地震工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識培訓(xùn)講義PPT63

第二章地地震震工程程地質(zhì)質(zhì)第一節(jié)概概述地震:在在地殼表表層,因因彈性波波傳播所所引起的的振動作作用或現(xiàn)現(xiàn)象

構(gòu)造地震火山地震陷落地震誘發(fā)地震按成因分分類

淺源地震：0<70km大陸地震多屬此類，占73%，30km以內(nèi)更多中源地震：70~300km占23%深源地震：>300km占4%，最深達(dá)720km震源深度度：構(gòu)造地震震最嚴(yán)重重一類，，數(shù)量多多規(guī)模大大，波及面廣廣，破壞壞性大，，世界90%以以上屬于此類。。

大地震：M>=7級強(qiáng)烈破壞地震中地震：7>M>=5破壞性地震小地震：5>M>=3,2-4級有感地震微地震：3>M>=1

超微震：M<=1按地震M級大小第二節(jié)地地震震基基礎(chǔ)礎(chǔ)知知識識一、幾個個概念：：1、震源源：地震震發(fā)源地地（能量量E、深度H）2、震中3、震中中距4、震源源深度5、地震震區(qū)（（烈度度>6度度區(qū)）；；地震作作用；遠(yuǎn)遠(yuǎn)場（烈烈度衰減減2度以以上）近近場地震震6、地震震波：質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動動，彈性性波，能能量傳播播，產(chǎn)生生振動（（地震力力），破破壞源動動力，信信息息載體，，透、反反、折射射傳播。。體波：通過地球本體傳播的波面波：體波經(jīng)過反射、折射后，在介質(zhì)的界面或自由面（如地面）傳播縱波（P）：壓縮波，對應(yīng)于介質(zhì)體應(yīng)變，三維擴(kuò)散橫波（S〕：剪切波，對應(yīng)于切應(yīng)變，二維擴(kuò)散破壞性最大體波瑞利波（R）：質(zhì)點(diǎn)在XZ面上橢圓滾動前進(jìn)勒夫波（Q）：質(zhì)點(diǎn)在XY面上曲線前進(jìn)面波（L）瑞利波勒夫波振幅A周期T波長波速VP波最最小小最最短最最短最最快快S波最最大大長長長長慢慢R波、Q波最最大最最長最最長最最慢慢地面為自自由界面面，建筑筑位于其其上，該該面只存存在面波波，它對對建筑的的基礎(chǔ)破破壞性大大；體波波對建筑筑破壞性性最大，，P波能量最最大，S波及L波波長大大，使建建筑慌動動最大。。地震部部門最關(guān)關(guān)心P、S波。一般情況況下一一般般地震表表面秒，對對建筑界界面，P波先到達(dá)達(dá)，然后后是S波，最后后L波。7震級（M）：是衡量量地震本本身大小小的尺度度，由地震所釋釋放出來來的能量量大小所所決定。。M＝LOGA8烈烈度：一次地地震于某某地地面面震動強(qiáng)強(qiáng)烈程度度與地震釋釋放的能量大小小、震源深度度、震中距、震域介質(zhì)質(zhì)條件有關(guān)。一次地震震只有一一個M，但有不同同I。震中烈度度用I0表示。震源深度度和震中中距越小小，地表表巖土越越軟弱，，地震烈烈度越大大。淺源地震震（據(jù)152次次大震統(tǒng)統(tǒng)計）震震級與烈烈度的關(guān)關(guān)系：M=0.68I0+0.98A：距震中100公公里處標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)地震震儀在地地面所記記錄的震震波最大大振幅。。（微米））標(biāo)準(zhǔn)地震震儀：自自振周期期0.8秒，阻阻尼比0.8，，最大靜靜力放大大倍率為2800。能量E（J））與震級（（M)關(guān)系：：logE=4.8+1.5M理論上M無上限，，實際上上，因地地殼巖石石強(qiáng)度有有限，即即累積應(yīng)應(yīng)變能有有限，目目前最大大M為8.9級。烈度是估估算災(zāi)情情，進(jìn)行行區(qū)劃，，抗震設(shè)設(shè)計的直直接依據(jù)據(jù)。震害大小小取決于于地震破破壞力和和地物本本身抗震震性兩方方面，烈烈度劃分分以兩方方面作為為標(biāo)準(zhǔn)。。目前全全世界均均是以一一次地震震造成一一個地區(qū)區(qū)的宏觀觀震害（（如房屋屋倒塌程程度等）），同時時引入地地震加速速度等物物理指標(biāo)標(biāo)作為參參考，劃劃分烈度度。國際上上有數(shù)數(shù)十種種劃分分標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，我我國是是國家家地震震局制制定的的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，根根據(jù)一一個地地區(qū)某某一地地震及及代表表性地地質(zhì)條條件（（一般般二類類土層層）建建筑破破壞情情況劃劃分烈烈度。。