第3章地震工程地质研究-精选课件.ppt

1、第三章第三章 地地 震震 工工 程程 地地 质质 第一节第一节 概述概述 地震地震:在地壳表层在地壳表层,因弹性波传播所引起的振动作用或现象。因弹性波传播所引起的振动作用或现象。构造地震构造地震 火山地震火山地震 陷落地震陷落地震 诱发地震诱发地震按成因分类按成因分类 浅源地震：浅源地震：0300 km 占占4%，最深达，最深达720km震源深度震源深度 大地震大地震：M=7级级 强烈破坏地震强烈破坏地震 中地震：中地震：7M=5 破坏性地震破坏性地震 小地震：小地震：5M=3,2-4级有感地震级有感地震 微地震：微地震：3M=1 超地震：超地震：M=7=7级的地震级的地震 12 12 次。次

2、。我国地震分布以西南、西北、华北、东南沿海和台湾我国地震分布以西南、西北、华北、东南沿海和台湾省区破坏性地震最多。其中台湾尤甚，大震多，频度省区破坏性地震最多。其中台湾尤甚，大震多，频度高；新疆和西藏次之。高；新疆和西藏次之。若以地震烈度若以地震烈度 6 6 度为轻微以上破坏性标准，我度为轻微以上破坏性标准，我国约国约 575 575万万 平方公里属于轻微以上破坏区，其中，平方公里属于轻微以上破坏区，其中，宁夏、兰州、海口、北京、太原、大同、西安、昆明、宁夏、兰州、海口、北京、太原、大同、西安、昆明、天津、呼市、汕头位于天津、呼市、汕头位于 8 8 度区。度区。一次一次6 6级地震可释放级地震

3、可释放6 610102020尔格的能量，尔格的能量，大致相当于大致相当于 30304040万吨万吨 TNTTNT炸药的巨大爆炸，炸药的巨大爆炸，7 7级地震可释放级地震可释放 2 2 10102222尔格的能量，尔格的能量，8 8级级地震可释放地震可释放6 6 10102626尔格的能量。可见地震尔格的能量。可见地震释放能量之大。而且绝大部分能量的集中释释放能量之大。而且绝大部分能量的集中释放，于放，于数秒种数秒种内完成内完成 。因此，地震灾害的因此，地震灾害的猝发性猝发性和和惨重性惨重性往往往往给人类生命以极大威胁，造成经济财产巨大给人类生命以极大威胁，造成经济财产巨大损失。损失。据美国联邦

4、政府统计，仅二十世纪以来，全世界就有据美国联邦政府统计，仅二十世纪以来，全世界就有 1212O O余万余万 人遇难于地震灾害；五十年代以来，全球破坏性地震造成的经济损人遇难于地震灾害；五十年代以来，全球破坏性地震造成的经济损失已逾失已逾 20002000亿亿 美元美元。地震灾害是最重要的自然灾害之一。中国的。地震灾害是最重要的自然灾害之一。中国的地震灾害又居世界之首。在我国历史记载中，地震灾害又居世界之首。在我国历史记载中，15561556年陕西华县地震年陕西华县地震8 8级死亡人口达级死亡人口达 8383万万；1920 1920年宁夏海原地震死亡人数也超过年宁夏海原地震死亡人数也超过 202

5、0万万。令人痛心的。令人痛心的 1976 1976年唐山地震年唐山地震7.97.9级级，死亡死亡 24.224.2万万 多人，工业多人，工业城市毁于一旦，直接经济损失城市毁于一旦，直接经济损失 100100亿亿 元，为世界地震史所罕见。元，为世界地震史所罕见。还有还有6666年的邢台地震，年的邢台地震，7070年通海地震，年通海地震，7575年海域地震。年海域地震。（我国这（我国这些地震震源深都在些地震震源深都在1313kmkm左右）。左右）。我国有我国有30003000多年地震记录历史，发明了地震仪，编制了地震多年地震记录历史，发明了地震仪，编制了地震区划图，制定了抗震规范，建立了地震监测台

6、网，组建了诸多地震区划图，制定了抗震规范，建立了地震监测台网，组建了诸多地震研究工作机构及一大批从事地震的科技工作者。研究工作机构及一大批从事地震的科技工作者。工程地质研究：区域稳定性问题，建筑抗震，建筑场地选择，工程地质研究：区域稳定性问题，建筑抗震，建筑场地选择，地震稳定性，抗震措施工程地质论证地震稳定性，抗震措施工程地质论证为规划设计为规划设计 提供依据。提供依据。(南投集集镇南投集集镇)地震前后水平位移监测结果地震前后水平位移监测结果(GPSGPS)地震前后垂直位移监测结果地震前后垂直位移监测结果(GPS)GPS)地震引起大坝破坏地震引起大坝破坏(台中石岗台中石岗)地震引起大坝破坏地震

