活斷層和地震工程地質(zhì)研究課件

第五章活斷層和地震工程地質(zhì)研究

第七章活斷層和地震工程地質(zhì)研究活斷層和地震是兩種密切相關(guān)的工程動力地質(zhì)作用，它們對工程建筑物的影響范圍較大，是區(qū)域性的，而且往往突然發(fā)生，釀成嚴重災(zāi)害。在工程地質(zhì)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)，將由活斷層和地震活動所產(chǎn)生的工程地質(zhì)問題稱為區(qū)域地殼穩(wěn)定性問題。斷層活動不僅可以引起地震，而且還會導(dǎo)致工程建筑物的直接損害。地震活動，特別是強烈地震，往往會造成災(zāi)害性損失。例如1976年唐山7.8級地震，使該市市區(qū)夷為廢墟，死亡24萬人。為了保證建筑物的安全和正常運用，工程場地應(yīng)盡可能選擇在區(qū)域地殼穩(wěn)定性較好的地方，應(yīng)盡量地避開那些斷裂、地震活動影響強烈的地帶。因此，活斷層和地震是工程地質(zhì)學(xué)研究的重要課題之一。第一節(jié)活斷層一、含義活斷層：目前還在持續(xù)活動的斷層，或在歷史時期或近期地質(zhì)時期活動過，極可能在不遠的將來重新活動的斷層。后一種情況也可稱為潛在活斷層。近期地質(zhì)時期：A.全新世以來（1.1萬年）B.3.5萬年以來（C14測試）C.晚更新世之后（10萬年）D.中更新世中期以來（50萬年）E.第四紀以來（250萬年）二、活斷層分類

按年代劃分按規(guī)模劃分按活動性質(zhì)走潛斷層（平移斷層）逆斷層正斷層按活動變形速率按活動性：粘滑蠕滑三、活動斷層判別標志（一）（一）地質(zhì)類1.地層方面第四紀地層被錯開沉積物厚度變化2.地貌方面高山平地界線斷崖、三角面錯開階地或洪積扇河流、溝谷錯開沿斷層帶滑坡、泥石流帶狀分布衛(wèi)片、航片上線狀分析現(xiàn)象三、活動斷層判別標志（二）3.水文地質(zhì)方面泉水、濕地沿斷層帶呈帶狀分布（二）歷史地震、地表錯斷類標志1.沿某一斷裂帶有地震發(fā)生2.地表錯斷（三）儀器監(jiān)測類標志地形變地球物理場特征地球化學(xué)場特征地應(yīng)力場特征四、活斷層帶工程地質(zhì)調(diào)查研究（一）調(diào)查研究的內(nèi)容（二）調(diào)查研究的方法1.區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的分析、研究區(qū)域地質(zhì)資料分析航衛(wèi)片分析深部地球物理勘探資料2.斷裂帶的勘察研究斷裂帶的地質(zhì)勘察斷裂帶的活動性研究活動年齡的測定3.活動速率研究跨斷層埋伸長計短水準、短基線測量衛(wèi)星遙感測量4.微震監(jiān)測5.地應(yīng)力測量6.物理模擬、數(shù)值模擬四、活斷層區(qū)工程選址、設(shè)計（一）選址1.盡可能避開活斷層2.盡可能避開主斷層帶、斷層主動盤（二）設(shè)計1.選型2.建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計第二節(jié)地震的工程地質(zhì)研究一、含義在地殼表層因彈性波傳播所引起的振動稱為地震。（一）類型劃分1.按成因分類按其成因可分為構(gòu)造地震、火山地震和陷落地震。人類工程活動如采礦、水庫蓄水、深井注水、地下核爆炸也可誘發(fā)地震。2.按震源深度：彈性波的地下發(fā)源地為震源，震源在地面上的垂直投影為震中，震中到震源的距離為震源深度。