根據(jù)據(jù)：人人的感感覺，，房屋屋及器器物地地物震震害程程度，，加速速度和和速度度（參參考）），等級：：1———12級烈度人的感覺一般房屋其它現(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無感II室內(nèi)個別靜止中的人感覺III室內(nèi)少數(shù)靜止中的人感覺門、窗輕微作懸掛物微動IV室內(nèi)多數(shù)人感覺，少數(shù)人夢中驚醒門窗作響懸掛物明顯擺動，器皿作響V室內(nèi)普遍感覺，室外多數(shù)人感覺，多數(shù)人夢中驚醒門窗、屋頂、屋架顫動作響，灰土掉落，抹灰出現(xiàn)微細(xì)裂縫不穩(wěn)定器翻倒31（22~44）3（2~4）VI驚慌失措，倉惶逃出損壞——個別磚瓦掉落、墻體微細(xì)裂縫0~0.10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（45~89）6（5~9）VII大數(shù)多人倉惶逃出輕度破壞——局部破壞、開裂，但不防礙使用0.11~0.30飽和砂層常見噴砂冒水，松軟土上地裂縫較多，大多數(shù)磚煙囪中等破壞125(90~177)13(10~18)VIII搖晃顛簸，行走困難中等破壞——結(jié)構(gòu)受損，需要修理0.31~0.50干硬土上變有裂縫，大多數(shù)磚囪嚴(yán)重破壞250(178~353)25(19~35)IX坐立不穩(wěn)，行動的人可能摔跤嚴(yán)重破壞——墻體龜裂，局部倒塌，修復(fù)困難0.51~0.70地方出現(xiàn)裂縫、基巖上可能出現(xiàn)裂縫、滑坡、坍方常見，磚煙囪出現(xiàn)倒塌500(354~707)25(19~35)X騎自行車的人會摔倒，處不穩(wěn)狀態(tài)的人會摔出幾尺遠(yuǎn)，有拋起感倒塌——大部倒塌，不堪修復(fù)0.71~0.90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(708~1414)100(72~141)XI毀滅0.91~1.00地震斷裂延續(xù)很長，山崩常見，基巖上的拱橋XII地面劇烈變化，山河改觀《中國國地震震烈度度表（（1980）》》使用用說用用（１））烈度度>VI度，判判定地地震烈烈度以以房屋屋震害害為主主，人人的感感覺僅僅供參參考；；>X度應(yīng)結(jié)結(jié)合建建筑物物或構(gòu)構(gòu)筑物物的破破壞程程度，，并根根據(jù)地地表現(xiàn)現(xiàn)象來來確定定；XI、、XII度的評評定，，需要要專門門研究究。（２））“一般房房屋”在《中中國地地震烈烈度表表（1980））》中中指土土構(gòu)架架和土土、石石磚墻墻構(gòu)造造的舊舊式房房屋和和單層層或多多層未未經(jīng)抗抗震設(shè)設(shè)計的的新式式磚房房。由由于我我國城城市目目前一一般都都已設(shè)設(shè)防，，有的的鄉(xiāng)村村也開開始設(shè)設(shè)防，，烈度度表中中的“一般房房屋”一般已已不普普遍，，調(diào)查查中應(yīng)應(yīng)區(qū)別別設(shè)防防與不不設(shè)防防的房房屋破破壞程程度對對烈度度的反反映，，給出出合理理的烈烈度值值。對對于質(zhì)質(zhì)量特特別差差或特特別好好的房房屋，，可根根據(jù)具具體情情況，，對表表列各各烈度度的震震害程程度和和震害害指數(shù)數(shù)予以以提高高或降降低。。（３））“人的感感覺”指平房房內(nèi)或或樓房房低層層內(nèi)人人的感感覺。。（４））表中中震害害指數(shù)數(shù)是對對上述述“一般房房屋”而言。?！巴旰谩睘椋?，，“毀滅”為１，，中間間按表表列震震害程程度分分級。。平均均震害害指數(shù)數(shù)是對對所有有房屋屋的震震害指指數(shù)的的總平平均值值而言言，可可以用用普查查或抽抽查的的方法法確定定之。。（５））使用用本表表時可可根據(jù)據(jù)地區(qū)區(qū)具體體情況況，作作出臨臨時的的補(bǔ)充充規(guī)定定。（６））煙囪囪指工工業(yè)或或取暖暖用的的鍋爐爐房煙煙囪。。（７））表中中數(shù)量量詞的的說明明：個個別：：１００％以以下；；少數(shù)數(shù)：１１０％％～５５０％％；多多數(shù)：：５００％～～７００％；；大多多數(shù)：：７００％～～９００％；；普遍遍：９９０％％以上上。（８））對重重要的的工業(yè)業(yè)設(shè)施施，如如橋梁梁、重重要車車間、、高層層建筑筑、巷巷道等等，要要進(jìn)行行專門門的調(diào)調(diào)查，，在調(diào)調(diào)查中中應(yīng)結(jié)結(jié)合設(shè)設(shè)防情情況進(jìn)進(jìn)行評評估。。（2））場地烈烈度（（I場）：同一一I基區(qū)，場地條條件不不同而而進(jìn)一一步劃劃分，，對I基修正。。（3）設(shè)防烈度（（設(shè)計烈度度）（I設(shè)）：是抗震設(shè)設(shè)計所采用用的烈度。。依建筑物物重要性、、抗震性、、經(jīng)濟(jì)性、、對I基調(diào)整。原則則上一般建建筑用I基，重要建筑筑適當(dāng)提高高。設(shè)計部部門很少用用I場。原則上小小于等于VI度區(qū)不設(shè)防防。幾個烈度概概念：（1）地震基本烈烈度（I基）：一定時間間（今后100年內(nèi)）和一一定地區(qū)范范圍內(nèi)一般般場地條件件下（二類類粘土）可可能遭遇的的最大烈度度。一個地地區(qū)的平均均烈度。二、地震震地質(zhì)質(zhì)基本本特征征1.介質(zhì)條件2.結(jié)構(gòu)條件活斷層的一一些特定部部位：端點(diǎn)點(diǎn)、拐點(diǎn)、、交匯點(diǎn)等等。3.構(gòu)造應(yīng)力條條件構(gòu)造應(yīng)力場場包括1、3的大小方向向，構(gòu)造應(yīng)應(yīng)力方向與與斷層的關(guān)系?