地震基本知识课件.ppt
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1、主讲人:陈文元主讲人:陈文元 职称:结构工程职称:结构工程 博士博士 副教授、高级工程师副教授、高级工程师第十二章第十二章 建筑结构抗震基本知识建筑结构抗震基本知识第一讲第一讲 地震基本知识地震基本知识(一一)地震基本概念地震基本概念 第十二章第十二章 建筑结构抗震基本知识建筑结构抗震基本知识本章主要内容本章主要内容1.地震及其破坏作用;震级与烈度;建筑抗震设防烈度、地震及其破坏作用;震级与烈度;建筑抗震设防烈度、设防目标、设防标准、抗震概念设计的基本要求;设防目标、设防标准、抗震概念设计的基本要求;2.多层及高层钢筋混凝土房屋的抗震措施;多层及高层钢筋混凝土房屋的抗震措施;3.多层砌体结构房
2、屋和底部框架多层砌体结构房屋和底部框架抗震墙房屋的抗震措施抗震墙房屋的抗震措施。3第一讲第一讲教学目标:教学目标:了解地震的基本知识,理解震级、地震烈度的了解地震的基本知识,理解震级、地震烈度的概念;概念;12.1地震基本知识 震级与烈度;震级与烈度;难难 点点重重 点点抗震概念设计的基本要求抗震概念设计的基本要求12.1.1 12.1.1 地震及其破坏作用地震及其破坏作用全世界每年发生的地震约达五百万次。人们能感觉到的地震叫有感地震,占地震总数的1左右。造成灾害的强烈地震平均每年发生十几次。强烈地震会引起地震区地面剧烈摇晃和颠簸,并会危及人民生命财产安全和造成工程建筑物的破坏。地震还可能应起
3、火灾、水灾、山崩、滑坡以及海啸。地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动释放而引起的地球表层的振动。地震是一种自然现象,地球上每天都在发生地震是一种自然现象,地球上每天都在发生地震,一年约有地震,一年约有500万次。其中约万次。其中约5万次人们可以万次人们可以感觉到;能造成破坏的约有感觉到;能造成破坏的约有1000次;次;7级以上的级以上的大地震平均一年有十几次。目前记录到的世界上大地震平均一年有十几次。目前记录到的世界上最大地震是最大地震是8.9级,发生于级,发生于1960年年5月月22日的智日的智利地震。利地震。什么是地震?什么是地
4、震?地球是一个近似于球体的椭球体,平均半径约6370km,赤道半径约6378km,两极半径约6357km。从物质成分和构造特征来划分,地球可分为三大部分:地壳、地幔和地核(图1.1)。地壳3040km地幔29003500地核地壳莫霍面地下深度下地幔上地幔外核内核49806370km29001000玄武岩层花岗岩层海水沉积物莫霍不连续面地幔图1.1地球断面与地壳剖面(a)地球断面 (b)分层结构 (c)地壳剖面1.地壳 地壳是地球外表面的一层很薄的外壳,它由各种不均匀的岩石组成。地壳的下界称为莫霍界面,或称莫霍不连续面。地壳的厚度在全球变化很大,大陆内一般厚1640km,高山地区厚度更大,中国西
5、藏高原及天山地区厚达70km。海洋下面厚度最小,一般为1015km,最薄的约5km。世界上绝大部分地震都发生在地壳内。2.地幔 地壳以下到深度约2895km的古登堡界面为止的部分为地幔,约占地球体积的56。地幔由密度较大的黑色橄榄岩等超基性岩石组成,其中上地幔物质结构不均匀,中、下地幔部分是比较均匀的。由于地幔能传播横波(剪切波),所以根据推算,地幔应为固体。3.地核 古登堡界面以下直到地心的部分为地核,地核半径约为3500km,又可分为外核和内核。据推测,地核的物质成分主要为镍和铁。由于至今还没有发现有地震横波通过外核,故推断外核处于液态,而内核可能是固态。地球各部分的密度随深度增加而增大,
6、地球内部的温度随深度增加而升高。1.1.2 地震的发生过程 地震就是地球内某处岩层突然破裂,或因局部岩层塌陷、火山爆发等发生了振动,并以波的形式传到地表引起地面的颠簸和摇晃,从而引起了地面的运动。发生地震的地方叫震源。震源在地表的投影叫震中。震源至地面的垂直距离叫震源深度。震源深度、震中距、震源距什么叫震源、震中、震中距?什么叫震源、震中、震中距?地球内部发生地震的地方叫地球内部发生地震的地方叫震源震源;震源在地面上的投影点称为震源在地面上的投影点称为震中震中;震中及其附近的地方称为震中及其附近的地方称为震中区震中区,也称,也称极震区极震区 ;从震中到地面上任何一点的距离称为从震中到地面上任何