7、引起大坝破坏(台中石岗台中石岗)地震引起埠地震引起埠丰桥断裂，丰桥断裂，河床抬高河床抬高8m,形成叠水形成叠水 (石岗石岗)第二节第二节 地地 震震 基基 础础 知知 识识 一、几个概念：一、几个概念：1、震源：震源：地震发源地（能量E、深度H）2、震中震中 3、震中距震中距 4、震源深度震源深度 5、地震区地震区（烈度6度区）；地震作用；远场（烈度衰减2度以上）近场地震 6、地震波地震波：质点振动，弹性波，能量传播，产生振动（地震力），破坏源动力，信息载体，透、反、折射传播。体波：通过地球本体传播的波体波：通过地球本体传播的波面波：体波经过反射、折射后，面波：体波经过反射、折射后，在介质的界

8、面或自由面（如地在介质的界面或自由面（如地面）传播面）传播纵波（纵波（P P）：）：压缩波，对应于介质体应变，三维扩散压缩波，对应于介质体应变，三维扩散横波（横波（S S：剪切波，对应于切应变，二维扩散破坏：剪切波，对应于切应变，二维扩散破坏 性最大性最大 体波体波瑞利波（瑞利波（R R）：）：质点在质点在XZXZ面上椭圆滚动前进面上椭圆滚动前进勒夫波（勒夫波（Q Q）：质点在）：质点在XYXY面上曲线前进面上曲线前进面波（面波（L L）瑞利波瑞利波 振幅振幅A 周期周期T 波长波长 波速波速VP波波 最小最小 最短最短 最短最短 最快最快S波波 最大最大 长长 长长 慢慢R波波、Q波波 最大

9、最大 最长最长 最长最长 最慢最慢 地面为自由界面，建筑位于其上，该地面为自由界面，建筑位于其上，该面只存在面波，它对建筑的基础破坏性面只存在面波，它对建筑的基础破坏性大；体波对建筑破坏性最大，大；体波对建筑破坏性最大，P P波能量最波能量最大，大，S S波及波及L L波波长大，使建筑慌动最大。波波长大，使建筑慌动最大。地震部门最关心地震部门最关心P P、S S波。波。勒夫波勒夫波(1)(1)(12)PEV2(1)SEV 一般情况下一般情况下 ，一般地震表面一般地震表面 秒秒，对建筑界面，对建筑界面，P波先到达，然后波先到达，然后是是S波，最后波，最后L波。波。22.0SPVV67.1/43k

10、mVS7.7.震级（震级（M M）：是衡量地震本身大小的尺度，是衡量地震本身大小的尺度，由由地地震所释放出来的能量大小所决定。震所释放出来的能量大小所决定。MLOGAA：距震中距震中100公里处标准地震仪在地面所记录的震波公里处标准地震仪在地面所记录的震波最大振幅。（微米）最大振幅。（微米）标准地震仪：自振周期标准地震仪：自振周期0.8秒，阻尼比秒，阻尼比0.8，最大静，最大静力放大倍率为力放大倍率为2800。能量能量E（J）与震级（与震级（M)关系关系：理论上理论上M无上限，实际上，因地壳岩石强度有限，即无上限，实际上，因地壳岩石强度有限，即累积应变能有限，目前最大累积应变能有限，目前最大M

11、为为8.9级。级。logE=4.8+1.5M8 8 烈度烈度：一次地震于某地地面震动强烈程度。：一次地震于某地地面震动强烈程度。与地震释放的与地震释放的能量大小、震源深度、震中距、震域介质能量大小、震源深度、震中距、震域介质条件条件有关。有关。一次地震只有一个一次地震只有一个M，但有不同但有不同 I。震中烈度用震中烈度用I0表示。表示。震源深度和震中距越小，地表岩土越软弱，地震烈度越大。震源深度和震中距越小，地表岩土越软弱，地震烈度越大。浅源地震（据浅源地震（据152次大震统计）震级与烈度的关系：次大震统计）震级与烈度的关系：M=0.68I0+0.98 烈度是估算灾情，进行区划，抗震设计的直接

12、依据。烈度是估算灾情，进行区划，抗震设计的直接依据。震害大小取决于地震破坏力和地物本身抗震性两方震害大小取决于地震破坏力和地物本身抗震性两方面，烈度划分以两方面作为标准。目前全世界均是以一面，烈度划分以两方面作为标准。目前全世界均是以一次地震造成一个地区的宏观震害（如房屋倒塌程度等），次地震造成一个地区的宏观震害（如房屋倒塌程度等），同时引入地震加速度等物理指标作为参考，划分烈度。同时引入地震加速度等物理指标作为参考，划分烈度。国际上有数十种划分标准，我国是国家地震局制定国际上有数十种划分标准，我国是国家地震局制定的标准，根据一个地区某一地震及代表性地质条件（一的标准，根据一个地区某一地震及代