>300m深源地震；300－70m中源地震；<70m淺源地震3.強度（震級）(M)<2M微震；2-4M有感地震；>5M破壞性地震；>7M強烈地震（二）震級（M)地震震級是衡量地震本身大小的尺度，由地震所釋放出來的能量大小來衡量。A－最大振幅（三）烈度地震烈度是衡量地震所引起的地面震動強烈程度的尺度。它不僅取決于地震能量，同時也受震源深度、震中距、地震傳播介質(zhì)的性質(zhì)等因素的影響。一次地震只有一個震級，但在不同地點，烈度大小可以是不一樣的。二、地震效應(yīng)在地震影響所及的范圍內(nèi)，于地面出現(xiàn)的各種震害和破壞稱之為地震效應(yīng)。地震效應(yīng)主要有振動破壞效應(yīng)和場地破壞效應(yīng)兩種。地震效應(yīng)與場地工程地質(zhì)條件、震級大小和震中距有關(guān)，也與建筑的類型和結(jié)構(gòu)有關(guān)。（一）地震破壞效應(yīng)由地震直接引起的建筑物破壞。一般包括建筑物的水平滑動或晃動，以及共振等。在地震效應(yīng)中這是主要的震害。1.靜力分析法靜力分析法是一種古典的分析法，它假定建筑物是剛體，地震時建筑物各部分的加速度與地面加速度完全相同。并且規(guī)定地震是一個固定不變的力，它是由地面振動的最大加速度引起的慣性力。地震力是由于地震波在傳播過程中使地殼巖體中質(zhì)點做加速度簡諧運動引起的。若質(zhì)點在水平方向做加速度簡諧運動，其最大水平加速度如下式所示：

2.動力分析方法目前應(yīng)用最廣泛的動力分析方法是簡化的反應(yīng)譜法。它假定建筑物結(jié)構(gòu)是單元點系的彈性體，作用于其基底的地震運動為簡諧振動。建筑物在地震作用下發(fā)生的振動反應(yīng)常稱為地震反應(yīng)。不同結(jié)構(gòu)類型、不同自振周期和不同阻尼比的建筑物在某一給定地震動過程作用下發(fā)生的最大地震反應(yīng)稱為地震反應(yīng)譜。地震反應(yīng)譜用波曲線表示，橫坐標表示建筑物的自振周期，縱坐標表示地震最大反應(yīng)，建筑物的阻尼比作為波形系數(shù)。由最大地震反應(yīng)的不同形式反應(yīng)譜可分為速度、加速度、位移反應(yīng)譜。有了反應(yīng)譜就可以確定已知自振周期和阻尼比的任何單位質(zhì)點的最大加速度（或最大速度、最大位移）反應(yīng)，也可計算出相應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)。2.動力分析方法（二）假設(shè)：單質(zhì)點系彈性體；作用于基底的地震動為間諧振動（1）阻尼結(jié)構(gòu)振動過程中，由于能量耗散而造成振動的衰減。＝＝阻尼比（2）振動反應(yīng)譜不同結(jié)構(gòu)類型，不同自振周期話不同阻尼比的建筑物走某一給定的地震過程作用下發(fā)生的最大地震反應(yīng)。（3）卓越周期由于地表巖土體對不同周期的地震波有選擇放大作用，某種巖土體總是以某種周期的波選擇放大得尤為明顯而突出，使地震記錄圖上的這種波記錄得多而好。這種周期即為該巖土體的特征周期，也叫做卓越周期。（二）地面破壞效應(yīng)1.地面破壞效應(yīng)地震導(dǎo)致巖土體直接出現(xiàn)破裂和位移，從而引起附近的或跨越破裂帶的建筑物變形或破壞。2.地基效應(yīng)地震導(dǎo)致地基巖土體的振動壓密、下沉、液化及塑流，使地基實效，由此造成建筑物的破壞。