，F(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)運(yùn)動強(qiáng)烈的的部位，應(yīng)力集中4強(qiáng)震活動受受活動構(gòu)造造的控制5絕絕大多數(shù)強(qiáng)強(qiáng)震發(fā)生在在一些穩(wěn)定定斷塊邊緣緣的深大斷斷裂帶上,而穩(wěn)定斷斷塊內(nèi)部很很少或基本本沒有強(qiáng)震震分布。6.裂谷型的的斷陷盆地地尤其是晚晚第三紀(jì)、、第四紀(jì)新新生盆地業(yè)業(yè)常發(fā)生強(qiáng)強(qiáng)震。一）世界范圍內(nèi)內(nèi)的主要地地震帶及其其形成的大大地構(gòu)造環(huán)環(huán)境1環(huán)太平平洋地震帶帶這是世界上上最大的地地震帶，在在狹窄條帶帶內(nèi)震中密密度也最大大，全世界界約80％％的淺源地地震、90％的中源源地震和幾幾乎全部深深源地震集集中于此帶帶，釋放的的能量約為為全世界地地震釋放能能量的80％。很早早以前就已已經(jīng)知道，，此帶的震震源深度有有自島孤外外線的深海海溝向大陸陸內(nèi)部逐步步加深的規(guī)規(guī)律，并解解釋為大陸陸與大洋之之間的一條條傾向大陸陸的大斷裂裂面。。2地中海喜喜馬拉雅地震震帶或歐亞地地震帶僅次于環(huán)太平平洋地震帶的的第二大地震震帶，震中分分布較前者為為分散，所以以帶的寬度大大且有分支。。以淺源地震震為主，中源源地震在帕米米爾、喜馬達(dá)達(dá)雅地區(qū)有所所分布，深源源地震主要分分布于印尼島島弧。環(huán)太平平洋地震帶以以外的幾乎所所有深源、中中源和大的淺淺源地震均發(fā)發(fā)生于此帶，，釋放能量約約占全球地震震能量的15％。3大洋海嶺嶺地震帶主要呈線狀分分布于各大洋洋的接近中部部。這一地震震帶遠(yuǎn)離大陸陸是多為強(qiáng)震震，所以以前前未被人注意意，60年代代以前不把它它作為一個地地震帶，海底底擴(kuò)張和板塊塊構(gòu)造的發(fā)展展才使人們注注意到這一地地震帶。這一一帶的所有地地震均產(chǎn)生于于巖石圈內(nèi)，，震源深度小小于30km，震級除少數(shù)例例外均不超5級。二)我國國地震地質(zhì)的的基本特征1我國強(qiáng)震震空間分布及及地震區(qū)帶劃劃分我國大于6級級的強(qiáng)震的空空間分布極不均勻，大致以105度為界。。西部地震廣廣泛分布，東東部地震相對對稀少，震級均未達(dá)到到8級。在上述兩地地震區(qū)域內(nèi)強(qiáng)強(qiáng)震分布也是是極不均勻的的，東部域分分布于華北及及東南沿海一一帶，而西部部分布面積大大，但塔里木木、準(zhǔn)噶爾和和鄂爾多斯盆盆地等則地震震分布較為零零星。2我國強(qiáng)震震發(fā)生的地質(zhì)質(zhì)條件(1)強(qiáng)震震與活動斷裂帶的關(guān)系a）不同方向的斷斷裂的交匯部部位b）活動性深大斷斷裂的轉(zhuǎn)折部部位c）活動性深大斷斷裂的端部或或其它鎖閉段段(2)強(qiáng)震與與斷陷盆地的關(guān)系a）傾斜斷陷盆地地的較深、較較陡一側(cè)活動動斷裂裂的最大斷距距段上；b）兩盆地間或盆盆地內(nèi)部由橫橫向斷裂控制制的橫向隆起起帶兩側(cè)；c）斷陷盆地的銳銳角尖端，或或斷陷盆地帶帶內(nèi)多組斷裂裂交匯部位；；d）受不同方向多多組斷裂控制制，內(nèi)部構(gòu)造造又比較強(qiáng)烈烈的復(fù)合盆地地的次級凹陷陷帶上，如1966年邢邢臺地震。(3)強(qiáng)震震產(chǎn)生的深部構(gòu)造條件我國大陸板內(nèi)內(nèi)地震多發(fā)生生在地殼內(nèi)10-25km深處，在我國西部還還發(fā)生在地殼殼內(nèi)31-37km。由此可見，地地殼深部構(gòu)造造活動和受力力狀態(tài)，對地地震的孕育和和發(fā)生，是更更為直接的因因素。不同級別的斷斷裂如蓋層斷斷裂、基底斷斷裂、巖石圈圈斷裂和超巖巖石圈斷裂，，層間斷裂在深部的的活動往往是是地震發(fā)生的的主要原因。。3我國大大陸地震活動動與現(xiàn)代構(gòu)造造應(yīng)力場與形形變場的關(guān)系系根據(jù)大量震源源機(jī)制解及地地震時地表斷斷層錯動方式式分析，我國國廣大地區(qū)主壓應(yīng)力以近近水平方向者者為主。主壓應(yīng)力仰角小于30度者占80%以以上，且以東經(jīng)105o為界，可區(qū)分分出兩大應(yīng)力力系統(tǒng)。西部為近南北向-北北東向擠擠壓應(yīng)力場。。東部為大面積的近近東西的水平平擠壓應(yīng)力場場。來自板塊邊界界的作用力是是中國大陸新新生代和現(xiàn)今今構(gòu)造變形的的主要動力源源4我國現(xiàn)代地殼殼垂直形變與與地震活動的的相關(guān)性研究究中國大陸垂直直形變的的總總趨勢是南升升北降，最大上升量量在喜馬拉雅雅山地區(qū)，年年速率達(dá)10mm左右。下降最最強(qiáng)烈的新疆疆準(zhǔn)噶爾盆地地，年速率為為-3到-4mm。大致以銀川-昆明一線為為界，西部線線條密集，等等值線多呈東東西或北西西西走向，與主主要斷裂線方方向一致，其其地形變斷裂裂線多由3-4條等值線線組成的梯度度帶繪出，表表明其活動強(qiáng)強(qiáng)度較大。