13、表性地质条件（一般二类土层）建筑破坏情况划分烈度。根据：人的感觉，般二类土层）建筑破坏情况划分烈度。根据：人的感觉，房屋及器物地物震害程度，加速度和速度（参考）。房屋及器物地物震害程度，加速度和速度（参考）。等级：等级：II 级级 几个烈度概念：几个烈度概念：烈度人的感觉一般房屋其它现象考物理指标大多数房屋震害程度平均震害指数加速度/（CM/S2）（水平向）速度/（CM/S2）（水平向）I无感II室内个别静止中的人感觉III室内少数静止中的人感觉 门、窗轻微作悬挂物微动IV室内多数人感觉，少数人梦中惊醒 门窗作响悬挂物明显摆动，器皿作响V室内普遍感觉，室外多数人感觉，多数人梦中惊醒门窗、屋顶、

14、屋架颤 动作响，灰土掉落，抹灰出现微细裂缝不稳定器翻倒31（2244）3（24）VI惊慌失措，仓惶逃出损坏个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝00.10河岸和松软土上出现裂缝，饱和砂层出现喷砂冒水，地面上有的砖烟囱轻度裂缝、掉头63（4589）6（59）VII大数多人仓惶逃出轻度破坏局部破坏、开裂，但不防碍使用0.110.30饱和砂层常见喷砂冒水，松软土上地裂缝较多，大多数砖烟囱中等破坏125(90177)13(1018)VIII摇晃颠簸，行走困难中等破坏结构受损，需要修理0.310.50干硬土上变有裂缝，大多数砖囱严重破坏250(178353)25(1935)IX坐立不稳，行动的人可能摔跤严重破坏墙体

15、龟裂，局部倒塌，修复困难0.510.70地方出现裂缝、基岩上可能出现裂缝、滑坡、坍方常见，砖烟囱出现倒塌500(354707)25(1935)X骑自行车的人会摔倒，处不稳状态的人会摔出几尺远，有抛起感倒塌大部倒塌，不堪修复0.710.90山崩和地震断裂出现，基岩上的拱桥破坏，大多数烟囱从根部破坏1000(7081414)100(72141)XI毁灭0.911.00地震断裂延续很长，山崩常见，基岩上的拱桥XII地面剧烈变化，山河改观中国地震烈度表（中国地震烈度表（19801980）使用说用）使用说用 （）烈度（）烈度 VIVI度，判定地震烈度以房屋震害为主，人的感觉仅供参考；度，判定地震烈度以房

16、屋震害为主，人的感觉仅供参考；X X度应结合建筑物或构筑物的破坏程度，并根据地表现象来确定；度应结合建筑物或构筑物的破坏程度，并根据地表现象来确定；XIXI、XIIXII度度的评定，需要专门研究。的评定，需要专门研究。（）（）“一般房屋一般房屋”在中国地震烈度表（在中国地震烈度表（19801980）中指土构架和土、石）中指土构架和土、石砖墙构造的旧式房屋和单层或多层未经抗震设计的新式砖房。由于我国城市目砖墙构造的旧式房屋和单层或多层未经抗震设计的新式砖房。由于我国城市目前一般都已设防，有的乡村也开始设防，烈度表中的前一般都已设防，有的乡村也开始设防，烈度表中的“一般房屋一般房屋”一般已不普一般

17、已不普遍，调查中应区别设防与不设防的房屋破坏程度对烈度的反映，给出合理的烈遍，调查中应区别设防与不设防的房屋破坏程度对烈度的反映，给出合理的烈度值。对于质量特别差或特别好的房屋，可根据具体情况，对表列各烈度的震度值。对于质量特别差或特别好的房屋，可根据具体情况，对表列各烈度的震害程度和震害指数予以提高或降低。害程度和震害指数予以提高或降低。（）（）“人的感觉人的感觉”指平房内或楼房低层内人的感觉。指平房内或楼房低层内人的感觉。（）表中震害指数是对上述（）表中震害指数是对上述“一般房屋一般房屋”而言。而言。“完好完好”为，为，“毁灭毁灭”为，中间按表列震害程度分级。平均震害指数是对所有房屋的震害

18、指数的为，中间按表列震害程度分级。平均震害指数是对所有房屋的震害指数的总平均值而言，可以用普查或抽查的方法确定之。总平均值而言，可以用普查或抽查的方法确定之。（）使用本表时可根据地区具体情况，作出临时的补充规定。（）使用本表时可根据地区具体情况，作出临时的补充规定。（）烟囱指工业或取暖用的锅炉房烟囱。（）烟囱指工业或取暖用的锅炉房烟囱。（）表中数量词的说明：个别：以下；少数：；（）表中数量词的说明：个别：以下；少数：；多数：；大多数：；普遍：以上。多数：；大多数：；普遍：以上。（）对重要的工业设施，如桥梁、重要车间、高层建筑、巷道等，要进（）对重要的工业设施，如桥梁、重要车间、高层建筑、巷道等

19、，要进行专门的调查，在调查中应结合设防情况进行评估。行专门的调查，在调查中应结合设防情况进行评估。建 筑 物 等 级 抗 震 设 防 烈 度 甲 类：特 殊 要 求 的 后 果 极 为 严重（放 射 性、毒 气、大 爆 炸）特 殊 抗 震、专 门 研 究 乙 类：国 家 重 点 抗 震 城 市 的 生命 线 工 程（交 通、通 讯）基 本 烈 度 提 高 一 度 丙 类：一 般 工 业 民 用 建 筑 物 基 本 烈 度 丁 类：次 要 的 临 时 性 建 筑 物 降 低 一 度 或 不 设 防 （1 1）地震基本烈度（地震基本烈度（I I基基）：一定时间和一定地区范围内一般场：一定时间和一定

