)動(dòng)的斷層面，限定震源并非一點(diǎn)，而是一個(gè)產(chǎn)生有限錯(cuò)動(dòng)的斷層面，限定一個(gè)震源斷層就需要有以下七個(gè)物理量，即；一個(gè)震源斷層就需要有以下七個(gè)物理量，即；(1)(1)斷層斷層面長(zhǎng)度面長(zhǎng)度(L)(L)；v(2)(2)斷層寬度斷層寬度(W)(W)；v(3)(3)斷層走向斷層走向p p；v(4)(4)斷層傾

9、向和傾角；斷層傾向和傾角；v(5)(5)斷層錯(cuò)動(dòng)方向；斷層錯(cuò)動(dòng)方向；v(6)(6)斷層錯(cuò)距斷層錯(cuò)距(D)(D)；v(7)(7)斷層破裂的擴(kuò)展速度。這些量統(tǒng)稱(chēng)震源參數(shù)。斷層破裂的擴(kuò)展速度。這些量統(tǒng)稱(chēng)震源參數(shù)。v從震源參數(shù)、震中距離和場(chǎng)地條件推算地面運(yùn)動(dòng)，作為從震源參數(shù)、震中距離和場(chǎng)地條件推算地面運(yùn)動(dòng)，作為工程設(shè)計(jì)的依據(jù)，是目前國(guó)際上發(fā)展的方向，工程設(shè)計(jì)的依據(jù)，是目前國(guó)際上發(fā)展的方向，v 5.2.3 5.2.3 地震震級(jí)和烈度地震震級(jí)和烈度v 地震能否使某一地區(qū)建筑物受到破壞，地震能否使某一地區(qū)建筑物受到破壞，首先取決于地震本身的大小和該建筑區(qū)距震首先取決于地震本身的大小和該建筑區(qū)距震中的遠(yuǎn)近，距

10、震中愈遠(yuǎn)則受到的震動(dòng)愈弱。中的遠(yuǎn)近，距震中愈遠(yuǎn)則受到的震動(dòng)愈弱。所以需要有衡量地震本身大小和震動(dòng)強(qiáng)烈程所以需要有衡量地震本身大小和震動(dòng)強(qiáng)烈程度的兩個(gè)尺度，這就是震級(jí)度的兩個(gè)尺度，這就是震級(jí)(Magnitude(Magnitude，Ms)Ms)和烈度和烈度(intensity(intensity，代號(hào)，代號(hào)I)I)，它們之間有一，它們之間有一定聯(lián)系，但卻是兩個(gè)不同的尺度，不能混淆定聯(lián)系，但卻是兩個(gè)不同的尺度，不能混淆起來(lái)。起來(lái)。v5.2.3.1 5.2.3.1 地震震級(jí)地震震級(jí)v地震震級(jí)地震震級(jí)：是表示地震本身大小的尺度，是由地震所釋?zhuān)菏潜硎镜卣鸨旧泶笮〉某叨龋怯傻卣鹚尫懦鰜?lái)的能量大小所決定

11、的。釋放能量大小可根據(jù)地震放出來(lái)的能量大小所決定的。釋放能量大小可根據(jù)地震波記錄圖的最高振幅來(lái)確定。但是由于波動(dòng)遠(yuǎn)離震中要波記錄圖的最高振幅來(lái)確定。但是由于波動(dòng)遠(yuǎn)離震中要衰減，不同地震儀器的性能不同，記錄的波動(dòng)振幅也不衰減，不同地震儀器的性能不同，記錄的波動(dòng)振幅也不同，所以必須以同，所以必須以標(biāo)準(zhǔn)地震儀和標(biāo)準(zhǔn)震中距標(biāo)準(zhǔn)地震儀和標(biāo)準(zhǔn)震中距的記錄為準(zhǔn)。的記錄為準(zhǔn)。因此，按李希特一古登堡的最初定義，震級(jí)是距震中因此，按李希特一古登堡的最初定義，震級(jí)是距震中100km100km的標(biāo)推地震儀的標(biāo)推地震儀( (周期周期0.8s0.8s，阻尼比，阻尼比0.80.8，放大倍率，放大倍率28002800倍倍)

12、)所記錄的以微米表示的最大振幅震對(duì)數(shù)值。所記錄的以微米表示的最大振幅震對(duì)數(shù)值。v地震裂度地震裂度：表示地震發(fā)生時(shí)對(duì)一個(gè)具體地點(diǎn)的實(shí)際震動(dòng)：表示地震發(fā)生時(shí)對(duì)一個(gè)具體地點(diǎn)的實(shí)際震動(dòng)的強(qiáng)弱程度。的強(qiáng)弱程度。v基本烈度基本烈度：指在今后一定時(shí)期內(nèi)，在一定地點(diǎn)的一般場(chǎng)：指在今后一定時(shí)期內(nèi)，在一定地點(diǎn)的一般場(chǎng)地可能遭受的最大烈度。地可能遭受的最大烈度。 v我國(guó)規(guī)定：v近震（震中距近震（震中距 1000km，用體波，用體波ML震級(jí)震級(jí) 實(shí)際地動(dòng)位移，其值地震記錄圖上量出實(shí)際地動(dòng)位移，其值地震記錄圖上量出 表示最大振幅除以地震儀的放大倍數(shù)。表示最大振幅除以地震儀的放大倍數(shù)。 起算函數(shù)起算函數(shù)遠(yuǎn)震（震中距遠(yuǎn)震（

