工程地質(zhì)分析原理5

第五章地震的工程地質(zhì)研究

5．1基本概念及研究意義接近地球表面的巖層中彈性波傳播所引起的震動(dòng)稱為地震。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(dòng)如采礦、水庫蓄水、深井注水、地下接爆炸也可誘發(fā)地震。

構(gòu)造地震是現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的一種突發(fā)事件，是地球上分布最廣、數(shù)量最多、危害最為嚴(yán)重的地震，世界上90％以上的地震和所有的強(qiáng)烈地震均屬構(gòu)造地震。它產(chǎn)生于板塊邊緣和板塊內(nèi)部的活動(dòng)構(gòu)造帶，地殼和上地幔巖石在地球內(nèi)力作用下，產(chǎn)生構(gòu)造變形積蓄應(yīng)變能，一旦達(dá)到巖體強(qiáng)度極限，就會(huì)發(fā)生突然的剪切破裂(脆性破壞)或沿已有破裂面產(chǎn)生突然錯(cuò)動(dòng)(粘滑)，積蓄的應(yīng)變能就會(huì)以彈性波的形式突然釋放使地殼震動(dòng)而發(fā)生地震。地震前后水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果(GPS)地震前后垂直位移監(jiān)測(cè)結(jié)果(GPS)地震引起大壩破壞(臺(tái)中石崗)地震引起埠豐橋斷裂，河床抬高8m,形成疊水(石崗)地震引起房屋倒塌(臺(tái)中石崗)地震引起橋梁斷裂(南投集集鎮(zhèn))地震引起稻田隆起(臺(tái)中霧峰)地震引起操場隆起(臺(tái)中國小)5．2地震及地震波的基礎(chǔ)知識(shí)5·2·1地震波地震時(shí)震源釋放的應(yīng)變能以彈性波的形式向四面八方傳播，這種彈性被就是地震波。地震波是使建筑物在地震中破壞的原動(dòng)力、也是研究地震的最主要的信息和研究地球深部構(gòu)造的有力工具。地震波包括兩種在介質(zhì)內(nèi)部傳播的體波和兩種限于界面附近傳播的面波。