20、地区范围内一般场地条件下可能遭遇的最大烈度。一个地区的平均烈度。地条件下可能遭遇的最大烈度。一个地区的平均烈度。（2 2）场地烈度（场地烈度（I I场场）：同一：同一I I基基区区，场地条件不同而进一步划分，场地条件不同而进一步划分，对对I I基基修正。修正。（3 3）设防烈度（设计烈度）（设防烈度（设计烈度）（I I设设）：是抗震设计所采用的烈度。：是抗震设计所采用的烈度。依建筑物重要性、抗震性、经济性、对依建筑物重要性、抗震性、经济性、对I I基基调整。原则上一般建筑用调整。原则上一般建筑用I I基基，重要建筑适当提高。设计部门很少用，重要建筑适当提高。设计部门很少用I I场场。V V度区

21、不设防。度区不设防。二、二、地地 震震 地地 质质 基基 本本 特特 征征1.介质条件介质条件 坚硬岩石坚硬岩石2.结构条件结构条件 活断层的一些特定部位：活断层的一些特定部位：端点、拐点、交汇点等。端点、拐点、交汇点等。3.构造应力条件构造应力条件 现代构造运动强烈的部位，应力集中现代构造运动强烈的部位，应力集中 构造应力场包括构造应力场包括 1、3的大小方向，构造应力方向与断的大小方向，构造应力方向与断 层的关系。层的关系。4.强震活动受活动构造的控制强震活动受活动构造的控制5.绝大多数强震发生在一些绝大多数强震发生在一些稳定断块边缘的深大断裂带稳定断块边缘的深大断裂带上上,而而稳定断块内

22、部很少或基本没有强震分布。稳定断块内部很少或基本没有强震分布。6.裂谷型的断陷盆地裂谷型的断陷盆地尤其是晚第三纪、第四纪新生盆地业常尤其是晚第三纪、第四纪新生盆地业常发生强震。发生强震。一）一）世界范围内的主要地震带及其形成的大世界范围内的主要地震带及其形成的大地构造环境地构造环境 1 1 环太平洋地震带环太平洋地震带 这是世界上最大的地震带，在狭窄条带内震中密度也最大，全世界约80的浅源地震、90的中源地震和几乎全部深源地震集中于此带，释放的能量约为全世界地震释放能量的80。很早以前就已经知道，此带的震源深度有自岛孤外线的深海沟向大陆内部逐步加深的规律，并解释为大陆与大洋之间的一条倾向大陆的

23、大断裂面。2 2 地中海喜马拉雅地震带或欧亚地震带地中海喜马拉雅地震带或欧亚地震带 仅次于环太平洋地震带的第二大地震带，震中分布较前者为分散，所以带的宽度大且有分支。以浅源地震为主，中源地震在帕米尔、喜马达雅地区有所分布，深源地震主要分布于印尼岛弧。环太平洋地震带以外的几乎所有深源、中源和大的浅源地震均发生于此带，释放能量约占全球地震能量的15。3 3 大洋海岭地震带大洋海岭地震带 主要呈线状分布于各大洋的接近中部。这一地震带远离大陆是多为强震，所以以前未被人注意，60年代以前不把它作为一个地震带，海底扩张和板块构造的发展才使人们注意到这一地震带。这一带的所有地震均产生于岩石圈内，震源深度小于

24、30 km，震级除少数例外均不超5级。二二)我国地震地质的基本特征我国地震地质的基本特征 1 1 我国强震空间分布及地震区带划分我国强震空间分布及地震区带划分 我国大于6级的强震的空间分布极不均匀，大致以105度为界。西部地震广泛分布，东部地震相对稀少，震级均未达到8级。在上述两地震区域内强震分布也是极不均匀的，东部域分布于华北及东南沿海一带，而西部分布面积大，但塔里木、准噶尔和鄂尔多斯盆地等则地震分布较为零星。2 我国强震发生的地质条件我国强震发生的地质条件(1)(1)强震与活动断裂带的关系强震与活动断裂带的关系 不同方向的断裂的交汇部位 活动性深大断裂的转折部位 活动性深大断裂的端部或其它

25、锁闭段(2)(2)强震与断陷盆地的关系强震与断陷盆地的关系 倾斜断陷盆地的较深、较陡一侧活动 断裂的最大断距段上；两盆地间或盆地内部由横向断裂控制的横向隆起带两侧；断陷盆地的锐角尖端，或断陷盆地带内多组断裂交汇部位；受不同方向多组断裂控制，内部构造又比较强烈的复合盆地的次级凹陷带上，如1966年邢台地震。(3)(3)强震产生的深部构造条件强震产生的深部构造条件 我国大陆板内地震多发生在地壳内10-25km深处，在我国西部还发生在地壳内31-37km。由此可见，地壳深部构造活动和受力状态，对地震的孕育和发生，是更为直接的因素。不同级别的断裂如盖层断裂、基底断裂、岩石圈断裂和超岩石圈断裂，层间断裂