13、震中距 1000km）用面波震級(jí)）用面波震級(jí)MS 為以為以 最大地動(dòng)位移值，最大地動(dòng)位移值，T為被測(cè)面波周期，為被測(cè)面波周期，c臺(tái)站校正值臺(tái)站校正值 面波起算函數(shù)面波起算函數(shù) RAMllgAm R cTAMs)/lg(Am)(v目前震級(jí)以面波震級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)目前震級(jí)以面波震級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)v震級(jí)與震源釋放能量的關(guān)系震級(jí)與震源釋放能量的關(guān)系v v M 5級(jí)破壞性地震級(jí)破壞性地震v 7級(jí)強(qiáng)烈地震級(jí)強(qiáng)烈地震08. 113. 1lMMsME5 . 18 .11lg烈度人的感覺(jué)一般房屋其它現(xiàn)象考物理指標(biāo)大多數(shù)房屋震害程度平均震害指數(shù)加速度/（CM/S2）（水平向）速度/（CM/S2）（水平向）I無(wú)感II室內(nèi)個(gè)別靜止中

14、的人感覺(jué)III室內(nèi)少數(shù)靜止中的人感覺(jué) 門(mén)、窗輕微作懸掛物微動(dòng)IV室內(nèi)多數(shù)人感覺(jué)，少數(shù)人夢(mèng)中驚醒 門(mén)窗作響懸掛物明顯擺動(dòng)，器皿作響V室內(nèi)普遍感覺(jué)，室外多數(shù)人感覺(jué)，多數(shù)人夢(mèng)中驚醒門(mén)窗、屋頂、屋架顫 動(dòng)作響，灰土掉落，抹灰出現(xiàn)微細(xì)裂縫不穩(wěn)定器翻倒31（2244）3（24）VI驚慌失措，倉(cāng)惶逃出損壞個(gè)別磚瓦掉落、墻體微細(xì)裂縫00.10河岸和松軟土上出現(xiàn)裂縫，飽和砂層出現(xiàn)噴砂冒水，地面上有的磚煙囪輕度裂縫、掉頭63（4589）6（59）VII大數(shù)多人倉(cāng)惶逃出輕度破壞局部破壞、開(kāi)裂，但不防礙使用0.110.30飽和砂層常見(jiàn)噴砂冒水，松軟土上地裂縫較多，大多數(shù)磚煙囪中等破壞125(90177)13(1018

15、)VIII搖晃顛簸，行走困難中等破壞結(jié)構(gòu)受損，需要修理0.310.50干硬土上變有裂縫，大多數(shù)磚囪嚴(yán)重破壞250(178353)25(1935)IX坐立不穩(wěn)，行動(dòng)的人可能摔跤嚴(yán)重破壞墻體龜裂，局部倒塌，修復(fù)困難0.510.70地方出現(xiàn)裂縫、基巖上可能出現(xiàn)裂縫、滑坡、坍方常見(jiàn)，磚煙囪出現(xiàn)倒塌500(354707)25(1935)X騎自行車(chē)的人會(huì)摔倒，處不穩(wěn)狀態(tài)的人會(huì)摔出幾尺遠(yuǎn)，有拋起感倒塌大部倒塌，不堪修復(fù)0.710.90山崩和地震斷裂出現(xiàn)，基巖上的拱橋破壞，大多數(shù)煙囪從根部破壞1000(7081414)100(72141)XI毀滅0.911.00地震斷裂延續(xù)很長(zhǎng)，山崩常見(jiàn)，基巖上的拱橋XII地

16、面劇烈變化，山河改觀(guān) 表52 中國(guó)地震烈度表(1980)v5.3 5.3 我國(guó)地震地質(zhì)的基本特征我國(guó)地震地質(zhì)的基本特征v 從震源機(jī)制的討論中已知，地震特別是淺源地震，從震源機(jī)制的討論中已知，地震特別是淺源地震，其產(chǎn)生多與其產(chǎn)生多與斷層錯(cuò)動(dòng)斷層錯(cuò)動(dòng)有關(guān)；有關(guān)；v 從大區(qū)域震源機(jī)制的研究可以確定區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)從大區(qū)域震源機(jī)制的研究可以確定區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的情況可得出，地震的分布和發(fā)生與的情況可得出，地震的分布和發(fā)生與大地構(gòu)造密切相關(guān)大地構(gòu)造密切相關(guān)。v 所以，用地質(zhì)學(xué)的方法探索可能發(fā)生破壞性地震的所以，用地質(zhì)學(xué)的方法探索可能發(fā)生破壞性地震的危險(xiǎn)構(gòu)造或活動(dòng)斷層，配合危險(xiǎn)構(gòu)造或活動(dòng)斷層，配合震源機(jī)制震源