體波包括縱波和橫波。縱波是由震源傳出的壓縮波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)與波前進(jìn)方向一致，一疏一密向前推進(jìn)，它周期短、振幅小。橫波是震源向外傳播的剪切波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波前進(jìn)方向相垂直，傳播時(shí)介質(zhì)體積不變但形狀改變，周期較長振幅較大。因?yàn)樵摬ㄊ乔凶儾?，所以它不能通過對(duì)切變沒有抵抗能力的液體。根據(jù)彈性理論，縱波傳播速度(Vp)和橫波速度(Vs),可分別以下列兩式計(jì)算：5.2.2震源機(jī)制和震源參數(shù)研究多個(gè)地震臺(tái)的地質(zhì)譜，可以確定出地震發(fā)生的物理過程或震源物理過程，一般稱為震源機(jī)制（localmechanism）。根據(jù)地震記錄圖，按彈性變位理論進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，還可以求出限定震源物理過程的多個(gè)物理量，通稱為震源參數(shù)（sourseparameters）。5.2.2.1震源機(jī)制地下核爆破在地面所記錄的P波初動(dòng)都是推波，或第一相位為壓縮，表明震動(dòng)源的物理過程是由于爆炸引起的膨脹向周圍介質(zhì)施加壓力。地震波P波初動(dòng)的推拉分布同樣能確定出震源物理過程。根據(jù)近幾十年來的大量研究證實(shí)，淺震源P波初動(dòng)明顯具有限象分布的特點(diǎn)(圖5-2)。這種分布顯然不同于震源點(diǎn)膨脹所造成的初動(dòng)分布，震源處單向力的作用所產(chǎn)生的初動(dòng)分布也不同(圖5-3)，所以過去多年來一直用單向力偶震源錯(cuò)動(dòng)模式(圖5-4)來解釋。圖中GG’和FF’線為兩條節(jié)線，是初動(dòng)分布的轉(zhuǎn)換線，其中之一兩側(cè)有力偶的為震源斷層，斷層產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)時(shí)，對(duì)于斷層每一盤來說，斷層錯(cuò)動(dòng)的前進(jìn)方向都會(huì)受到壓縮，而相反的一個(gè)方向就受到拉仲，于是就呈現(xiàn)如圖5—4所示的象限分布，即這種象限型初動(dòng)推拉分布是由于震源斷層錯(cuò)動(dòng)這種物理過程所造成的。所以這樣求得的結(jié)果稱為震源機(jī)制斷層面解。后來發(fā)現(xiàn)，不僅P被初動(dòng)是象限分布的，s波的初動(dòng)分布也有如圖5—5(b)所示的象限分布的特點(diǎn)。但由于s被初動(dòng)難于測(cè)定，所以這一點(diǎn)很長時(shí)間是有爭議的，直到發(fā)現(xiàn)由s波激起的面波(亦即勒夫波)的初動(dòng)也呈象限分布才得到公認(rèn)。為使震源機(jī)制與各種波的初動(dòng)分布的實(shí)際情況相符，單力偶震源機(jī)制模式必須修正為雙力偶模式，兩節(jié)線上力偶錯(cuò)動(dòng)方向相反，一為左旋另一為右旋，。實(shí)測(cè)的各種波的初動(dòng)分布與按此模式理論推導(dǎo)出的完全一致。雙力偶合成的最大最小主應(yīng)力分別為壓(P)和拉應(yīng)力(T)，在垂直于中間主應(yīng)力的主平面內(nèi)，它的作用方向與兩節(jié)線夾角平分線一致。兩節(jié)線是兩個(gè)最大剪應(yīng)力的截面與這一平面的交線，這兩個(gè)截面也就是一對(duì)共軛剪切面。其中之一為產(chǎn)生地震的斷層。但究竟二者之中那一個(gè)是地震斷層面，單靠震源機(jī)制解是不能斷定的，必須根據(jù)震中區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地表錯(cuò)斷方向和等震線的長軸方向等才能判定[參見圖5一10(c)]5.2.2.2震源參數(shù)以上震源機(jī)制討論是以點(diǎn)源模型為基礎(chǔ)的。實(shí)際上震源并非一點(diǎn)，而是一個(gè)產(chǎn)生有限錯(cuò)動(dòng)的斷層面，限定一個(gè)震源斷層就需要有以下七個(gè)物理量，即；(1)斷層面長度(L)；(2)斷層寬度(W)；(3)斷層走向p；(4)斷層傾向和傾角；(5)斷層錯(cuò)動(dòng)方向；(6)斷層錯(cuò)距(D)；(7)斷層破裂的擴(kuò)展速度。這些量統(tǒng)稱震源參數(shù)。從震源參數(shù)、震中距離和場地條件推算地面運(yùn)動(dòng)，作為工程設(shè)計(jì)的依據(jù)，是目前國際上發(fā)展的方向，

5.2.3地履震級(jí)和烈度地震能否使某一地區(qū)建筑物受到破壞，首先取決于地震本身的大小和該建筑區(qū)距震中的遠(yuǎn)近，距震中愈遠(yuǎn)則受到的震動(dòng)愈弱。所以需要有衡量地震本身大小和震動(dòng)強(qiáng)烈程度的兩個(gè)尺度，這就是震級(jí)(Magnitude，Ms)和烈度(intensity，代號(hào)I)，它們之間有一定聯(lián)系，但卻是兩個(gè)不同的尺度，不能混淆起來。5.2.3.1地震震級(jí)

地震震級(jí)是表示地震本身大小的尺度，是由地震所釋放出來的能量大小所決定的。釋放出的能量愈大則震級(jí)念大，因?yàn)橐淮蔚卣疳尫诺哪芰渴枪潭ǖ?，所以無論在任何地方測(cè)定只有一個(gè)震級(jí)。釋放能量大小可根據(jù)地震波記錄圖的最高振幅來確定。但是由于波動(dòng)遠(yuǎn)離震中要衰減，不同地震儀器的性能不同，記錄的波動(dòng)振幅也不同，所以必須以標(biāo)準(zhǔn)地震儀和標(biāo)準(zhǔn)震中距的記錄為準(zhǔn)。因此，按李希特一古登堡的最初定義，震級(jí)是距震中100km的標(biāo)推地震儀(周期0.8s，阻尼比0.8，放大倍率2800倍)所記錄的以微米表示的最大振幅震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(gè)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(dòng)IV室內(nèi)多數(shù)人感覺，少數(shù)人夢(mèng)中驚醒門窗作響懸掛物明顯擺動(dòng)，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(mèng)中驚醒門窗、屋頂、屋架顫動(dòng)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(gè)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(dòng)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(huì)摔倒，處不穩(wěn)狀態(tài)的人會(huì)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