26、在深部的活动往往是地震发生的主要原因。3 我国大陆地震活动与现代构造应力我国大陆地震活动与现代构造应力场与形变场的关系场与形变场的关系 根据大量震源机制解及地震时地表断层错动方式分析，我国广大地区主压应力以近水平方向者为主。主压应力仰角小于30度者占80%以上，且以东经105为界，可区分出两大应力系统。西部为近南北向-北北东向挤压应力场。东部为大面积的近东西的水平挤压应力场。来自板块边界的作用力是中国大陆新生代和现今构造变形的主要动力源来自板块边界的作用力是中国大陆新生代和现今构造变形的主要动力源4 4 我国现代地壳垂直形变与地震活动的相关性研究我国现代地壳垂直形变与地震活动的相关性研究 中国

27、大陆垂直形变的的总趋势是南升北降，最大上升量在喜马拉雅山地区，年速率达10mm左右。下降最强烈的新疆准噶尔盆地，年速率为-3到-4mm。大致以银川-昆明一线为界，西部线条密集，等值线多呈东西或北西西走向，与主要断裂线方向一致，其地形变断裂线多由3-4条等值线组成的梯度带绘出，表明其活动强度较大。东部线条相对稀疏，等值线走向多为北北东向-北东向，部分为东西向及南北向，也与构造线吻合较好。东部地区的垂直变形大致分为三区：华南-西南区，华北区和东北区。5 我国大陆板内现代运动特征我国大陆板内现代运动特征 我国大陆处于欧亚大陆的东部，是一个被周围板块挤压围限的区域，影响板内变形和运动状况的边界动力环境

28、十分复杂：（1）有印度板块与欧亚大陆在喜马拉雅一带的 碰撞及向亚洲内部的继续挤压；（2）西太平洋板块向亚洲大陆的俯冲与挤压；（3）菲律宾板块向西的俯冲和在台湾一带的汇聚；（4）日本海、东海东部冲绳海槽及南海盆地的弧后局部扩张。在周边板块碰撞或俯冲的推动下，板块之间就产生了不同形式、不同规模和速率的相互错动。大体上又可分为西部板内聚敛为主的挤压区，东部东北、华北的拉张裂陷区和东南部处于西部挤压与北部围限下整体稳定滑移区。v西部挤压区西部挤压区v东南部滑移区东南部滑移区v东及东北部张裂区东及东北部张裂区三、震源机制和震源参数三、震源机制和震源参数1.1.震源机制：震源机制：地震发生的物理过程或震源

29、物理过程。可以通过地震发生的物理过程或震源物理过程。可以通过多个地震台的地震记录图来确定。主要依据初到多个地震台的地震记录图来确定。主要依据初到P P波的方向。波的方向。1313单力偶单力偶双力偶双力偶P P波的初动具有明显的象限分布特点。波的初动具有明显的象限分布特点。平移断层平移断层正断层正断层逆断层逆断层2.2.震源参数震源参数 ：反映震源断层的一些特征量或物理量反映震源断层的一些特征量或物理量 包括：断层走向、倾向、倾角、断层错动方包括：断层走向、倾向、倾角、断层错动方向、震源断层长度、向、震源断层长度、宽度、断层错距、震源应宽度、断层错距、震源应力方向等。力方向等。求解求解：（1 1

30、）震源机制解）震源机制解（2 2）等震线的几何特征）等震线的几何特征（3 3）根据第一章介绍的经验式，据震级等计算断层长度、错根据第一章介绍的经验式，据震级等计算断层长度、错距，距，（4 4）根据震前后大地变形推求断层位量、方向、错距、类型根据震前后大地变形推求断层位量、方向、错距、类型等等 第三节第三节 地地 震震 效效 应应 取决于三方面：场地工程地质条件；震级、震中距；建筑物取决于三方面：场地工程地质条件；震级、震中距；建筑物类型及结构。类型及结构。地震效应地震效应地震作用影响所及的范围内，地表出现的地震作用影响所及的范围内，地表出现的各种震害和破坏。各种震害和破坏。振动破坏效应振动破坏

31、效应引起建筑物破坏引起建筑物破坏地面破坏效应地面破坏效应地面破裂及地基液地面破裂及地基液 化、化、沉陷等沉陷等斜坡破坏效应斜坡破坏效应滑坡等滑坡等三种破坏三种破坏的效应的效应一、振动破坏效应一、振动破坏效应地震地震 地面运动地面运动 建筑物振动建筑物振动 建筑物破坏建筑物破坏(强度、刚度、整体性不够产生破裂或倒塌）强度、刚度、整体性不够产生破裂或倒塌）地震（地震（a,v,A)两种分析方法两种分析方法1.1.静力法静力法2.2.动力分析法动力分析法假设：假设：1 1）建筑物是刚体，即建筑物的各部分作为一个）建筑物是刚体，即建筑物的各部分作为一个整体整体（一（一个质点），具有相同的加速度。个质点）