17、機(jī)制的研究判定的研究判定區(qū)域構(gòu)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和發(fā)震斷層的錯(cuò)動(dòng)機(jī)制造應(yīng)力場(chǎng)和發(fā)震斷層的錯(cuò)動(dòng)機(jī)制，研究地層中存在的，研究地層中存在的古古地震現(xiàn)象地震現(xiàn)象，古地震活動(dòng)周期和震級(jí)，為地震中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)，古地震活動(dòng)周期和震級(jí)，為地震中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)和地震區(qū)劃提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料，就是和地震區(qū)劃提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料，就是地震地質(zhì)工作的基地震地質(zhì)工作的基本任務(wù)。本任務(wù)。v一一 世界范圍內(nèi)的主要地履帶及其形成的大地構(gòu)造世界范圍內(nèi)的主要地履帶及其形成的大地構(gòu)造環(huán)境環(huán)境v(1)環(huán)太平洋地震帶v 這是世界上最大的地震帶，在挾窄條帶內(nèi)震中密度也最大，全世界約80的淺源地震、90的中源地震和幾乎全部灤源地震集中于此帶，釋放的能量約為全世

18、界地震釋放能量的80。很早以前就已經(jīng)知道，此帶的震源深度有自島孤外線(xiàn)的深海溝向大陸內(nèi)部逐步加深的規(guī)律，并解釋為大陸與大洋之間的一條傾向大陸的大斷裂面(因512)。（2)地中海喜馬拉雅地震帶或歐亞地震帶v 僅次于環(huán)太平洋地震帶的第二大地震帶，震中分布較前者為分散，所以帶的寬度大且有分支。以淺源震為主，中源震在帕米爾、喜馬達(dá)雅有所分布，深源震主要分布于印尼島弧。環(huán)太平洋地震借以外的幾乎所有淺源、中源和大的淺源地震均發(fā)生于此帶，釋放能量約占全球地震能量的15。 (3)大洋海嶺地震帶v 主要呈線(xiàn)狀分布于各大洋的接近中部(圖513)，這一地震帶遠(yuǎn)離大陸是多為強(qiáng)震，所以以前未被人注意，60年代以前不把它作

19、為一個(gè)地震帶，海底擴(kuò)張和板塊構(gòu)造的發(fā)展才使人們注意到這一地震帶。這一帶的所有地震均產(chǎn)生于巖石圈內(nèi)，震源深度小于30 km，震級(jí)除少數(shù)例外均不超過(guò)5級(jí)。v 由于地幔物質(zhì)對(duì)流，運(yùn)載著其上的剛性板快運(yùn)移，因而造成了板塊增生帶、板塊消減帶和轉(zhuǎn)換斷層三個(gè)發(fā)震構(gòu)造帶。v二二 我國(guó)地震地質(zhì)的基本特征我國(guó)地震地質(zhì)的基本特征v1 我國(guó)強(qiáng)震空間分布及地震區(qū)帶劃分我國(guó)強(qiáng)震空間分布及地震區(qū)帶劃分v 我國(guó)大于6級(jí)的強(qiáng)震的空間分布極不均勻，大致以105度為界。西部地震廣泛分布，東部地震相對(duì)稀少，震級(jí)均未達(dá)到8級(jí)。在上述兩地震區(qū)域內(nèi)強(qiáng)震分布也是極不均勻的，東部域分布于華北及東南沿海一帶，而西部分布面積大，但塔里木、準(zhǔn)噶爾和

20、鄂爾多斯盆地等則地震分布較為零星。v 地震發(fā)震深度西部40-70km，東部20km，東南沿海僅10km.2.我國(guó)板塊邊緣地震區(qū)地震地質(zhì)特征我國(guó)板塊邊緣地震區(qū)地震地質(zhì)特征v（1)喜馬拉雅山南麓地震區(qū)v（2)臺(tái)灣地震區(qū)v（3)吉林東部深源地震區(qū)3.我國(guó)板內(nèi)活動(dòng)地震區(qū)地震構(gòu)造背景v中國(guó)大陸板塊內(nèi)部構(gòu)造活動(dòng)的基本形式為塊體運(yùn)動(dòng)?；顒?dòng)塊體的邊界被活動(dòng)斷裂、活動(dòng)盆地和活動(dòng)褶皺所圍。v級(jí)活動(dòng)地塊區(qū)：青藏地塊、西域、南華、滇緬、華北、和東北亞6個(gè)地塊。v5.4 地震區(qū)劃及地震危險(xiǎn)性分析地震區(qū)劃及地震危險(xiǎn)性分析v減輕地震災(zāi)害有兩種途徑。v 一種是地震預(yù)報(bào)地震預(yù)報(bào)，它是以地震發(fā)生前應(yīng)變能積累過(guò)程中地球物理場(chǎng)的變化