表5—2中國地震烈度表(1980)

《中國地震烈度表（1980）》使用說用（１）烈度>VI度，判定地震烈度以房屋震害為主，人的感覺僅供參考；>X度應(yīng)結(jié)合建筑物或構(gòu)筑物的破壞程度，并根據(jù)地表現(xiàn)象來確定；XI、XII度的評(píng)定，需要專門研究。

（２）“一般房屋”在《中國地震烈度表（1980）》中指土構(gòu)架和土、石磚墻構(gòu)造的舊式房屋和單層或多層未經(jīng)抗震設(shè)計(jì)的新式磚房。由于我國城市目前一般都已設(shè)防，有的鄉(xiāng)村也開始設(shè)防，烈度表中的“一般房屋”一般已不普遍，調(diào)查中應(yīng)區(qū)別設(shè)防與不設(shè)防的房屋破壞程度對(duì)烈度的反映，給出合理的烈度值。對(duì)于質(zhì)量特別差或特別好的房屋，可根據(jù)具體情況，對(duì)表列各烈度的震害程度和震害指數(shù)予以提高或降低。（３）“人的感覺”指平房內(nèi)或樓房低層內(nèi)人的感覺。（４）表中震害指數(shù)是對(duì)上述“一般房屋”而言。“完好”為０，“毀滅”為１，中間按表列震害程度分級(jí)。平均震害指數(shù)是對(duì)所有房屋的震害指數(shù)的總平均值而言，可以用普查或抽查的方法確定之。（５）使用本表時(shí)可根據(jù)地區(qū)具體情況，作出臨時(shí)的補(bǔ)充規(guī)定。（６）煙囪指工業(yè)或取暖用的鍋爐房煙囪。（７）表中數(shù)量詞的說明：個(gè)別：１０％以下；少數(shù)：１０％～５０％；多數(shù)：５０％～７０％；大多數(shù)：７０％～９０％；普遍：９０％以上。（８）對(duì)重要的工業(yè)設(shè)施，如橋梁、重要車間、高層建筑、巷道等，要進(jìn)行專門的調(diào)查，在調(diào)查中應(yīng)結(jié)合設(shè)防情況進(jìn)行評(píng)估。

5.3我國地震地質(zhì)的基本特征從震源機(jī)制的討論中已知，地震特別是淺源地震，其產(chǎn)生多與斷層錯(cuò)動(dòng)有關(guān)；從大區(qū)域震源機(jī)制的研究可以確定區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的情況這一點(diǎn)也可得出，地震的分布和發(fā)生與大地構(gòu)造密切相關(guān)。所以，用地質(zhì)學(xué)的方法探索可能發(fā)生破壞性地震的危險(xiǎn)構(gòu)造或活動(dòng)斷層，配合震源機(jī)制的研究判定區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場和發(fā)震斷層的錯(cuò)動(dòng)機(jī)制，研究地層中存在的古地震現(xiàn)象，配合歷史地震的研究判定古地震活動(dòng)周期和震級(jí)，為地震中長期預(yù)報(bào)和地震區(qū)劃提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料，就是地震地質(zhì)工作的基本任務(wù)。

5.3.1世界范圍內(nèi)的主要地履帶及其形成的大地構(gòu)造環(huán)境(1)環(huán)太平洋地震帶這是世界上最大的地震帶，在挾窄條帶內(nèi)震中密度也最大，全世界約80％的淺源地震、90％的中源地震和幾乎全部灤源地震集中于此帶，譯放的能量約為全世界地震釋放能量的80％。很早以前就已經(jīng)知道，此帶的震源深度有自島孤外線的深海溝向大陸內(nèi)部逐步加深的規(guī)律，并解釋為大陸與大洋之間的一條傾向大陸的大斷裂面(因5—14)。（2)地中海喜馬拉雅地震帶或歐亞地震帶僅次于環(huán)太平洋地震帶的第二大地震帶，震中分布較前者為分散，所以帶的寬度大且有分支。以淺源震為主，中源震在帕米爾、喜馬達(dá)雅有所分布，深源震主要分布于印尼島弧。環(huán)太平洋地震借以外的幾乎所有漢源、中源和大的淺源地震均發(fā)生于此帶，釋放能量約占全球地震能量的15％。(3)大洋海嶺地震帶主要呈線狀分布于各大洋的接近中部(圖5—13)。這一地震帶遠(yuǎn)離大陸是多為強(qiáng)震，所以以前未被人注意，60年代以前不把它作為一個(gè)地震帶，海底擴(kuò)張和板塊構(gòu)造的發(fā)展才使人們注意到這一地震帶。這一帶的所有地震均產(chǎn)生于巖石圈內(nèi)，震源深度小于30km，震級(jí)除少數(shù)例外均不超過5級(jí)。5.3.2我國地震地質(zhì)的基本特征5.3.2.1我國強(qiáng)震空間分布及地震區(qū)帶劃分我國大于6級(jí)的強(qiáng)震的空間分布極不均勻，大致以105度為界。西部地震廣泛分布，東部地震相對(duì)稀少，震級(jí)均未達(dá)到8級(jí)。在上述兩地震區(qū)域內(nèi)強(qiáng)震分布也是極不均勻的，東部域分布于華北及東南沿海一帶，而西部分布面積大，但塔里木、準(zhǔn)噶爾和鄂爾多斯盆地等則地震分布較為零星。5.3.2.2我國強(qiáng)震發(fā)生的地質(zhì)條件

