第一章地震工程學(xué)概論講稿

地下工程抗減震設(shè)計(jì)原理主要內(nèi)容：1、地震工程學(xué)概論2、地下結(jié)構(gòu)的震害分析（中國、日本、土耳其、臺(tái)灣地震）3、地下結(jié)構(gòu)物的震動(dòng)特性（包括地層及地下結(jié)構(gòu)物橫、縱方向的振動(dòng)特性）4、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)5、反應(yīng)位移法6、沉管隧道的抗減震設(shè)計(jì)7、盾構(gòu)隧道的抗減震設(shè)計(jì)8、豎直地下結(jié)構(gòu)的抗減震設(shè)計(jì)9、地下結(jié)構(gòu)的減震措施教學(xué)日歷

第一章

地震工程學(xué)概述一、地球的構(gòu)造1．地殼2．地幔3．地核二、地震的分類

（1）構(gòu)造地震（由于地殼的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得地殼的巖層在其薄弱部位突然發(fā)生斷裂、錯(cuò)動(dòng)而引起的地震）（2）火山地震（火山的噴發(fā)、震動(dòng)引起）（4）誘發(fā)地震（由建造水庫，向地下注液或從地下抽液，大型的采礦活動(dòng)，工程爆破等足以破壞地應(yīng)力平衡的人為干擾引起。）（3）陷落地震（地殼下空洞的自然塌陷引起）1、按地震成因分：2．構(gòu)造地震成因

構(gòu)造地震形成示意圖3．地震序列地震序列:

在一定時(shí)間內(nèi)相繼發(fā)生在巖層破碎地帶的一系列大小地震。主震:

某一序列地震中，最大的一次地震。前震：主震之前的地震。余震：主震之后的地震。4．常用術(shù)語地表建筑物震中距震源距震中震源極震區(qū)震源深度術(shù)語解釋圖震源：地層構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，發(fā)生巖層斷裂、錯(cuò)動(dòng)的地方。震中：震源正上方的地面位置。震中距：建筑物到震中之間的距離。震源距：建筑物到震源之間的距離。震源深度：震中到震源的垂直距離。淺源地震：震源深度在60km以內(nèi)，釋放能量占全年地震的85%中源地震：震源深度在60~300km，占12%深源地震：震源深度大于300km，占3%極震區(qū)：在震中附近，振動(dòng)最劇烈、破壞最嚴(yán)重的地區(qū)。地表建筑物震中距震源距震中震源極震區(qū)震源深度地震術(shù)語示意圖三、地震的分布（1）時(shí)間分布：小地震雜亂無章，大地震有一定周期。統(tǒng)計(jì)表明：日本關(guān)東地區(qū)的大地震發(fā)生大約11年為周期；我國東南沿海地區(qū)的大地震發(fā)生周期為300—400年。（2）空間分布：小地震無規(guī)律可循，較大地震的震中呈條狀分布，且基本上是沿板塊的邊緣分布。全球地震帶：地震帶主要分布在環(huán)太平洋帶，阿爾卑斯—喜馬拉雅帶，大西洋中脊和印度洋中脊上?？偟膩碚f，地震主要發(fā)生在洋脊和裂谷、海溝、轉(zhuǎn)換斷層和大陸內(nèi)部的古板塊邊緣等構(gòu)造活動(dòng)中國地震帶：四、地震的命名地震按發(fā)生的年號(hào)+主要的地域命名。如：2008年5.12四川汶川大地震1976年中國唐山地震；1995年日本兵庫縣南部地震；1999年土耳其地震等。五、地震所造成的破壞1．地表破壞（1）山石崩裂（2）滑坡、塌方（3）噴砂冒水（4）地面下沉(或稱為震陷)（5）地裂縫2．工程結(jié)構(gòu)破壞（1）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足引起的破壞（2）結(jié)構(gòu)塑性變形能力不足引起的破壞（3）結(jié)構(gòu)喪失整體穩(wěn)定性而引起的破壞（4）地基失效引起的破壞3．次生災(zāi)害水災(zāi)、火災(zāi)、毒氣污染、海嘯六、地震波1．地震波定義：由震源釋放出來的地震能量是以波的形式向四周的地面?zhèn)鞑サ?，這種波稱為地震波。它是一種彈性波，可分為體波和面波。（1）體波定義：在地殼內(nèi)部傳播的地震波稱為體波?？煞譃榭v波和橫波?？v波（P波）

：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與波傳播方向相同，又稱壓縮波。特點(diǎn)：周期較短，振幅較小橫波（S波）

：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與波傳播方向垂直，又稱剪切波。特點(diǎn)：周期較長，振幅較大波長質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向波前進(jìn)方向（a）縱波體波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)形式波前進(jìn)方向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向（b）橫波六、地震波縱波波速為：橫波波速為：式中E——介質(zhì)的彈性模量；G——介質(zhì)的剪切模量；——介質(zhì)的密度；——介質(zhì)的泊松比。一般情況下，可以取泊松比＝0.22，則：

Vp=1.67Vs

通常，縱波稱為P波(即Primary，初波)，橫波稱為S波(即Secondary，次波)。P波速度比S波速度快，總是率先到達(dá)。假定地球介質(zhì)為彈性各向同性，根據(jù)彈性波動(dòng)理論得到：六、地震波（2）面波：是體波經(jīng)地層界面多次反射后形成的次生波，它只沿地球表面?zhèn)鞑?。特點(diǎn)：振幅大，周期長，波速約為橫波波速的0.9倍可分為瑞雷波（Rayleigh波）和樂甫波（Love波）（a）