21、而出現(xiàn)的前兆和歷史地震活動(dòng)規(guī)律為依據(jù)，以短期內(nèi)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出地震發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度為主要目標(biāo)，以便人員及時(shí)撤離或其他防范措施。v v 另一種地震工程地震工程途徑，它是以地震地質(zhì)和地震活動(dòng)規(guī)律研究所做出的地震發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度、頻度的長(zhǎng)期預(yù)報(bào)為依據(jù)，經(jīng)濟(jì)、安全而又合理地規(guī)定新建工程的抗震設(shè)防技術(shù)措施，使所興建的工程能抗御未來(lái)發(fā)生的地震，即 “小震不壞，中震可修，大震不倒小震不壞，中震可修，大震不倒”，從而大大減輕人民生命財(cái)產(chǎn)在地震中的損失。v 按其工程階段可以分為地震危險(xiǎn)性分析與地震區(qū)劃、抗震規(guī)范、抗震設(shè)計(jì)、抗震鑒定和加固和抗震救災(zāi)五個(gè)部分。表5-27。v一一 地震區(qū)劃、地震危險(xiǎn)性分析的原則和

22、方法地震區(qū)劃、地震危險(xiǎn)性分析的原則和方法v地震區(qū)劃地震區(qū)劃是針對(duì)量大面廣的一般工程需要給出的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),重大工程的抗震設(shè)計(jì),需要考慮場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件及其局部影響因素.v地震小區(qū)劃地震小區(qū)劃是根據(jù)具體場(chǎng)地條件給出小范圍內(nèi)今后可能發(fā)生的地震影響分布v第一代地震區(qū)劃圖第一代地震區(qū)劃圖:1957年編制了中國(guó)地震烈度區(qū)域劃分圖，以烈度作為地震危險(xiǎn)性標(biāo)志。當(dāng)時(shí)評(píng)定各地基本烈度的兩條主要原則是：v （1）曾經(jīng)發(fā)生過(guò)地震的地區(qū)，同樣強(qiáng)度的地震可以重演，或簡(jiǎn)稱(chēng)歷史地震重演；v （2）地質(zhì)構(gòu)造（或地質(zhì)特征）相同的地區(qū)，地震活動(dòng)也可能相同，或簡(jiǎn)稱(chēng)構(gòu)造外推，同一構(gòu)造地震帶可以發(fā)生相同強(qiáng)度的地震。v1977年國(guó)家地

23、震局又編制和發(fā)表了第二代地震區(qū)劃圖。該圖繪制了我國(guó)各地未來(lái)100年內(nèi)可能遭受的最大烈度，稱(chēng)為地震基本烈度（在今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)（一般取100年）在一定地點(diǎn)的一般場(chǎng)地條件下可能遇到的最大烈度）。v 編圖原則編圖原則是在總結(jié)地震地質(zhì)背景、地震活動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上充分考慮地震活動(dòng)的時(shí)間非平穩(wěn)性（即平靜期和活躍期之分）和空間非均勻性（強(qiáng)震發(fā)生于一定構(gòu)造部位），明確確定某地未來(lái)百年內(nèi)發(fā)生地震的危險(xiǎn)性。v 編圖方法編圖方法是先判定各地震區(qū)，編制出以最大可能震級(jí)為標(biāo)志的地震活動(dòng)區(qū)劃圖，再根據(jù)我國(guó)歷史地震震級(jí)和震中烈度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，將各級(jí)地震危險(xiǎn)區(qū)換算成相應(yīng)的震中烈度，地震影響烈度及其分布范圍，則可根據(jù)所在地震區(qū)、帶的

24、烈度衰減統(tǒng)計(jì)規(guī)律圈定。v第三代區(qū)劃圖第三代區(qū)劃圖 :采用地震危險(xiǎn)性概率分析法編制,圖上所示的地震烈度值系指50年期限內(nèi)，一般場(chǎng)地條件可能遭遇的地震事件中超過(guò)概率10%所對(duì)應(yīng)的烈度區(qū),是目前國(guó)際上普遍采用的一般建筑物抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn).該區(qū)劃吸收三個(gè)方面的成果,(1) 采用地震危險(xiǎn)性分析概率法,(2)反映了中國(guó)各個(gè)地區(qū)的地震活動(dòng)時(shí)、空不均勻性。（3）吸收了地震預(yù)測(cè)方面 的科研成果。v第四代區(qū)劃圖第四代區(qū)劃圖：第三代區(qū)劃圖使用的資料截止到1986年，區(qū)劃圖上的參數(shù)以地震烈度來(lái)表達(dá)。90年代高速發(fā)展，減輕震害最有效的途徑是在正確預(yù)測(cè)地震活動(dòng)基礎(chǔ)上，制定合理的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。編制完成以地震動(dòng)參數(shù)表示的、綜合反