32、，具有相同的加速度。2 2）建筑物受力振动加速度和地面加速度是相同的）建筑物受力振动加速度和地面加速度是相同的3 3）将地震力视为由地面振动）将地震力视为由地面振动a a0 0maxmax引起建筑物的引起建筑物的惯性力惯性力，即地震力就是建筑自身的惯性力，固定不变。即地震力就是建筑自身的惯性力，固定不变。建筑物受到的地震力建筑物受到的地震力P为：为：maxmaxcWPm aaWKgm axcaKg其中其中 当当amax为水平矢量，称其为水平地震系数为水平矢量，称其为水平地震系数kc，相应地相应地为垂直地震系数为垂直地震系数k/c；g为重力加速度；为重力加速度；PW1.1.静力法静力法2m ax

33、2()aAT 我国规定我国规定 Kc=(1/2-1/3)Kc 一般：不考虑一般：不考虑Kc,Kc,但在有倾覆、滑动危险的结构，如但在有倾覆、滑动危险的结构，如挡土墙、水坝等，需用挡土墙、水坝等，需用KcKc核算。核算。在高烈度（在高烈度（VIVI度以上）区必须考虑地震力核算的稳定度以上）区必须考虑地震力核算的稳定性。性。（1 1）工业与民用建筑，建筑物的破坏主要与水平地震）工业与民用建筑，建筑物的破坏主要与水平地震力作用下的水平滑动及结点脱开有关，故实际上为稳定性力作用下的水平滑动及结点脱开有关，故实际上为稳定性课题，其表达为：课题，其表达为：式中：式中：f f、c c为地基与基础间或滑动面上

34、的为地基与基础间或滑动面上的 摩擦系数及粘聚力；摩擦系数及粘聚力；W W为建筑物的重量；为建筑物的重量；A A为建筑物基础底面或滑动面的面积；为建筑物基础底面或滑动面的面积；KcKc为水平地震为水平地震系数。系数。.cf Wc AKW K（2 2）水坝应考虑两种情况：）水坝应考虑两种情况：只考虑水平地震力作用时，只考虑水平地震力作用时，在水平与铅直地震力共同作用在水平与铅直地震力共同作用时，时，.Ssf Wc AKHHW Kc.(1).cssf WKcAKHHW Kc2.2.动力分析法动力分析法 实际情况：a：A、方向随时间变化，建筑与地面物理特性不同，不同建筑也不同，如（a、T等）。故广泛用

35、动力分析法考虑地震对建筑物的作用与场地工程地质条件、建筑物结构特点、地震历时等因素。地面与建筑为一个动态系统。三种方法：模型模拟、计算机模拟分析、简化反应谱模型模拟、计算机模拟分析、简化反应谱 计算机模拟分析输入强震波谱模拟地震作用，了解振动过程，求振动阻力和动位移。将建筑控制在弹性变形限度内。简化反应谱法简化反应谱法 认为建筑为一个质点M，为一个弹性系数为K的振其振动性能自由振周期T和阻尼决定，要考查在受到不同时刻的地震加速度a0后，建筑所表现的加速度a的大小。原理：由质点受振动后的性能可建立微分方程，该方程中包括了质点a及地面a0，解方程时，按简化的办法输入一次地震的不同时刻的a0，得到一

36、系列amax值，得到一个特定T、阻尼下反应谱曲线。给amax标准化，定义动力系数，物理含义是质点对a0的放大倍数。m a x0 m a xaa 标准反应谱标准反应谱 由于强震地面运动受许多因素影响，准确确定某地区的由于强震地面运动受许多因素影响，准确确定某地区的a a0 0及及有困难，抗震部门是根据不同岩土地面所有强震平均值有困难，抗震部门是根据不同岩土地面所有强震平均值a a0 0的平均反应谱的平均反应谱计算计算 出出，并从安全及最低设计标准考虑对谱的高低值作了处理，制，并从安全及最低设计标准考虑对谱的高低值作了处理，制定供设计用的这一谱称为定供设计用的这一谱称为设计用标准反应谱设计用标准反

37、应谱。现规范的作法是：现规范的作法是：场地类别场地类别近震近震 Tg0.200.300.400.50远震远震 Tg0.250.400.550.850.10.3 应用：应用：1 1、设计时不一定进行动力分析计算，直接根据、设计时不一定进行动力分析计算，直接根据T T，TgTg查查（T T），），以及以及a a0max0max后，后，便可得到便可得到a amaxmax。2 2、等效静力分析方法：等效静力分析方法：地震力地震力 式中：式中：c c为为结构影响系数结构影响系数，为为地震影响系数地震影响系数 上述设计实质是采用一个最大加速度平均值，有人提出上述设计实质是采用一个最大加速度平均值，有人提出