7、一点的距离称为震中距震中距。世界上绝大部分地震是浅源地震,中源地震比较少,而深源地震为数更少。一般来说,对于同样大小的地震,当震源较浅时,波及范围较小,而破坏程度较大;当震源深度较大时,波及范围则较大,而破坏程度相对较小。地震分类地震分类一.按地震成因分类-天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震1.1.构造地震构造地震 破坏性地震主要属于构造地震。据统计,构造地震约破坏性地震主要属于构造地震。据统计,构造地震约占世界地震总数的占世界地震总数的90%以上。以上。92%的地震发生在地壳中的地震发生在地壳中,其余的发生在地幔上部其余的发生在地幔上部地震地震天
8、然地震天然地震人工地震人工地震 关于构造地震的成因有多种学说。关于构造地震的成因有多种学说。这里介绍主要的两种:这里介绍主要的两种:板块构造学说板块构造学说、断层学说断层学说 板块构造学说板块构造学说欧亚大陆板块欧亚大陆板块太平洋板块太平洋板块美洲板块美洲板块非洲板块非洲板块印澳板块印澳板块南极板块南极板块六六大大板板块块 断层学说断层学说 在地幔对流等因素产生的巨大能量作用下,使在地幔对流等因素产生的巨大能量作用下,使地壳和地壳和地幔上部的岩石层发生皱褶变形,当积聚的地应力超过地幔上部的岩石层发生皱褶变形,当积聚的地应力超过岩石的极限强度时,岩石层便发生脆性断裂,猛烈回弹岩石的极限强度时,岩
9、石层便发生脆性断裂,猛烈回弹错动而引起振动,以波的形式向地面传播,形成地震错动而引起振动,以波的形式向地面传播,形成地震。(a)(a)岩层的原始状态岩层的原始状态 (b)(b)受力发生弯曲受力发生弯曲 (c)(c)岩层断裂发生震动岩层断裂发生震动 这些板块在地幔物质的对流等因素产生的巨大能量这些板块在地幔物质的对流等因素产生的巨大能量作用下缓慢地相互运动,这种运动使得板块之间相互挤作用下缓慢地相互运动,这种运动使得板块之间相互挤压和错动,致使压和错动,致使其边缘附近的岩石层脆性破其边缘附近的岩石层脆性破裂而引发地裂而引发地震。这种学说认为,震。这种学说认为,板块的构造运动板块的构造运动是构造地
10、震产生的是构造地震产生的根本原因。根本原因。一般造成较大灾害的都为构造地震,尤以浅源构造地震造成的危害更大。因此,从工程抗震角度来说,主要是研究占全球地震发生总数约90的构造地震。构造地震亦称“断层地震”。由地壳(或岩石圈,少数发生在地壳以下的岩石圈上地幔部位)发生断层而引起。图1.2 断层运动的种类(a)正断层(b)逆断层(c)横向断层a、岩层的原始状态b、受力发生弯曲c、岩层破裂发生震动地震形成的局部机制:地球板块运动 板块之间的相互作用力 地壳中岩层变形 变形积聚超过岩石所能承受的程度 岩体就会发生突然断裂或错动 地震 构造地震成因.avi2.2.火山地震火山地震 由于火山作用,如岩浆活
11、动、气体爆炸等引起的地震称由于火山作用,如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震,这类地震只占全世界地震的为火山地震,这类地震只占全世界地震的7%左右。左右。1914年日本樱岛火山爆发,产生的震动相当于一个年日本樱岛火山爆发,产生的震动相当于一个6.7级级地震。地震。3.3.陷落地震陷落地震由于地下溶洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称由于地下溶洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小,次数也很少。为塌陷地震。这类地震的规模比较小,次数也很少。人工地震人工地震 因人为因素直接造成的地震是人工地震。因人为因素直接造成的地震是人工地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动;在深井中