25、映場(chǎng)地影響和地震環(huán)境特點(diǎn)的適用一般的抗震設(shè)防區(qū)劃圖v第五代區(qū)劃圖第五代區(qū)劃圖：首先考慮將抗倒塌地震動(dòng)參數(shù)作為編圖的基準(zhǔn)，保證抗倒塌水準(zhǔn)的地震動(dòng)參數(shù)的科學(xué)性和合理性。v最終將全國(guó)區(qū)劃為X，IX，VIII，VII，VI及VI類(lèi)地震危險(xiǎn)區(qū)。v第三代地震區(qū)劃圖（地震危險(xiǎn)性概率分析）63.2%10%2-3%眾值烈度基本烈度罕見(jiàn)烈度二、地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)二、地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)v地震烈度區(qū)劃圖與地震動(dòng)參數(shù)圖均為全國(guó)范地震烈度區(qū)劃圖與地震動(dòng)參數(shù)圖均為全國(guó)范圍的小比例尺圖件，只能供國(guó)家建設(shè)規(guī)劃和圍的小比例尺圖件，只能供國(guó)家建設(shè)規(guī)劃和中小型建設(shè)工程抗震設(shè)計(jì)使用。中小型建設(shè)工程抗震設(shè)計(jì)使用。v對(duì)大型工程必須對(duì)工程場(chǎng)地（大致

26、以工程場(chǎng)對(duì)大型工程必須對(duì)工程場(chǎng)地（大致以工程場(chǎng)地為中心、以地為中心、以4km4km為半徑的范圍為半徑的范圍) )進(jìn)行地震危進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析、或稱(chēng)工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)。險(xiǎn)性分析、或稱(chēng)工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)。v5.5 場(chǎng)地地震反應(yīng)及地震小區(qū)劃場(chǎng)地地震反應(yīng)及地震小區(qū)劃v一、場(chǎng)地地震效應(yīng)及地震小區(qū)劃類(lèi)型一、場(chǎng)地地震效應(yīng)及地震小區(qū)劃類(lèi)型v（一（一) 、場(chǎng)地破壞效應(yīng)、場(chǎng)地破壞效應(yīng)v （1）地面破壞效應(yīng)）地面破壞效應(yīng)v （2）地基失效：）地基失效：v （3）斜坡破壞效應(yīng)）斜坡破壞效應(yīng)薩爾瓦多地震引發(fā)泥石流薩爾瓦多地震引發(fā)泥石流1200多人遇難多人遇難 不不同同地地質(zhì)質(zhì)條條件件下下地地基基失失效效造造成成

27、的的建建筑筑物物破破壞壞 v（二（二). . 強(qiáng)烈地震動(dòng)的破壞強(qiáng)烈地震動(dòng)的破壞v強(qiáng)烈地震動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)破壞的倒塌是造成大量生強(qiáng)烈地震動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)破壞的倒塌是造成大量生命財(cái)產(chǎn)損失的的最普遍和最主要的原因。命財(cái)產(chǎn)損失的的最普遍和最主要的原因。v 地震動(dòng)參數(shù)：v (1).振幅：通常指地面最大加速度amax，最大速度Vmax或最大位移dmaxv (2).頻譜：地震地面運(yùn)動(dòng)周期與建筑物的自震周期呈三種不同的關(guān)系：v (3).持續(xù)時(shí)間v二二 場(chǎng)地條件對(duì)震害和地震動(dòng)的影響場(chǎng)地條件對(duì)震害和地震動(dòng)的影響v 場(chǎng)地條件一般指局部地形地質(zhì)條件，如近地表幾十米至幾百米內(nèi)的地基土石性質(zhì)、地下水水位等水文地質(zhì)條件，微地形以及

28、有無(wú)斷層破碎帶等。v1. 1. 基巖上地震動(dòng)幅值小、持續(xù)短、震害輕基巖上地震動(dòng)幅值小、持續(xù)短、震害輕v2. 2. 深厚覆蓋層上地震動(dòng)周期長(zhǎng)深厚覆蓋層上地震動(dòng)周期長(zhǎng)v 某些周期的地震波傳到第四紀(jì)地層之后,這些松軟的土層就對(duì)地震波產(chǎn)生反射、折射，使得波產(chǎn)生疊加而增強(qiáng)，（不同的土層對(duì)波有選擇放大作用）在這類(lèi)波周期的長(zhǎng)易與建筑物產(chǎn)生共振，這些波就是該該層土的卓越周期卓越周期。v v 基巖的震動(dòng)周期約為基巖的震動(dòng)周期約為0.15s,v 更新統(tǒng)堅(jiān)實(shí)土層為更新統(tǒng)堅(jiān)實(shí)土層為0.2-0.5s，v 全新統(tǒng)較松散軟土層全新統(tǒng)較松散軟土層0.3-0.8s，v 巨厚松散軟土層為巨厚松散軟土層為0.5-1.1s。v土層的