1.強(qiáng)震與活動(dòng)斷裂帶的關(guān)系（1）不同方向的斷裂的交匯部位（2）活動(dòng)性深大斷裂的轉(zhuǎn)折部位（3）活動(dòng)性深大斷裂的端部或其它鎖閉段2.強(qiáng)震與斷陷盆地的關(guān)系（1）傾斜斷陷盆地的較深、較陡一側(cè)活動(dòng)斷裂的最大斷距段上；（2）兩盆地間或盆地內(nèi)部由橫向斷裂控制的橫向隆起帶兩側(cè)；（3）斷陷盆地的銳角尖端，或斷陷盆地帶內(nèi)多組斷裂交匯部位；（4）受不同方向多組斷裂控制，內(nèi)部構(gòu)造又比較強(qiáng)烈的復(fù)合盆地的次級(jí)凹陷帶上，如1966年邢臺(tái)地震。3.強(qiáng)震產(chǎn)生的深部構(gòu)造條件我國大陸板內(nèi)地震多發(fā)生在地殼內(nèi)10-25km深處，在我國西部還發(fā)生在地殼內(nèi)31-37km。由此可見，地殼深部構(gòu)造活動(dòng)和受力狀態(tài)，對(duì)地震的孕育和發(fā)生，是更為直接的因素。不同級(jí)別的斷裂如蓋層斷裂、基底斷裂、巖石圈斷裂和超巖石圈斷裂，層間斷裂在深部的活動(dòng)往往是地震發(fā)生的主要原因。5.3.2.3我國大陸地震活動(dòng)與現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場與形變場的關(guān)系

根據(jù)大量震源機(jī)制解及地震時(shí)地表斷層錯(cuò)動(dòng)方式分析，我國廣大地區(qū)主壓應(yīng)力以近水平方向者為主。主壓應(yīng)力仰角小于30度者占80%以上，且以東經(jīng)105o為界，可區(qū)分出兩大應(yīng)力系統(tǒng)。西部為近南北向-北北東向擠壓應(yīng)力場。東部為大面積的近東西的水平擠壓應(yīng)力場。活躍的巖石圈動(dòng)力環(huán)境

5.3.2.4我國現(xiàn)代地殼垂直形變與地震活動(dòng)的相關(guān)性研究中國大陸垂直形變的的總趨勢(shì)是南升北降，最大上升量在喜馬拉雅山地區(qū)，年速率達(dá)10mm左右。下降最強(qiáng)烈的新疆準(zhǔn)噶爾盆地，年速率為-3到-4mm。大致以銀川-昆明一線為界，西部線條密集，等值線多呈東西或北西西走向，與主要斷裂線方向一致，其地形變斷裂線多由3-4條等值線組成的梯度帶繪出，表明其活動(dòng)強(qiáng)度較大。東部線條相對(duì)稀疏，等值線走向多為北北東向-北東向，部分為東西向及南北向，也與構(gòu)造線吻合較好。東部地區(qū)的垂直變形大致分為三區(qū)：華南-西南區(qū)，華北區(qū)和東北區(qū)。5.3.2.5我國大陸板內(nèi)現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)特征