38、 考虑震动的时间因素，按反应谱形状的特征进行设计即时程设考虑震动的时间因素，按反应谱形状的特征进行设计即时程设计方法。计方法。m a xm a x0 m a xm a x0 m a xaPaMcWcWcgaK cgaPK cWca二二 地面破坏效应地面破坏效应地面破裂效应地面破裂效应地基基底效应地基基底效应地震断层地震断层地面裂缝地面裂缝沉降沉降砂土液化砂土液化地基滑移地基滑移1.1.地面破裂效应地面破裂效应 指地震时断层错断及地面裂缝引起的破坏。强指地震时断层错断及地面裂缝引起的破坏。强烈地震均会出现。烈地震均会出现。断层长度及宽度可按估计的震级用经验公式计断层长度及宽度可按估计的震级用经验

39、公式计算。延伸数十至数百公里不等。算。延伸数十至数百公里不等。位置一般按已有的主干断层线或分支断裂线出现。位置一般按已有的主干断层线或分支断裂线出现。走向断裂走向断裂 地表断裂方向与之相吻合。地表断裂方向与之相吻合。逆逆 断断 裂裂 地表断裂与原断层有一定偏移。地表断裂与原断层有一定偏移。正正 断断 裂裂 介于走、逆之间介于走、逆之间。E ACDBCAD B DA 走滑型走滑型 逆断型逆断型 正断型正断型 ADAD、ABAB、ADAD最易出现的断裂及范围。主要产最易出现的断裂及范围。主要产生于上盘。生于上盘。产生的可能性产生的可能性：与断层活动方式、震源深、：与断层活动方式、震源深、M M、覆

40、盖覆盖层厚等有关。层厚等有关。（1 1）断裂活动就可能产生地表断裂。）断裂活动就可能产生地表断裂。（2 2）与上部土层厚有关。）与上部土层厚有关。临界厚度临界厚度 土层剪损应变临界值，硬土土层剪损应变临界值，硬土5%5%，软土，软土10%10%。下部断裂错动垂直位移（下部断裂错动垂直位移（m m），），一般一般37.2M7.2级几乎都产生，级几乎都产生，M=6M=6级、震源级、震源10-3010-30KmKm时，很少产生。时，很少产生。地表断裂宽度：由一条主干断裂带构成，可地表断裂宽度：由一条主干断裂带构成，可能为狭长断面，或一个带包括影响带常常有几英能为狭长断面，或一个带包括影响带常常有几英

41、尺至几十英尺以上。且逆断层尺至几十英尺以上。且逆断层 正断层正断层 走滑。对走滑。对于倾角于倾角45-9045-90度断层，宽度约等于度断层，宽度约等于 crtD B DA雁 行分 支分 支 裂 隙次 生 裂 隙隆起凹 陷 2.2.地基效应地基效应 强烈震动强烈震动 作用下，土作用下，土体较大变形体较大变形移动，使地移动，使地基承载力下基承载力下降或丧失，降或丧失，由此造成建由此造成建筑物的破坏。筑物的破坏。萨尔瓦多地震引发泥石流萨尔瓦多地震引发泥石流12001200多人遇难多人遇难 地基失效问题中，滑坡、砂土液化、岩溶塌陷，这地基失效问题中，滑坡、砂土液化、岩溶塌陷，这些特殊问题必须采用专门

42、的研究方法。些特殊问题必须采用专门的研究方法。下面介绍关于地基土产生震陷情况的评价方法。下面介绍关于地基土产生震陷情况的评价方法。方法：影响因素综合打分法方法：影响因素综合打分法 影响因素：土类型、厚度、埋藏条件、物理力学指影响因素：土类型、厚度、埋藏条件、物理力学指标标 （承载力指标值；承载力指标值；剪切波速）剪切波速）某一个单元得分某一个单元得分 是分别对因素的等级打分。是分别对因素的等级打分。按按 大小评出沉陷的不同等级。（见朱自成书）大小评出沉陷的不同等级。（见朱自成书）kfsvniix1ix规范中标准：若土的规范中标准：若土的 f fk k、v vs s大于表中数大于表中数字，不考虑

43、震陷问题字，不考虑震陷问题 烈度 7 8 9 fk(KPa)80 130 160 vs(m/s)90 140 200机理：饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象。浮状态，致使地基失效的作用或现象。1 1 液化机理液化机理：砂土的抗剪强度：砂土的抗剪强度：tg)u(tg)uu(tg)u(tg00砂基液化问题：砂基液化问题：日本新泻日本新泻19641964年地震时砂土液化影响。这些设计为年地震时砂土液化影响。这些设计为抗震的建筑物倾斜而未受损

44、坏。抗震的建筑物倾斜而未受损坏。加州沃森维尔附近的野外涌沙加州沃森维尔附近的野外涌沙2.2.影响砂土液化的因素影响砂土液化的因素1 1）土的类型及性质）土的类型及性质粒度粒度 粉、细砂土最易液化；高烈度时，亚粉、细砂土最易液化；高烈度时，亚砂土、轻亚粘土、中砂也可液化。我国砂土、轻亚粘土、中砂也可液化。我国90%90%发生在粉组、砂、亚砂土中。粉粒含量发生在粉组、砂、亚砂土中。粉粒含量40%40%时，极易液化；时，极易液化；粘粒含量粘粒含量12.5%12.5%时，时，极难液化。极易液化土的特征是：极难液化。极易液化土的特征是：平均粒平均粒度度0.02-0.100.02-0.10mmmm，=2-