29、卓越周期T可由表土層剪切振動(dòng)微分方程導(dǎo)出:svHT4v3. 非發(fā)震斷層對(duì)震害無(wú)明顯影響非發(fā)震斷層對(duì)震害無(wú)明顯影響v4. 4. 局部地形對(duì)震害影響顯著局部地形對(duì)震害影響顯著v 突出孤立的地形使地震動(dòng)加強(qiáng)，突出孤立的地形使地震動(dòng)加強(qiáng)，v 低洼溝谷使地震動(dòng)減弱。低洼溝谷使地震動(dòng)減弱。v5. 5. 砂土液化對(duì)震害的影響有雙重性砂土液化對(duì)震害的影響有雙重性 v5.5.3 我國(guó)的地震小區(qū)劃及其演進(jìn)我國(guó)的地震小區(qū)劃及其演進(jìn)v地震小區(qū)劃的目的：地震小區(qū)劃的目的：預(yù)測(cè)某一城市或廠(chǎng)礦范圍內(nèi)可預(yù)測(cè)某一城市或廠(chǎng)礦范圍內(nèi)可能遭遇到的地震破壞作用的分布。能遭遇到的地震破壞作用的分布。v地震小區(qū)劃的具體任務(wù)：地震小區(qū)劃的具

30、體任務(wù)：1.為一般工程和重要工程為一般工程和重要工程的抗震設(shè)計(jì)提供地震動(dòng)參數(shù)的抗震設(shè)計(jì)提供地震動(dòng)參數(shù)2.為城市和廠(chǎng)礦與土地為城市和廠(chǎng)礦與土地利用規(guī)劃的制定提供基礎(chǔ)資料；利用規(guī)劃的制定提供基礎(chǔ)資料；3.為震害預(yù)測(cè)和減為震害預(yù)測(cè)和減災(zāi)防災(zāi)措施的制定提供基礎(chǔ)資料。災(zāi)防災(zāi)措施的制定提供基礎(chǔ)資料。v結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析地震小區(qū)劃地震小區(qū)劃v靜力反應(yīng)分析靜力反應(yīng)分析 靜力調(diào)整烈度小區(qū)劃靜力調(diào)整烈度小區(qū)劃v準(zhǔn)動(dòng)力的反應(yīng)譜準(zhǔn)動(dòng)力的反應(yīng)譜 準(zhǔn)動(dòng)力調(diào)整反應(yīng)譜小區(qū)劃準(zhǔn)動(dòng)力調(diào)整反應(yīng)譜小區(qū)劃v動(dòng)力的反應(yīng)譜動(dòng)力的反應(yīng)譜 設(shè)計(jì)地震動(dòng)小區(qū)劃設(shè)計(jì)地震動(dòng)小區(qū)劃v1. 調(diào)整烈度小區(qū)劃調(diào)整烈度小區(qū)劃 v 區(qū)劃方法是將場(chǎng)地

31、劃分為邊長(zhǎng)300一2000m的方格每格內(nèi)應(yīng)有一代表性地層剖面和地下水埋深資科。然后根據(jù)地基土層的地震剛度(彈性坡傳播速度與密度之積)、地下水位的深淺和土層共振特性的不同，確定每格內(nèi)的烈度增量值。wkp 動(dòng)力系數(shù)動(dòng)力系數(shù)是按反應(yīng)譜理論進(jìn)行建筑物抗震設(shè)計(jì)的基本參數(shù)。它表示不同自振周期的單質(zhì)點(diǎn)彈性結(jié)構(gòu)在水平地震力作用下的最大加速度反應(yīng)與地面最大加速度的比值 不同阻尼時(shí)的加速度反應(yīng)譜不同阻尼時(shí)的加速度反應(yīng)譜 強(qiáng)震觀(guān)測(cè)記錄，震害經(jīng)驗(yàn)積累加上電子計(jì)算技術(shù)，強(qiáng)震觀(guān)測(cè)記錄，震害經(jīng)驗(yàn)積累加上電子計(jì)算技術(shù)，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)數(shù)值分析。結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)數(shù)值分析。v5.6 地震區(qū)劃抗震設(shè)計(jì)原則地震區(qū)劃抗震設(shè)計(jì)原則v 5.65.