我國大陸處于歐亞大陸的東部，是一個(gè)被周圍板塊擠壓圍限的區(qū)域，影響板內(nèi)變形和運(yùn)動(dòng)狀況的邊界動(dòng)力環(huán)境十分復(fù)雜：（1）有印度板塊與歐亞大陸在喜馬拉雅一帶的碰撞及向亞洲內(nèi)部的繼續(xù)擠壓；（2）西太平洋板塊向亞洲大陸的俯沖與擠壓；（3）菲律賓板塊向西的俯沖和在臺(tái)灣一帶的匯聚；（4）日本海、東海東部沖繩海槽及南海盆地的弧后局部擴(kuò)張。在周邊板塊碰撞或俯沖的推動(dòng)下，板塊之間就產(chǎn)生了不同形式、不同規(guī)模和速率的相互錯(cuò)動(dòng)。大體上又可分為西部板內(nèi)聚斂為主的擠壓區(qū)，東部東北、華北的拉張裂陷區(qū)和東南部處于西部擠壓與北部圍限下整體穩(wěn)定滑移區(qū)。（1）西部擠壓區(qū)（2）東南部滑移區(qū)（3）東及東北部張裂區(qū)5.4地震區(qū)劃及地震危險(xiǎn)性分析減輕地震災(zāi)害有兩種途徑。一種是地震預(yù)報(bào)，它是以地震發(fā)生前應(yīng)變能積累過程中地球物理場的變化而出現(xiàn)的前兆和歷史地震活動(dòng)規(guī)律為依據(jù)，以短期內(nèi)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出地震發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度為主要目標(biāo)，以便人員及時(shí)撤離或其他防范措施。其優(yōu)點(diǎn)是可以避免重大人員傷亡，但缺點(diǎn)為即使預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，如果建筑物沒有進(jìn)行防震設(shè)計(jì)或采取抗震措施，仍然會(huì)造成局部或全部毀壞。另一種地震工程途徑，它是以地震地質(zhì)和地震活動(dòng)規(guī)律研究所做出的地震發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度、頻度的長期預(yù)報(bào)為依據(jù)，經(jīng)濟(jì)、安全而又合理地規(guī)定新建工程的抗震設(shè)防技術(shù)措施，使所興建的工程能抗御未來發(fā)生的地震，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”，從而大大減輕人民生命財(cái)產(chǎn)在地震中的損失。按其工程階段可以分為地震危險(xiǎn)性分析與地震區(qū)劃、抗震規(guī)范、抗震設(shè)計(jì)、抗震鑒定和加固和抗震救災(zāi)五個(gè)部分。表5-27。5.4.1地震區(qū)劃、地震危險(xiǎn)性分析的原則和方法1957年編制了中國地震烈度區(qū)域劃分圖，以烈度作為地震危險(xiǎn)性標(biāo)志。當(dāng)時(shí)評(píng)定各地基本烈度的兩條主要原則是：（1）曾經(jīng)發(fā)生過地震的地區(qū)，同樣強(qiáng)度的地震可以重演，或簡稱歷史地震重演；（2）地質(zhì)構(gòu)造（或地質(zhì)特征）相同的地區(qū)，地震活動(dòng)也可能相同，或簡稱構(gòu)造外推，同一構(gòu)造地震帶可以發(fā)生相同強(qiáng)度的地震。1977年國家地震局又編制和發(fā)表了第二代地震區(qū)劃圖。該圖繪制了我國各地未來100年內(nèi)可能遭受的最大烈度，稱為地震基本烈度（在今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)（一般取100年）在一定地點(diǎn)的一般場地條件下可能遇到的最大烈度）。編圖原則是在總結(jié)地震地質(zhì)背景、地震活動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上充分考慮地震活動(dòng)的時(shí)間非平穩(wěn)性（即平靜期和活躍期之分）和空間非均勻性（強(qiáng)震發(fā)生于一定構(gòu)造部位），明確確定某地未來百年內(nèi)發(fā)生地震的危險(xiǎn)性。編圖方法是先判定各地震區(qū)，編制出以最大可能震級(jí)為標(biāo)志的地震活動(dòng)區(qū)劃圖，再根據(jù)我國歷史地震震級(jí)和震中烈度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，將各級(jí)地震危險(xiǎn)區(qū)換算成相應(yīng)的震中烈度，地震影響烈度及其分布范圍，則可根據(jù)所在地震區(qū)、帶的烈度衰減統(tǒng)計(jì)規(guī)律圈定。