東東部線條相對對稀疏，等值值線走向多為為北北東向-北東向，部部分為東西向向及南北向，，也與構(gòu)造線線吻合較好。。東部地區(qū)的垂垂直變形大致致分為三區(qū)：華南-西南南區(qū)，華北區(qū)區(qū)和東北區(qū)。。5我國大大陸板內(nèi)現(xiàn)代代運(yùn)動特征我國大陸處于于歐亞大陸的的東部，是一一個被周圍板塊擠擠壓圍限的區(qū)區(qū)域，影響板內(nèi)變變形和運(yùn)動狀狀況的邊界動動力環(huán)境十分分復(fù)雜：（1）有印度度板塊與歐亞亞大陸在喜馬馬拉雅一帶的的碰撞及向向亞洲內(nèi)部的的繼續(xù)擠壓；（2）西太平平洋板塊向亞亞洲大陸的俯沖與擠壓；（3）菲律賓賓板塊向西的的俯沖和在臺灣一帶帶的匯聚；（4）日本海海、東海東部部沖繩海槽及及南海盆地的的弧后局部擴(kuò)張。在周邊板塊碰碰撞或俯沖的的推動下，板板塊之間就產(chǎn)產(chǎn)生了不同形形式、不同規(guī)規(guī)模和速率的的相互錯動。。大體上又可可分為西部板板內(nèi)聚斂為主主的擠壓區(qū)，，東部東北、、華北的拉張張裂陷區(qū)和東東南部處于西西部擠壓與北北部圍限下整整體穩(wěn)定滑移移區(qū)。（1）西部擠擠壓區(qū)（2）東南部部滑移區(qū)（3）東及東東北部張裂區(qū)區(qū)極射赤平投影影（Stereographicprojection）簡稱赤平投投影，主要用用來表示線、、面的方位，，相互間的角角距關(guān)系及其其運(yùn)動軌跡，，把物體三維維空間的幾何何要素（線、、面）反映在在投影平面上上進(jìn)行研究處處理。它是一一種簡便、直直觀的計算方方法，又是一一種形象、綜綜合的定量圖圖解，廣泛應(yīng)應(yīng)用于地質(zhì)科科學(xué)中。運(yùn)用用赤平投影方方法，能夠解解決地質(zhì)構(gòu)造造的幾何形態(tài)態(tài)和應(yīng)力分析析等方面的許許多實際問題題，因此，它它是研究地質(zhì)質(zhì)構(gòu)造的經(jīng)常常采用的一種種手段。一切通過球心心的面和線，，延伸后均會會與球面相交交，并在球面面上形成大圓圓和點(diǎn)。以球球的北極為發(fā)發(fā)射點(diǎn)，與球球面上的大圓圓和點(diǎn)相連，，將大圓和點(diǎn)點(diǎn)投影到赤道道平面上，這這種投影稱為為極射赤平投投影。三、震源機(jī)制制和震源參數(shù)數(shù)1.震源機(jī)制制：地震發(fā)生的的物理過程或或震源物理過過程?？梢酝ㄍㄟ^多個地震震臺的的地震震記錄圖來確確定。主要依依據(jù)初到P波的方向＋＋－－＋＋－－1313單力偶雙力偶P波的初動具有有明顯的象限限分布特點(diǎn)。。平移斷層正斷層逆斷層2.震源參數(shù)數(shù)：反映震源斷層層的一些特征征量或物理量量包括：斷層走走向、傾向、、傾角、斷層層錯動方向、、震源斷層長長度、寬寬度、、斷層錯距、、震源應(yīng)力方方向等。求解：（1）震源機(jī)機(jī)制解（2）等震線線的幾何特征征（3）根據(jù)據(jù)第一章介紹紹的經(jīng)驗式，，據(jù)震級等計計算斷層長度度、錯距，（4）根據(jù)據(jù)震前后大地地變形推求斷斷層位量、方方向、錯距、、類型等第三節(jié)地地震效應(yīng)應(yīng)地震效應(yīng)———地震作用影影響所及的范范圍內(nèi)，地表表出現(xiàn)的各種種震害和破壞壞。取決于三方面面：場地工程程地質(zhì)條件、、震級、震中中距、建筑物物類型及結(jié)構(gòu)構(gòu)振動破壞效應(yīng)——引起建筑物破壞地面破壞效應(yīng)——地面破裂及地基液化、沉陷等斜坡破壞效應(yīng)——滑坡等一振動破壞效應(yīng)應(yīng)地震地面運(yùn)動建筑物振動建筑物破壞(強(qiáng)度、剛度、整體性不夠產(chǎn)生破裂或倒塌）地震（a,v,A)三種破壞的效效兩種分析方法法假設(shè)：1）建筑物是是剛體，即建筑物的的各部分作為為一個整體（一個質(zhì)點(diǎn)）），具有有相同的加速速度。2）建筑物受受力振動加速速度和地面加加速度是相同的3）將地震力力視為由地面面振動a0max引起建筑物的的慣性力，即地震力就就是建筑自身身的慣性力，，固定不變。建筑物受到的的地震力P為：其中當(dāng)amax為水平矢量，稱其為水平地震系數(shù)kc，相應(yīng)地為垂直地震系數(shù)k/c；g為重力加速度；amax=PW1.靜力法我國規(guī)定Kc’=(1/2-1/3)Kc一般：不考慮慮Kc’,但在有傾覆、、滑動危險的的結(jié)構(gòu)，如擋擋土墻、水壩壩等，需用Kc’核算。在高烈度（度以上）區(qū)必必須考慮地震震力核算的穩(wěn)穩(wěn)定性。（1）工業(yè)與與民用建筑，，建筑物的破破壞主要與水水平地震力作作用下的水平平滑動及結(jié)點(diǎn)點(diǎn)脫開有關(guān)，，故實際上為為穩(wěn)定性課題題，其表達(dá)為為：式中：f、c為地基與基礎(chǔ)礎(chǔ)間或滑動面面上的摩擦擦系數(shù)及粘聚聚力；W為建筑物的重重量；A為建筑物基礎(chǔ)礎(chǔ)底面或滑動動面的面積；；Kc為水平地震系系數(shù)。（2）水壩壩應(yīng)考慮慮兩種情況：：只只考慮水平地地震力作用時時，在水水平與鉛直地地震力共同作作用時，2.