地基沉降地基水平滑動砂基液化（二）地面破壞效應(yīng)（續(xù)）3.斜坡效應(yīng)地震導(dǎo)致斜坡巖土體失穩(wěn)，產(chǎn)生多種斜坡變形和破壞，引起斜坡地段所有位移或破壞為斜坡效應(yīng)。三、場地條件對震害的影響（一）巖土類型及性質(zhì)1.土石類型堅硬基石－礫石－致密粘土－飽和粉細砂－淤泥及人工填土。2.松散地層厚度厚度愈大，破壞愈嚴重3.土層結(jié)構(gòu)地層結(jié)構(gòu)對震害也有較大影響，一般情況是：單一土層地基比多層土層地基震害輕。雙層結(jié)構(gòu)地基，如果軟弱土層在表層，地基抗震性能很差。如果軟弱土層在下部，其上部有堅實的粘土層覆蓋，則地基抗震性能就提高很多。多層結(jié)構(gòu)的地基，其抗震性能取決于軟弱土層是位置和厚度，軟弱土層埋藏愈淺，厚度愈大，震害也就愈重。三、場地條件對震害的影響（續(xù)）（二）地質(zhì)構(gòu)造1.發(fā)震斷裂2.與發(fā)震斷裂有聯(lián)系的斷裂3.與發(fā)震斷裂無關(guān)的斷裂（三）水文地質(zhì)條件巖土飽和后，使震害加劇地下水埋深愈小，烈度增加值愈大。四、地震區(qū)抗震設(shè)計原則和建筑物抗震措施（一）建筑場地的選擇建筑場地抗震性能的好壞，對建筑物的安全穩(wěn)定影響最大，所以選擇對抗震有利的場地是抗震設(shè)計中的一項重要工作，在選擇建筑場地時應(yīng)注意以下幾點：1.避開活動性斷裂帶和大斷裂破碎帶?；顒有詳嗔褞堑卣鹞ｋU區(qū)，地震時地面斷裂錯動會直接破壞建筑物。大斷裂破碎帶可能使震害加劇。2.盡可能避開強烈振動效應(yīng)和場地效應(yīng)的地段作場地和地基。屬此種情況有：可能產(chǎn)生強烈沉降的淤泥層、厚填土層，可能產(chǎn)生液化的飽水砂土層以及可能產(chǎn)生不均勻沉降的地基、不穩(wěn)定斜坡地段。3.避開孤立突出的地形位置作建筑場地。4.盡可能避開地下水埋深過淺的地段作建筑場地。5.巖溶地區(qū)避開地下不深處有大溶洞的地段，這些地段在地震時可能會塌陷。對抗震有利的場地條件是：地形較平坦開闊；基巖地區(qū)巖性均一堅硬，或上覆有較薄的覆蓋層，若有較厚土層，則應(yīng)較密實；無斷裂；或有斷裂但它與發(fā)展斷裂無聯(lián)系，且膠結(jié)良好；地下水埋藏較深；滑坡、崩塌、巖溶等工程地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育。四、地震區(qū)抗震設(shè)計原則和建筑物抗震措施（續(xù)）（二）持力層和基礎(chǔ)方案的選擇場址選定后，就應(yīng)根據(jù)所查明的場地工程地質(zhì)條件選擇適宜的持力層和基礎(chǔ)方案，在基礎(chǔ)抗震設(shè)計中需注意以下幾點：1.基礎(chǔ)要砌置于堅硬、密實的地基上，不要以高壓縮性及液化土層作持力層，若地表有此種土層，則應(yīng)采用樁基礎(chǔ)，支撐于下部硬基上，并不要采用摩擦樁。2.基礎(chǔ)砌置深度要大一些，以防治地震時建筑物的傾斜。3.同一建筑物不要并用幾種不同型式的基礎(chǔ)。4.同一建筑物的基礎(chǔ)，不要跨越在性質(zhì)顯著不同或厚度變化很大的地基土上。5.建筑物的基礎(chǔ)以剛性強的聯(lián)結(jié)梁連成一個整體。（二）持力層和基礎(chǔ)方案的選擇場址選定后，就應(yīng)根據(jù)所查明的場地工程地質(zhì)條件選擇適宜的持力層和基礎(chǔ)方案，在基礎(chǔ)抗震設(shè)計