最終將全國區(qū)劃為>X，IX，VIII，VII，VI及<VI類地震危險(xiǎn)區(qū)。5.4.2潛在震源區(qū)的劃分指未來可能發(fā)生破壞性地震的部位，其可能出現(xiàn)的最大地震危險(xiǎn)程度用地震上限Mu表示。潛在震源區(qū)的劃分是地震危險(xiǎn)性概率分析中的最重要的工作內(nèi)容。它是反映場地所在地區(qū)地震地質(zhì)條件，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性，歷史大地震、近代小地震的活動(dòng)規(guī)律，以及其它地球物理場分布特征的基本標(biāo)志，也是控制工程設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的決定性因素，特別是場地周圍大約40km內(nèi)潛在震源區(qū)，對(duì)地震的危險(xiǎn)性最終計(jì)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)敏感的影響。5.4.3地震活動(dòng)性參數(shù)的確定地震活動(dòng)性是指地震活動(dòng)的時(shí)、空、強(qiáng)度和頻度的規(guī)律，即各地震區(qū)、帶內(nèi)各種大小的地震在時(shí)間上的分布規(guī)律。地震活動(dòng)性參數(shù)則是描述潛在震源區(qū)地震危險(xiǎn)性程度的指標(biāo)。主要有上限震級(jí)Mu和起算震級(jí)M0，震級(jí)-頻度關(guān)系式中的b值和各級(jí)地震年發(fā)生率ν。5.4.3.1震級(jí)上限Mu指潛在震源區(qū)可能發(fā)生的最大震級(jí)，當(dāng)潛在震源區(qū)距場點(diǎn)較近時(shí)，Mu的取值對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大。決定Mu主要根據(jù)歷史地震資料和構(gòu)造類比。5.4.3.2震級(jí)-頻度關(guān)系式中的b值lgN=a-bMN地震頻數(shù)，M震級(jí)，a為地震總次數(shù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)常數(shù)，b值代表一個(gè)地震區(qū)或帶內(nèi)不同大小地震頻數(shù)的比例關(guān)系，是lgN=a-bM曲線圖上的斜率，b值愈小震級(jí)較高的地震所占的比例愈大。是一個(gè)重要參量。5.4.3.3地震活動(dòng)的年發(fā)生率（ν)指一定范圍內(nèi)每年發(fā)生等于和大于震級(jí)M0以上的地震數(shù)1-F(m)=e-β(M-M0)ν=(1/b)10(a-bM)5.4.4地震動(dòng)衰減規(guī)律5.4.4.1地震宏觀影響場和地震烈度衰減關(guān)系地震影響場是指地震在地表造成的影響及其分布狀況，用地震烈度表示的影響場稱做宏觀影響場，是地震危險(xiǎn)性分析中的重要資料之一。地震烈度的衰減與震級(jí)和震源距有關(guān)。5.4.4.2基巖地震動(dòng)衰減關(guān)系我國缺乏近場強(qiáng)震加速度記錄，所以一般采用胡筆賢建議的方法推求基巖峰值加速度的衰減關(guān)系式：首先統(tǒng)計(jì)出當(dāng)?shù)氐卣鹆叶人p公式（表5-7），再選擇一個(gè)構(gòu)造條件比較接近，強(qiáng)震觀測(cè)資料豐富，且區(qū)內(nèi)烈度衰減公式和基巖峰值加速度衰減公式均已具備的地區(qū)作為參考區(qū)。5.5場地地震反映及地震小區(qū)劃5.5.1場地地震效應(yīng)及地震小區(qū)劃5.5.1.1場地破壞效應(yīng)（1）地面破壞效應(yīng):破壞性地震如果震源較淺，斷層錯(cuò)動(dòng)可以直達(dá)地表造成地表錯(cuò)斷，對(duì)建于其上的房屋、大壩、道路、管線等造成直接破壞。（2）地基失效：如果建筑物地基強(qiáng)度很低或地震動(dòng)加速度很大，就會(huì)導(dǎo)致地基承載力的下降、喪失以至變位、移動(dòng)，由此造成的建筑物破壞即屬地基失效造成的破壞。（3）斜坡破壞效應(yīng)斜坡破壞效應(yīng)包括地震誘發(fā)的滑坡、崩塌和泥石流。薩爾瓦多地震引發(fā)泥石流1200多人遇難