動力分析析法實際情況：地地震破壞取決決于地震力（（幅度、頻率率、持續(xù)時間間）及受震體體特性（剛度度、自震周期期、阻尼）。故廣泛用動動力分析法考慮地震對建建筑物的作用用與場地工程程地質(zhì)條件、、建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)特點(diǎn)、地震震歷時等因素素。地面與建建筑為一個動動態(tài)系三種方法：模模型模擬、計計算機(jī)模擬分分析、簡化反反應(yīng)譜計機(jī)算模擬分分析——輸入入強(qiáng)震波譜模模擬地震作用用，了解振動動過程，求振振動阻力和動動位移。將建建筑控制在彈彈性變形限度度內(nèi)。簡化反應(yīng)譜法法地震反應(yīng)譜（（earthquakeresponsespectrum）------由于地震的作作用（簡化為為簡諧震動）），結(jié)構(gòu)因振振動而產(chǎn)生慣慣性力，使使建筑物產(chǎn)生生內(nèi)力，建筑筑物會產(chǎn)生位位移、速度和和加速度，人人們把不同周周期下建筑物物反應(yīng)值的大大小畫成曲線線，這些曲線線稱為反應(yīng)譜譜。即，單自自由度彈性系系統(tǒng)對于某個個實際地震加加速度的最大大反應(yīng)（可以以是加速度、、速度和位移移）和體系的的自振特征（（自振周期或或頻率和阻尼尼比）之間的的函數(shù)關(guān)系。。一般說來，，設(shè)計的直接接依據(jù)是加速速度反應(yīng)譜。?！J(rèn)為建筑筑為一個質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)M，為一個彈性系系數(shù)為K的振其振動性性能自由振周周期T和阻尼決定，，要考查在受受到不同時刻刻的地震加速速度a0后，建筑所表表現(xiàn)的加速度度a的大小。原理：由質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)受振動后的的性能可建立立微分方程，，該方程中包包括了質(zhì)點(diǎn)a及地面a0，解方程時，按按簡化的辦法法輸入一次地地震的不同時時刻的a0，得到一系列列amax值，得到一個個特定T、阻尼下反應(yīng)譜譜曲線?？拐鹪O(shè)計反應(yīng)應(yīng)譜（設(shè)計計用用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)反反應(yīng)應(yīng)譜譜））是根根據(jù)據(jù)大大量量實實際際地地震震記記錄錄分分析析得得到到的的地地震震反反應(yīng)應(yīng)譜譜進(jìn)進(jìn)行行統(tǒng)統(tǒng)計計分分析析，，并并結(jié)結(jié)合合震震害害經(jīng)經(jīng)驗驗綜綜合合判判斷斷給給出出的的。。也也就就是是說說設(shè)設(shè)計計反反應(yīng)應(yīng)譜譜不不像像實實際際地地震震反反應(yīng)應(yīng)譜譜那那樣樣具具體體反反映映1次地地震震動動過過程程的的頻頻譜譜特特性性，，而而是是從從工工程程設(shè)設(shè)計計的的角角度度，，在在總總體體上上把把握握具具有有某某一一類類特特征征的的地地震震動動特特性性。。由于于強(qiáng)強(qiáng)震震地地面面運(yùn)運(yùn)動動受受許許多多因因素素影影響響，，準(zhǔn)準(zhǔn)確確確確定定某某地地區(qū)區(qū)的的a0有困困難難，，抗抗震震部部門門是是根根據(jù)據(jù)不不同同巖巖土土地地面面歷歷史史上上多多次次強(qiáng)強(qiáng)震震平平均均值值a0的平平均均反反應(yīng)應(yīng)譜譜（（此此方方法法是是1959年美美國國Housner提出出））。。加速速度度反反應(yīng)應(yīng)譜譜在在周周期期很很短短時時有有一一個個上上升升段段（（高高層層建建筑筑的的基基本本自自振振周周期期一一般般不不在在這這一一區(qū)區(qū)段段）），，當(dāng)當(dāng)建建筑筑物物周周期期與與場場地地的的特特征征周周期期接接近近時時，，出出現(xiàn)現(xiàn)峰峰值值，，隨隨后后逐逐漸漸下下降降。。出出現(xiàn)現(xiàn)峰峰值值時時的的周周期期與與場場地地的的類類型型有有關(guān)關(guān)：：I類場場地地約約為為0．1～0．2s；Ⅱ類場場地地約約為為0．3～0．4s；Ⅲ類場場地地約約為為0．5～0．6s；Ⅳ類場場地地約約為為0．7～1．0s。反應(yīng)應(yīng)譜譜β-T有峰峰點(diǎn)點(diǎn)（（Tm，βm），，峰峰點(diǎn)點(diǎn)前前規(guī)規(guī)律律不不明明顯顯，，過過峰峰點(diǎn)點(diǎn)后后長長周周期期部部分分按按（（T>=Tm,n為衰衰減減系系數(shù)數(shù)））的的規(guī)規(guī)律律衰衰減減。。對對譜譜曲曲率率進(jìn)進(jìn)行行平平滑滑處處理理，，并并從從設(shè)設(shè)計計安安全全考考慮慮，把把β-T曲線線的的高高頻頻部部分分削削平平（（取取水水平平線線））。。為為保保證證最最低低抗抗震震能能力力，，對對低低頻頻部部分分取取一一個個下下限限值值，，成成為為一一般般規(guī)規(guī)范范給給出出的的譜譜曲曲線線，，作作為為設(shè)設(shè)計計用用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)反反映映譜譜。。