32、61 1 選擇場(chǎng)地和地基選擇場(chǎng)地和地基v 選擇對(duì)抗震設(shè)計(jì)有利的場(chǎng)地和地基是抗震設(shè)計(jì)中最重要的一環(huán)。最主要的有：v (1)盡可能避開(kāi)產(chǎn)生強(qiáng)烈地基失效及其它加重震害地面效應(yīng)的場(chǎng)地或地基.v 用于這類(lèi)場(chǎng)地或地基的主要有：活斷層帶可能產(chǎn)生地震液化的砂層或強(qiáng)烈沉降的淤泥層，厚填土層，可能產(chǎn)生不均勻沉降的地基以及可能受地震引起的崩塌、滑坡等斜坡效應(yīng)影響的地區(qū)，如陡山坡、斜坡及河坎旁。v v(2)考慮到地基土石的卓越周期和建筑物的自振周期，盡可能避免結(jié)構(gòu)與地基土石之間產(chǎn)生共振。也就是自振周期長(zhǎng)的建筑物盡可能不建在深厚松軟沉積之上，而剛性建筑物則不建于卓越周期短的地基上。v v(3)巖溶地區(qū)地下不深處有大溶洞

33、，地震時(shí)可能塌陷的地區(qū)不宜作為場(chǎng)地。v v(4)避免以加重震害的孤立突出地形作為建筑場(chǎng)地。v 對(duì)抗震有利的場(chǎng)地條件是；地形開(kāi)闊平坦；基巖地區(qū)巖性均一堅(jiān)硬或上有較薄的覆蓋層；若為較厚的覆蓋層則應(yīng)較密實(shí)；地下水埋藏較深；崩塌、滑波泥石流等不發(fā)育。v5 56 62 2 選探適宜的持力層和基礎(chǔ)方案選探適宜的持力層和基礎(chǔ)方案v 場(chǎng)地如已選定，即應(yīng)根據(jù)詳細(xì)查明的場(chǎng)地內(nèi)地質(zhì)條件，為各類(lèi)不同建筑物選擇適宜的持力層和基礎(chǔ)方案。 (1) 在地震區(qū)的松散層上進(jìn)行建筑，有地下室的深基在地震區(qū)的松散層上進(jìn)行建筑，有地下室的深基礎(chǔ)有利；礎(chǔ)有利； 如采用樁基應(yīng)為支撐樁而不能用摩擦樁，且樁基不能改變地基土的類(lèi)別； 高層建筑物

34、以采用達(dá)到良好持力層的管樁基礎(chǔ)為宜，有的資料認(rèn)為圓柱形薄殼基礎(chǔ)能大大提高地基承強(qiáng)力和減少基礎(chǔ)變形，對(duì)抗震有利；v在易于產(chǎn)生不均勻沉降的地基上以采用鋼筋混疑土條形基礎(chǔ)或筏式基礎(chǔ)為宜。v 5.6.3 5.6.3 建筑物合理布置和結(jié)構(gòu)選型建筑物合理布置和結(jié)構(gòu)選型v一一 工業(yè)民用建筑物工業(yè)民用建筑物v1.選擇有利抗震的平面和立面是抗震設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，盡量使建筑物的質(zhì)量中心和剛度中心重合，平面上選擇矩形、方形、圓形或其它沒(méi)有凸出凹進(jìn)的形狀，立面上各部分層數(shù)盡量一致。v 2減輕重量、降低重心，加強(qiáng)整體性使各部分、各構(gòu)件之間有足夠的剛度和強(qiáng)度。v v (1)屋架(梁)與柱的連接處，除柱頂用榫還應(yīng)加角撐(斜撐

35、)或夾板(圖554)。v (2)增加剪刀撐(圖555)或每柱間支撐或柱間砌實(shí)心墻以保證必要的縱向剛度。v (3)木柱柱腳宜用鐵件與基礎(chǔ)固定，連接宜用螺栓。v (4)所有連接的支撐、斜呈撐、夾板等均應(yīng)用螺栓連接，不宜用釘結(jié)合。 v主要抗震措施為加強(qiáng)墻體之間及墻與樓、蓋板之間主要抗震措施為加強(qiáng)墻體之間及墻與樓、蓋板之間的整體性。的整體性。v在VIII度區(qū)在這些部位應(yīng)每隔一定高度于灰縫內(nèi)配置拉接鋼筋拉接鋼筋。設(shè)置抗震圈梁是加強(qiáng)房屋整體性、加固各部分墻體連接的有效措施，國(guó)內(nèi)外震害調(diào)查證明，不設(shè)置圈梁房屋破壞率比有圈梁者高多倍。v 圈梁圈梁盡量設(shè)在樓蓋板周?chē)顾蔀闃巧w板周?chē)?，以加?qiáng)水平向整體性，v5