5.5.1.2強(qiáng)烈地震動(dòng)

(1).振幅：通常指地面最大加速度amax，最大速度Vmax或最大位移dmax(2).頻譜：地震地面運(yùn)動(dòng)周期與建筑物的自震周期呈三種不同的關(guān)系：短周期的高頻振動(dòng)下，建筑物的上部實(shí)際上保持不動(dòng)；當(dāng)?shù)孛嬲駝?dòng)周期和建筑物的自振周期相同是，產(chǎn)生共振，建筑物頂部位移可能超過地面運(yùn)動(dòng)許多倍。高層建筑物自由振動(dòng)周期教長，受到振幅小但周期相近的地面振動(dòng)作用即產(chǎn)生共振，共振使建筑物頂部加速度被放大，使上層的最大位移有時(shí)可達(dá)20cm以上，這樣大的位移當(dāng)然會(huì)使建筑物遭到損壞。在長周期地面振動(dòng)作用下，頂部的加速度大于地面的加速度，這個(gè)差別和建筑物的變形隨地面振動(dòng)的周期的增大而減小。

(3).持續(xù)時(shí)間不同地震持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間變化較大，變化在幾秒至數(shù)十秒。時(shí)間長者破壞性大，短者破壞性小。5.5.2場地條件對(duì)震害和地震動(dòng)的影響

場地條件一般指局部地形地質(zhì)條件，如近地表幾十米至幾百米內(nèi)的地基土石性質(zhì)、地下水水位等水文地質(zhì)條件，微地形以及有無斷層破碎帶等。5.5.2.1基巖上地震動(dòng)幅值小、持續(xù)短、震害輕5.5.2.2深厚覆蓋層上地震動(dòng)周期長

巨厚沖積層上低加速度的遠(yuǎn)震可以使高層或其它長周期建筑物遭到破壞。引起破壞的主要原因是共振，這類自由震動(dòng)長周期的結(jié)構(gòu)在厚層沖積層上易于產(chǎn)生共振則表明厚層沖積層上地表震動(dòng)周期往往比較長。

表層沉積能對(duì)基巖傳來的地震波起選擇放大作用，某些周期的地震波在表土層中多次反射的結(jié)果，由于疊加而增強(qiáng)，這樣就會(huì)使表層震動(dòng)中這類周期的波多而長，這就是該表層土的卓越周期。也就是它的自震周期。散土層地面震動(dòng)有卓越周期是它顯著不同于基巖的震動(dòng)特點(diǎn)，基巖中因?yàn)闆]有顯著不同的介質(zhì)分解面而不存在卓越周期?；鶐r的震動(dòng)周期約為0.15s,更新統(tǒng)堅(jiān)實(shí)土層為0.2-0.5s，全新統(tǒng)較松散軟土層0.3-0.8s，巨厚松散軟土層為0.5-1.1s。不同巖土類型其質(zhì)點(diǎn)位移時(shí)程曲線也明顯不同。使用微震觀測(cè)資料必須考慮到以下情況，即在微震作用下巖石和土都可以看作彈性體，具有線性反應(yīng)，而在超過土的彈性極限的強(qiáng)震作用下，土層并非彈性體，非線性變形很顯著，使其剛度降低、阻尼增大，以致土層對(duì)質(zhì)點(diǎn)位移或加速度的放大系數(shù)可能比微震小變形者小很多。所以微震時(shí)地表加速度比基巖中為大，而大震時(shí)則可能比基巖中小得多，而卓越周期則仍比基巖中振動(dòng)周期長得多。

土層的卓越周期T可由表土層剪切振動(dòng)微分方程導(dǎo)出:T=4H/VS式中H為土層厚度，VS該表層土的剪切波速度，顯然層厚越大，剪切波速度低，卓越周期就越長。巨厚沖積層因?yàn)椴煌再|(zhì)土層疊置，所以其卓越周期沒有較薄的單一土層顯著，但其卓越周期顯著偏長，因之能引起木結(jié)構(gòu)及高層建筑共振而破壞。5.5.2.3非發(fā)震斷層對(duì)震害無明顯影響5.5.2.4局部地形對(duì)震害影響顯著突出孤立的地形使地震動(dòng)加強(qiáng)，低洼溝谷使地震動(dòng)減弱。其原因可用山體或山體內(nèi)體波多次反射來解釋。其中位移放大最明顯，可達(dá)7倍，速度放大3-4倍，加速度放大一般不超過2倍。5.5.2.5沙土液化對(duì)震害的影響有雙重性（1）強(qiáng)烈液化引起的噴水冒沙往往導(dǎo)致地裂縫、位錯(cuò)、滑坡、不均勻沉降等地基失效現(xiàn)象，從而加劇建筑物的震害。（2）但當(dāng)?shù)乇?-3米內(nèi)有較密實(shí)的粘土層，能成為荷載小而基礎(chǔ)淺的結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定持力層時(shí)，在其下伏層沙土液化后，此層仍具有一定強(qiáng)度以支承結(jié)構(gòu)物傳來的荷載，此時(shí)沙土液化作用卻可起隔震作用，使地下強(qiáng)烈震動(dòng)不再能傳至地表。5.5.3我國的地震小區(qū)劃及其演進(jìn)