為了了考考慮慮場場地地條條件件對對設(shè)設(shè)計計反反應(yīng)應(yīng)譜譜的的影影響響，，通通常常的的做做法法是是將將場場地地按按某某些些指指標(biāo)標(biāo)和和描描述述劃劃分分為為若若干干類類，，以以便便采采取取合合理理的的設(shè)設(shè)計計參參數(shù)數(shù)和和有有關(guān)關(guān)的的抗抗震震構(gòu)構(gòu)造造措措施施。。由由此此可可見見，，場場地地分分類類的的目目的的是是確確定定不不同同場場地地上上設(shè)設(shè)計計反反應(yīng)應(yīng)譜譜，，其其作作用用是是在在地地震震作作用用計計算算中中定定量量考考慮慮場場地地條條件件對對設(shè)設(shè)計計參參數(shù)數(shù)的的影影響響。。從從各各國國規(guī)規(guī)范范場場地地分分類類的的總總趨趨勢勢看看，，分分類類的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)應(yīng)應(yīng)當(dāng)當(dāng)反反映映影影響響地地面面運(yùn)運(yùn)動動特特征征的的主主要要因因素素，，但但現(xiàn)現(xiàn)有有的的強(qiáng)強(qiáng)震震資資料料還還難難以以用用更更細(xì)細(xì)的的尺尺度度與與之之對對應(yīng)應(yīng)，，所所以以場場地地分分類類一一般般至至多多分分為為3或4類，劃分指標(biāo)標(biāo)尤以土層軟軟硬描述為最最多，它雖然然只是一種定定性描述，由由于其精度能能與場地分類類要求相適應(yīng)應(yīng)，似乎已為為各國規(guī)范認(rèn)認(rèn)同。作為定定量指標(biāo)覆蓋蓋層厚度亦已已被許多規(guī)范范所接受，采采用剪切波速速作為土層描描述軟硬的指指標(biāo)近年來逐逐漸增多。我我國近年來修修訂的規(guī)范，，如《建筑抗震設(shè)計計規(guī)范》(GB50011—2001)、《構(gòu)筑物抗震設(shè)設(shè)計規(guī)范》(GB50191—93)等都采用了這這類指標(biāo)進(jìn)行行場地分類。。類別土類型巖土名稱和性狀特征周期值Tg(s)近震遠(yuǎn)震I堅硬土穩(wěn)定巖石，密實的碎石土；土層vs>500m/s0.200.25II中硬土中密、稍密的碎石土，密實、中密的礫、粗、中砂，fk>200kPa的粘性土和粉土；土層vs=250~500m/s0.300.40III中軟土稍密的礫、粗、中砂，除松散狀態(tài)的粉、細(xì)砂，fk<=200kPa的粘性土和粉土，fk>=200kPa的填土；vs=140~250m/s0.400.55IV軟弱土淤泥和淤泥質(zhì)土，松散的砂，新近沉積的粘性土和粉土，fk<130kPa的填土；vs<=140m/s0.650.85烈度6789αmax0.040.080.160.32場地土類別及及特征周期值值結(jié)構(gòu)物截面抗抗震驗算的水水平地震影響響系數(shù)最大值值應(yīng)用：1、設(shè)計時不不一定進(jìn)行動動力分析計算算，直接根據(jù)據(jù)T，Tg查（T），以及a0max后，便可得到到amax。2、等效靜力分析析方法：地震力式中：c為結(jié)構(gòu)影響系系數(shù)，α為地震影響系數(shù)數(shù)。注意：Kc,α兩系數(shù)分別表表達(dá)地面加速速度及建筑物物振動加速度度與g的比值。而β表達(dá)場地建筑筑是震動放大大的倍數(shù)。地震力大小與與建筑物的質(zhì)質(zhì)量與剛度有有關(guān)。在同等等的烈度和場場地條件下，，建筑物的重重量越大，受受到地震力也也越大，因此此減小結(jié)構(gòu)自自重不僅可以以節(jié)省材料，，而且有利于于抗震。同樣樣，結(jié)構(gòu)剛度度越大、周期期越短，地震震作用也大，，因此，在滿滿足位移限值值的前提下，，結(jié)構(gòu)應(yīng)有適適宜的剛度。。適當(dāng)延長建建筑物的周期期，從而降低低地震作用，，這會取得很很大的經(jīng)濟(jì)效效益。上述設(shè)計實質(zhì)質(zhì)是采用一個個最大加速度度平均值，有有人提出考考慮震動的時時間因素，按按反應(yīng)譜形狀狀的特征進(jìn)行行設(shè)計即時程程設(shè)計方法，，(給amax標(biāo)準(zhǔn)化，定義義動力系數(shù)β)二地地面破壞效應(yīng)應(yīng)地面破裂效應(yīng)地基基底效應(yīng)地震斷層地面裂縫沉降砂土液化地基滑移1.地面破裂裂效應(yīng)——指地震震時斷層錯斷及地面裂裂縫引起的破破壞。強(qiáng)烈地地震均會出現(xiàn)現(xiàn)。斷層長度及寬寬度可按估計計的震級用經(jīng)經(jīng)驗公式計算算。延伸數(shù)十十至數(shù)百公里里不等。位置一般按已已有的主干斷斷層線或分支支斷裂線出現(xiàn)現(xiàn)。走向斷裂—地地表斷裂方方向與之相吻吻合。逆斷裂——地表表斷裂與原斷斷層有一定偏偏移。正斷裂——介于于走、逆之間間。走滑型正正斷型逆逆斷型AD、AB、、AD’最易出現(xiàn)的斷斷裂及范圍。。主要產(chǎn)生于于上盤。產(chǎn)生的可能性性：與斷層活活動方式、震震源深、M、覆蓋層厚等有有關(guān)。（1）斷裂活活動就可能產(chǎn)產(chǎn)生地表斷裂裂。