36、 56 63.23.2水工建筑物水工建筑物v 1選擇壩型v 選擇抗震性能良好的壩型是很重要的。主要震害形式如下。v 土石壩土石壩：以堆石壩抗震性能最好。v例如美國(guó)的卡斯泰克壩(高104m)，在197I年圣費(fèi)爾南多地震時(shí)距震中32km壩址加速度水平達(dá)0.39g，垂直0.18g壩體未受損壞。墨西哥的英菲爾尼羅壩(高149m)于19641966年遭受三次IV-VIII地震，壩體未受損害。日本御母衣壩(高131m)1961年遭受VIII度以上強(qiáng)震除壩頂沉陷，向下游位移5cm外，壩體基本完好。v 沖填土壩沖填土壩抗震性能較差，比較容易產(chǎn)生壩坡滑坡、壩頂裂縫、嚴(yán)重者能潰決。v 混凝土壩：以重力壩及拱壩整體

37、性強(qiáng)抗震性能良好，而大頭壩和連拱壩等，因側(cè)向剛度不足抗震性能較差。v (2)工程措施v 土石壩應(yīng)防止地基失穩(wěn)，提高壩體壓實(shí)度，降低浸潤(rùn)曲線(xiàn)，以防壩體滑坡，適當(dāng)增加壩頂寬和壩頂超高，以防涌浪和潰決。v 混凝土壩中的重力壩和大頭壩應(yīng)適當(dāng)增加壩體頂部剛度，頂部破折宜取弧形，壩面和壩墩頂部的幾何形狀應(yīng)盡量平緩、避免突變以減少應(yīng)力集中。支墩壩應(yīng)盡可能增加整體性，增強(qiáng)側(cè)向剛度。拱壩應(yīng)注意拱頂兩岸巖體的穩(wěn)定性。拱頂附屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力求輕型、簡(jiǎn)單、整體性好并加強(qiáng)連接部位。三三 設(shè)計(jì)地震動(dòng)反應(yīng)譜確定的規(guī)范方法設(shè)計(jì)地震動(dòng)反應(yīng)譜確定的規(guī)范方法設(shè)計(jì)地震動(dòng)是通過(guò)對(duì)地震環(huán)境和場(chǎng)地環(huán)境的分析判斷和分類(lèi)方設(shè)計(jì)地震動(dòng)是通過(guò)對(duì)地震環(huán)境

38、和場(chǎng)地環(huán)境的分析判斷和分類(lèi)方法確定。法確定。工程勘察單位至少提供：工程勘察單位至少提供： 設(shè)計(jì)基本地震加速度和設(shè)計(jì)特征周期設(shè)計(jì)基本地震加速度和設(shè)計(jì)特征周期 場(chǎng)地環(huán)境：覆蓋層厚度、剪切波速、土層鉆孔資料場(chǎng)地環(huán)境：覆蓋層厚度、剪切波速、土層鉆孔資料1.設(shè)計(jì)基本地震加速度和設(shè)計(jì)特征周期設(shè)計(jì)基本地震加速度和設(shè)計(jì)特征周期根據(jù)場(chǎng)地在中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖上的位置判斷確定根據(jù)場(chǎng)地在中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖上的位置判斷確定。63 . 005. 09 . 02010版抗震規(guī)范32405. 002. 016 . 108. 005. 0122010版抗震規(guī)范v水平地震影響系數(shù)水平地震影響系數(shù)是多次地震作用下不同周期相同阻

39、尼比的理想簡(jiǎn)化的單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)與重力加速度之比，是多次地震反應(yīng)的包絡(luò)線(xiàn)是所謂標(biāo)準(zhǔn)反映譜?？拐鹪O(shè)防烈度6789設(shè)計(jì)基本地震加速度0.05 1.0（0.15） 0.2（0.30）0.4土層剪切波速的測(cè)量應(yīng)符合下列要求土層剪切波速的測(cè)量應(yīng)符合下列要求:1 在場(chǎng)地初步勘察階段對(duì)大面積的同一地質(zhì)單元測(cè)量土在場(chǎng)地初步勘察階段對(duì)大面積的同一地質(zhì)單元測(cè)量土層剪切波速的鉆孔數(shù)量不宜少于層剪切波速的鉆孔數(shù)量不宜少于3。2 在場(chǎng)地詳細(xì)勘察階段對(duì)單幢建筑測(cè)量土層剪切波速的在場(chǎng)地詳細(xì)勘察階段對(duì)單幢建筑測(cè)量土層剪切波速的鉆孔數(shù)量不宜少于鉆孔數(shù)量不宜少于2 個(gè)數(shù)據(jù)變化較大時(shí)可適量增加對(duì)個(gè)數(shù)據(jù)變化較大時(shí)可適量增加對(duì)小區(qū)中處于同一地質(zhì)單元的密集高層建筑群測(cè)量土層小區(qū)中處于同一地質(zhì)單元的密集高層建筑群測(cè)量土層剪切波速的鉆孔數(shù)量可適量減少但每幢高層建筑下不剪切