12、进如工业爆破、地下核爆炸造成的振动;在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力,有时行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力,有时也会诱发地震。也会诱发地震。1962年年3月月19日在广东河源新丰江水库坝区发日在广东河源新丰江水库坝区发生了迄今我国最大的水库诱发地震,震级为生了迄今我国最大的水库诱发地震,震级为6.1级。级。-天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震地震地震天然地震天然地震人工地人工地震震二二.按震源深浅分类按震源深浅分类浅源地震浅源地震震源深度小于震源深度小于60千米的称为浅源地震。千米的称为浅源地震。全世界全世界85%以上
13、的地震都是浅源地震。以上的地震都是浅源地震。中源地震中源地震震源深度在震源深度在60至至300千米的称为中源地震千米的称为中源地震深源地震深源地震震源深度在震源深度在300千米以上的称为深源地震千米以上的称为深源地震。浅源地震波及范围小,但破坏力大;深源地震波及范浅源地震波及范围小,但破坏力大;深源地震波及范围大,但破坏力小。围大,但破坏力小。20022002年年6 6月月2929日晨日晨1 1:2020发生于吉林的发生于吉林的7.27.2级地震,震源级地震,震源深度为深度为540km540km,无破坏。,无破坏。目前有记录的最深震源达目前有记录的最深震源达720公里。公里。地震分类地震分类一
14、一.按地震成因分类按地震成因分类 19601960年年2 2月月2929日发生于摩洛哥艾加迪尔城的日发生于摩洛哥艾加迪尔城的5.85.8级地震,级地震,深度为深度为3km3km。震中破坏极为严重,但破坏仅局限在震中。震中破坏极为严重,但破坏仅局限在震中8km8km内。内。地震波及其传播 地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播,这就是地震波。地震波是震源辐射的弹性波,一般分为体波和面波。地震波的组成:体波:在地球内部 传播的波 面波:沿地球表面 传播的波 纵波(压缩波)横波(剪切波)注:横波周期较长,振幅较大乐夫波瑞雷波注:面波周期长,振幅大;比体波衰减慢,能传到很远的地方 纵波纵波(P(
15、P波)波)横波(横波(S S波)波)纵波纵波(pressure wave)(pressure wave):由震源向外传播的疏密波或:由震源向外传播的疏密波或拉拉压波,压波,或称或称P P波。质点运动的方向与波的前进方向一波。质点运动的方向与波的前进方向一致。致。体波体波 横波横波(shear wave)(shear wave):由震源向外传播的剪切波,或称:由震源向外传播的剪切波,或称S S波波。质点运动的方向与波的前进方向相垂直。质点运动的方向与波的前进方向相垂直。横波特点横波特点:周期长、振幅大、波速慢,周期长、振幅大、波速慢,100-800m/s 100-800m/s。引起地面水平摇晃。
16、只在固体里传播。引起地面水平摇晃。只在固体里传播。纵波特点纵波特点:周期短、振幅小、波速快周期短、振幅小、波速快,200-1400m/s,200-1400m/s。引起地面竖向颠簸。在固体和液体里都能引起地面竖向颠簸。在固体和液体里都能 传播,在空气里的纵波就是声波。传播,在空气里的纵波就是声波。体波在地球内部的传播速度随深度而增大体波在地球内部的传播速度随深度而增大,随介质随介质的的 不同而不同不同而不同。S S波的传播速度(波的传播速度(m/sm/s)P P也可以认为是代也可以认为是代表(表(primaryprimary)S S也可以认为是代也可以认为是代表(表(secondarysecon
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