（2）與上部部土層厚有關(guān)關(guān)。臨界厚度—土層剪損應(yīng)變變臨界值，硬硬土5%，軟軟土10%。?！虏繑嗔彦e動動垂直位移（（m），一般<3m。一般覆蓋層30-50m以上很少出現(xiàn)現(xiàn)地表斷裂。。（3）M>7.2級幾乎都產(chǎn)生生，M=6級、震源10-30Km時，很少產(chǎn)生生。地表斷裂寬度度：由一條主主干斷裂帶構(gòu)構(gòu)成，可能為為狹長斷面，，或一個帶包括影響帶常常常有幾英尺尺至幾十英尺尺以上。且逆逆斷層>正斷斷層>走滑。。對于傾角45-90度度斷層，寬度度約等于2.地基效應(yīng)應(yīng)——強(qiáng)烈震動作用用下，土體較較大變形移動動，使地基承承載力下降或或喪失，由此此造成建筑物物的破壞。機(jī)理：飽水砂土在在地震、動力力荷載或其它它物理作用下下，受到強(qiáng)烈烈振動而喪失失抗剪強(qiáng)度，，使砂粒處于于懸浮狀態(tài)，，致使地基失失效的作用或或現(xiàn)象。1液化機(jī)理：砂土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度：砂基液化問題題：砂土液化（橫橫向移動）系系因地震時球球粒（理想砂砂粒）的重新新堆集。地震震振動造成這這種固體顆粒粒堆集更加有有效，這會占占據(jù)少量體積積。一部分覆覆蓋層荷載由由水來支撐，，這就無法阻阻止水體橫向向運(yùn)移。2.影響砂土土液化的因素素1）土的類型及性性質(zhì)★粒度粉、細(xì)砂土最最易液化；高高烈度時，亞亞砂土、輕亞亞粘土、中砂砂也可液化。。我國90%發(fā)生在粉組組、砂、亞砂砂土中。粉粒粒含量>40%時，極易易液化；粘粒含量>12.5%時，極難液液化。極易液液化土的特征征是：平均粒度0.02-0.10mm，?=2-8，粘粒含量<10%★密實度松砂極易液化化，密砂不易易液化。相對密度Dr<50%時，很易液化化，Dr>80%時，不易液化化?！锍梢蚣澳甏酁闆_積成因因的粉細(xì)砂土土，如濱海平平原、河口三三角洲等。沉積年代較新新：結(jié)構(gòu)松散散、含水量豐豐富、地下水水位淺2）飽和砂土的埋埋藏分布條件件埋藏條件包括括：砂層厚度度、上覆非液液化土層厚度度（即埋藏深深度）、地下下水埋深。★砂層上覆非液液化土層愈厚厚，液化可能能性愈小。一一般埋深大于10-15m以下就難以液液化了?！锏叵滤宦裆钌钣?，愈不易易液化。實際際上，地下水水埋深3-4m時，液化現(xiàn)象象很少，一般般把液化最大大地下水埋深深定為5m?！锷皩釉胶裨揭滓滓夯?）地震活動的強(qiáng)強(qiáng)度及歷時地震力（剪應(yīng)應(yīng)力）是砂土液化的的動力地震愈強(qiáng)，歷歷時愈長，則則愈易引起砂砂土液化，而而且波及范圍圍愈廣。Ⅵ度以下下地區(qū)區(qū)很少少有液液化現(xiàn)現(xiàn)象；；Ⅶ度區(qū)只只能使使疏松松的粉粉、細(xì)細(xì)砂層層液化化；而而Ⅸ度以上上地區(qū)區(qū)才能能使粗粗粒及及粘粒粒含量量較高高的土土液化化。強(qiáng)強(qiáng)度很很高的的地區(qū)區(qū)即震震中區(qū)區(qū)附近近，因因地振振動以以垂直直為主主，也也不易易產(chǎn)生生液化化。液液化范范圍（（液化化最遠(yuǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)，，以震震中距距R表示，，Km））lgR=0.77M-3.63.砂砂土液液化的的判別別根據(jù)地質(zhì)條條件，，可初初步判判定該該區(qū)土土層是是否存存在液液化的的可能能。若若有可可能，，需進(jìn)進(jìn)一步步的工工作,作出出準(zhǔn)確確判別別。（1））初步步判別別飽和砂砂土或或粉土土，當(dāng)當(dāng)符合合下列列條件件之一一，可可判為為不液液化土土或不不考慮慮液化化作用用。①Q(mào)3及Q3以前的的土②粉土土的粘粘粒含含量不不小于于表列列數(shù)據(jù)據(jù)③上覆覆非液液化土土層厚厚度和和地下下水埋埋深符符合下下列條條件之之一：du>do+db-2液化土土特征征深度度dw>do+db-3du+dw>1.5do+2db-4.5dw—地下水水埋深深（m），，年最高高水位位du—上覆非非液化化土層層厚（（m）db—基礎(chǔ)砌砌置深深度（（m)do—液化土土特征征深度度（m）粉土的粘粒含量℅7度8度9度101316烈度789粘土678砂土789①現(xiàn)場標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)貫貫入試試驗，，地面面以下下15m以內(nèi)的的液化化土應(yīng)應(yīng)符合合下列列要求求：其中：：N63.5－－飽和土土標(biāo)貫貫實測測值Ncr－－判別砂砂土液液化的的臨界界錘擊擊數(shù)N0－－基準(zhǔn)錘錘擊數(shù)數(shù)（貫貫人點(diǎn)點(diǎn)深3米，地下下水埋埋深2米）），查表ds－－飽和土土標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)貫入入試驗驗點(diǎn)深深度（（m）dw－－地下水水埋深深(m)c－－粘粒百百分含含量，，當(dāng)c<3％％時，取取c＝3判據(jù)：：Ncr<N63.5不液化化（2））進(jìn)一步步判別別方法有有:①①現(xiàn)場實實驗,②剪應(yīng)應(yīng)力對對比法法烈度789近震61016遠(yuǎn)震812—液化程程度等等級定義：：液化化指數(shù)數(shù)In——15m以內(nèi)標(biāo)標(biāo)貫實實驗段段總數(shù)數(shù)—i段標(biāo)貫貫實測測值，，當(dāng)實實測值值大于于臨界界值時時取臨臨界值值—i段標(biāo)貫貫臨界界值—i段土層層厚度度（m)—i層單位位土層層厚度度影響響權(quán)函函數(shù)（（m-1）該層中中點(diǎn)深深度<5m，取10該層中中點(diǎn)深深度=15m，取0該層中中總深深度5-15m，，取內(nèi)插插值等級判判別：：I<5輕微，，無災(zāi)災(zāi)害I=5-15中等，，不均均勻沉沉陷，，冒砂砂I>15嚴(yán)重，，建筑筑傾倒倒，地地面變變形②剪應(yīng)力力對比比法此法是是希德德在日日本新新瀉地地震后后提出出的，，是目目前國國內(nèi)外外比較較流行行的判判別方方法。。其原原理是是：引引起砂砂土液液化的的地震震剪切切波大大致以以垂直直方向向自基基巖向向覆蓋蓋層傳傳播，，并在在不同同深處處產(chǎn)生生隨時時間而而變化化的不不均勻勻的反反復(fù)剪剪切應(yīng)應(yīng)力。。當(dāng)這這種剪剪應(yīng)力力超過過砂土土液化化所需需的剪剪應(yīng)力力時，，即發(fā)發(fā)生液液化。。也即即當(dāng)?shù)氐卣鸺艏羟胁úㄔ谏吧巴林兄幸鹌鸬募艏魬?yīng)力力超過過該砂砂土的的抗剪剪強(qiáng)度度時，，即發(fā)發(fā)生液液化。。根據(jù)地地震剪剪切波波及室室內(nèi)、、現(xiàn)場場實驗驗測得得的土土體液液化時時的剪剪應(yīng)力力大小小，對對比判判斷。4.砂砂土液液化的的防護(hù)護(hù)措施施（1））慎重重選擇擇場地地（2））選擇擇基礎(chǔ)礎(chǔ)類型型（3））地基基處理理處理標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)：：★應(yīng)處理理至液液化深深度下下限★處理后后的土土層標(biāo)標(biāo)貫擊擊數(shù)實實測值值應(yīng)大大于臨臨界值值壓密通過振振動、、夯擊擊、爆爆破等等手段段，使使砂土土急劇劇液化化排水水，而而達(dá)到到壓密密，提提高天天然地地基土土的相相對密密度Dr排滲法法通過排排滲井井等來來消散散因振振動時時而產(chǎn)產(chǎn)生的的孔隙隙水壓壓力，，防止止液化化換土或或蓋重重用非液液化土土更換換地表表的液液化土土層，，或在在地表表液化化土層層上覆覆蓋填填土第四節(jié)節(jié)場場地工工程地地質(zhì)條條件對對震害害的影影響及及地震震小區(qū)區(qū)劃一、場場地工工程地地質(zhì)條條件對對震害害的影影響目前為為止，，將地地震烈烈度和和地震震力作作用運(yùn)運(yùn)用于于工程程設(shè)計計中時時，都都沒有有很好好考慮慮一個個場地地實際際地質(zhì)質(zhì)條件件的影影響。。實際際上，，例如如場地地條件件的差差別，，可能能使同同一基基本烈烈度區(qū)區(qū)不同同場地地的實實際烈烈度相相差2-3度。。解決途途徑：：①按場地地條件件進(jìn)行行動力力分析析；②場地烈烈度小小區(qū)劃劃主要影影響因因素：：巖土土類型型、地地形地地貌、、斷裂裂、地地下水水。1.巖巖土類類型及及性質(zhì)質(zhì)（1））強(qiáng)度度及剛剛度震害程程度：：巖性性：：時代代：：以基巖巖為準(zhǔn)準(zhǔn)，高高1~2倍倍小大大基巖——密實礫礫石——粘土——飽水砂砂——淤泥、、填土土老新新（工基基教材材中列列出了了不同同巖性性烈度度差值值。））原因：：①介質(zhì)對對波的的吸收收放大大作用用，軟軟土對對低頻頻率周周期波波選擇擇放大大作用較較大，，A↑，T↑，a↑，持續(xù)時時間↑，對長周周期建建筑（（如高高層建建筑））破壞壞大。。②地基震震動破破壞效效應(yīng)不不同。?；鶐r巖強(qiáng)度度高，，震動動下一一般不不致破破壞，，土體體相反反。地震波波在巖巖土層層傳播播時，，某一一類土土層往往往對對某種種周期期的波波多次次反射射疊加加而放放大增增強(qiáng)使使其波波而長長，這這種周周期就就是該該土層層的特特征周周期，，稱其其為““卓越周周期”（（remarkableperiod)。特征征周期期的實實質(zhì)是是波的的共振振，即即地震震波與與土體體自振振周期期相同同時產(chǎn)產(chǎn)生共共振作作用。一般般，土土層愈愈厚、、愈松松軟則則特征征周期期愈大大。由土層層剪切切震動動微分分方程程式推推得：：H——土層厚厚度（（m）；；Vs——土層剪剪切波波（橫橫波））速度度通過測測定土土層的的剪切切波速速可以以獲得得土層層的To設(shè)計上上，盡盡可能能不要要把與與土樣樣卓越越周期期相同同周期期的建建筑建建于該土土層處處。（2））松軟軟土層層厚度度土層厚厚度越越大，，震害害越大大，但但對于于不同同建筑筑影響響程度度不同同，如如下下圖：：原因：：地震震波多多次反反射，，長周周期波波疊加加,土層越越厚增增強(qiáng)越越明顯顯。舊金山山地震震，土土層對對10層房房屋最最大底底部剪剪力原因：：軟軟層的的隔震震作用用，夾夾軟層層效應(yīng)應(yīng)，當(dāng)當(dāng)軟層層的比比鄰層層小30%時，夾層有明明顯的減振作作用，軟層埋埋深25m以上越厚影響響越顯著。（（