45、8=2-8，粘粒含量粘粒含量10%10%密实度密实度 松砂极易液化，密砂不易液化。松砂极易液化，密砂不易液化。相对密度相对密度Dr50%Dr80%Dr80%时，不易液化。时，不易液化。成因及年代成因及年代 多为冲积成因的粉细砂土，如滨海平原、河口多为冲积成因的粉细砂土，如滨海平原、河口三角洲等。三角洲等。沉积年代较新：结构松散、含水量丰富、地下沉积年代较新：结构松散、含水量丰富、地下水位浅水位浅2 2）饱和砂土的埋藏分布条件饱和砂土的埋藏分布条件 埋藏条件包括：砂层厚度、上覆非液化土层厚埋藏条件包括：砂层厚度、上覆非液化土层厚度（即埋藏深度）、地下水埋深。度（即埋藏深度）、地下水埋深。砂层上覆

46、非液化土层愈厚，液化可能性愈小。一般砂层上覆非液化土层愈厚，液化可能性愈小。一般埋深埋深大于大于10-1510-15m m以下就难以液化了。以下就难以液化了。地下水位埋深地下水位埋深愈大，愈不易液化。实际上，地下水愈大，愈不易液化。实际上，地下水埋深埋深3-43-4m m时，液化现象很少，一般把液化最大地下水时，液化现象很少，一般把液化最大地下水埋深定为埋深定为5 5m m。砂层越厚越易液化。砂层越厚越易液化。3 3）地震活动的强度及历时地震活动的强度及历时 地震力（剪应力）地震力（剪应力）是砂土液化的动力是砂土液化的动力 地震愈强，历时愈长，则愈易引起砂土液化，地震愈强，历时愈长，则愈易引起

47、砂土液化，而且波及范围愈广。而且波及范围愈广。度以下地区很少有液化现象；度以下地区很少有液化现象；度区只度区只能使疏松的粉、细砂层液化；而能使疏松的粉、细砂层液化；而 度以上地区度以上地区才能使粗粒及粘粒含量较高的土液化。强度很高才能使粗粒及粘粒含量较高的土液化。强度很高的地区即震中区附近，因地振动以垂直为主，也的地区即震中区附近，因地振动以垂直为主，也不易产生液化。液化范围（液化最远点，以震中不易产生液化。液化范围（液化最远点，以震中距距R R表示，表示，KmKm）lgR=0.77M-3.6lgR=0.77M-3.63.3.砂土液化的判别砂土液化的判别 根据根据 地质条件，可初步判定该区土层

48、是否存在液化的可能。若有可能，地质条件，可初步判定该区土层是否存在液化的可能。若有可能，需进一步的工作需进一步的工作,作出准确判别。作出准确判别。（1 1）初步判别）初步判别 饱和砂土或粉土，当符合下列条件之一，饱和砂土或粉土，当符合下列条件之一，可判为不液化土或不考虑液化可判为不液化土或不考虑液化作用作用。Q3Q3及及Q3Q3以前的土以前的土 粉土的粘粒含量不小于表列数据粉土的粘粒含量不小于表列数据 上覆非液化土层厚度和地下水埋深符合上覆非液化土层厚度和地下水埋深符合 下列条件之一下列条件之一：d du uddo o+d+db b-2 -2 液化土特征深度液化土特征深度 d dw wddo

49、o+d+db b-3 -3 d du u+d+dw w1.5d1.5do o+2d+2db b-4.5 -4.5 d dww地下水埋深（地下水埋深（m m），），年最高水位年最高水位d duu上覆非液化土层厚（上覆非液化土层厚（m m）d dbb基础砌置深度（基础砌置深度（m)m)d doo液化土特征深度（液化土特征深度（m m）粉土的粘粒含量7度8度9度101316烈 度789粘土678砂土789 现场标准贯入试验，地面以下现场标准贯入试验，地面以下1515m m以内的液化土应符合下列要求：以内的液化土应符合下列要求：cws0cr3)dd(1.09.0NN 其中：其中：N N63.563.5

50、饱和土标贯实测值饱和土标贯实测值 N Ncrcr判别砂土液化的临界锤击数判别砂土液化的临界锤击数 N N0 0基准锤击数（贯人点深基准锤击数（贯人点深3 3米米，地下水埋，地下水埋深深2 2米），米），查表查表 d ds s饱和土标准贯入试验点深度（饱和土标准贯入试验点深度（m m）d dw w地下水埋深地下水埋深(m)m)c c粘粒百分含量，当粘粒百分含量，当 c c33时，取时，取 c c 3 3判据：判据：NcrN63.5 NcrN63.5 不液化不液化 （2 2）进一步判别）进一步判别 方法有方法有:现场实验现场实验,剪应力对比法剪应力对比法烈度789近震61016远震812液化程度等