R波：在地面上呈滾動(dòng)形式。（b）

L波：在地面上呈蛇形運(yùn)動(dòng)形式。六、地震波當(dāng)震源離記錄地點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，可以觀察到：（1）縱波首先到達(dá)，其振幅很小，周期也短；（2）橫波其次到達(dá)，橫波到達(dá)后，振幅與周期都明顯放大；（3）面波到達(dá)后，所記錄的地震波的振幅陡然放大。地震波記錄圖六、地震波（3）地震記錄地震記錄：在工程抗震領(lǐng)域，主要是指地震時(shí)的地面運(yùn)動(dòng)加速度記錄。一條完整的加速度記錄：通常包括東西、南北、上下三個(gè)方向的地面運(yùn)動(dòng)加速度分量。地震加速度記錄三要素：1）加速度峰值

2）頻譜特性

3）地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間六、地震波七、地震強(qiáng)度指標(biāo)（震級(jí)）1、地震強(qiáng)度通常用震級(jí)和烈度來衡量。2、震級(jí)（Magnitude）是表示地震本身大小的尺度。它與震源所釋放的能量的大小有關(guān)。目前，國際上通用的是里氏震級(jí)，它等于標(biāo)準(zhǔn)地震儀記錄到的地面最大水平位移（微米）的常用對(duì)數(shù)。七、地震強(qiáng)度指標(biāo)3、震級(jí)M與震源釋放的能量E（爾格）間有下列經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：4、震級(jí)相差一級(jí)，地震所釋放的能量相差31.6倍。七、地震強(qiáng)度指標(biāo)2級(jí)以下的地震稱為微震；2--4級(jí)地震為有感地震；5級(jí)以上的地震稱為破壞性地震；7級(jí)以上的地震為強(qiáng)烈地震或大地震。8級(jí)以上屬于特大地震，不多見。目前世界上已記錄到的最大地震震級(jí)為1960年5月智利發(fā)生的8.9級(jí)。七、地震強(qiáng)度指標(biāo)（烈度）1、地震烈度（Intensity）是度量某一地區(qū)地面和建筑物遭受一次地震影響的強(qiáng)弱程度。對(duì)應(yīng)于一次地震a．震級(jí)只有一個(gè)b．烈度隨震中距離的遠(yuǎn)近而有所不同烈度與震級(jí)大小、震源深度、震中距離有關(guān)、還與該地區(qū)地層的土質(zhì)及該地區(qū)的地形地貌有關(guān)。七、地震強(qiáng)度指標(biāo)（烈度）2、烈度是一個(gè)定性指標(biāo)，我國目前采用1999年頒布的《中國地震烈度表》。3．地震烈度表地震烈度表：是評(píng)定地震烈度大小的標(biāo)準(zhǔn)和尺度。我國地震烈度：分12度1999中國地震烈度表Ⅰ度－Ⅴ度以地面上人的感覺及其他震害現(xiàn)象為主；Ⅵ度－Ⅹ度以房屋震害和其他震害現(xiàn)象綜合考慮為主，人的感覺僅供參考；Ⅺ度－Ⅻ度以地表震害現(xiàn)象為主。工程抗震設(shè)防的依據(jù)一般采用烈度，目前的發(fā)展趨勢是直接采用地面運(yùn)動(dòng)加速度。八、抗震設(shè)防烈度1、一般采用基本烈度來表明某地區(qū)可能遭遇到的地震強(qiáng)度。2、基本烈度是指未來50年內(nèi)在一般場地條件下可能遭遇的超越概率為10%的地震烈度值。3、設(shè)防烈度一般采用基本烈度,重要城市采用基本烈度加1。4、規(guī)定：抗震設(shè)防烈度為6度及以上時(shí)，必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。（成都：7度，北京：8度）5、地震烈度區(qū)劃圖：是指在地圖上按地震基本烈度的差異劃分出不同區(qū)域的圖。小震：多遇烈度時(shí)的地震，50年超越概率63.2%中震：基本烈度時(shí)的地震，50年超越概率10%大震：罕遇烈度時(shí)的地震，50年超越概率2~3%三種烈度的超越概率示意圖要求查閱：

2001年

《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》---地面運(yùn)動(dòng)加速度1999年中國地震烈度表1990年

《中國地震烈度區(qū)劃圖》---基本烈度十、工程結(jié)構(gòu)的抗減震設(shè)計(jì)概念

1、以減輕地震災(zāi)害為目的的工程理論和實(shí)踐稱為工程抗減震。2、對(duì)地震區(qū)的工程結(jié)構(gòu)依據(jù)工程抗減震的要求進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，稱為工程抗減震設(shè)計(jì)。一般包括三方面：（1）抗減震概念設(shè)計(jì)；（2）抗減震結(jié)構(gòu)計(jì)算；（3）抗減震構(gòu)造措施。工程結(jié)構(gòu)的抗減震設(shè)計(jì)概念

1、抗減震概念設(shè)計(jì)：指基于震害經(jīng)驗(yàn)建立的抗減震基本設(shè)計(jì)原則和思想。2、抗減震結(jié)構(gòu)計(jì)算：分析地震作用，計(jì)算確定工程結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的地震效應(yīng)，即在地震作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力和變形。3、抗減震構(gòu)造措