5.5.3.1調(diào)整烈度小區(qū)劃

在位于同一個(gè)基本烈度區(qū)內(nèi)的場地內(nèi)，不同地段水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件有所不同，據(jù)此調(diào)整各地段的烈度使之較基本烈度有所增減，分別得出各地段的場地烈度，從而區(qū)劃出具不同場地烈度的各小區(qū)，每一小區(qū)按其場地烈應(yīng)選用相應(yīng)的地震系數(shù)(及)再按靜力法確定該小區(qū)設(shè)計(jì)用地震力。故這種小區(qū)劃實(shí)質(zhì)上是靜力的小區(qū)劃，50年代至60年代初期我國試用過。區(qū)劃方法是將場地劃分為邊長300一2000m的方格．每格內(nèi)應(yīng)有一代表性地層剖面和地下水埋深資科。然后根據(jù)地基土層的地震剛度(彈性坡傳播速度與密度之積)、地下水位的深淺和土層共振特性的不同，確定每格內(nèi)的烈度增量值。5.5.3.2調(diào)整反應(yīng)與小區(qū)劃認(rèn)識(shí)到地面震動(dòng)的頻譜特征對(duì)建筑物因共振而破壞的重要作用，自本世紀(jì)50年代就興起了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的反應(yīng)譜理論。它假定結(jié)構(gòu)為單質(zhì)點(diǎn)彈性體，作用于其基底的地震運(yùn)動(dòng)則簡化為簡諧振動(dòng)，此時(shí)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力反應(yīng)不僅決定于地面運(yùn)動(dòng)的最大加速度和頻譜特征，還取決于結(jié)構(gòu)物本身的動(dòng)力特性，主要是結(jié)構(gòu)的自振周期(T)和阻尼比(ζ)。阻尼是結(jié)構(gòu)物振動(dòng)過程中由于能量耗散而造成的振動(dòng)衰減，ζ＝1時(shí)體系轉(zhuǎn)變?yōu)椴话l(fā)生振動(dòng)的衰減運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的阻尼稱為臨界阻尼，ζ＜1則是實(shí)際阻尼與臨界阻尼之比值，稱為臨界阻尼比或簡稱阻尼比。對(duì)某一特定結(jié)構(gòu)的某一阻尼比而言，其體系的最大加速度與自振周期間的關(guān)系表示呈一條曲線，這組曲線就是就是結(jié)構(gòu)的最大加速度反應(yīng)譜5.6地震區(qū)劃抗震設(shè)計(jì)原則

5.6·1選擇場地和地基選擇對(duì)抗震設(shè)計(jì)有利的場地和地基是抗震設(shè)計(jì)中最重要的一環(huán)。最主要的有：(1)盡可能避開產(chǎn)生強(qiáng)烈地基失效及其它加重震害地面效應(yīng)的場地或地基，用于這類場地或地基的主要有：活斷層帶．可能產(chǎn)生地震液化的砂層或強(qiáng)烈沉降的淤泥層，厚填土層，可能產(chǎn)生不均勻沉降的地基以及可能受地震引起的崩塌、滑坡等斜坡效應(yīng)影響的地區(qū)，如陡山坡、斜坡及河坎旁。

(2)考慮到地基土石的卓越周期和建筑物的自振周期，盡可能避免結(jié)構(gòu)與地基土石之間產(chǎn)生共振。也就是自振周期長的建筑物盡可能不建在深厚松軟沉積之上，而剛性建筑物則不建于卓越周期短的地基上。(3)巖溶地區(qū)地下不深處有大溶洞，地震時(shí)可能塌陷的地區(qū)不宜作為場地。(4)避免以加重震害的孤立突出地形作為建筑場地。對(duì)抗震有利的場地條件是；地形開闊平坦；基巖地區(qū)巖性均一堅(jiān)硬或上有較薄的覆蓋層；若為較厚的覆蓋層則應(yīng)較密實(shí)；地下水埋藏較深；崩塌、滑波泥石流等不發(fā)育。5·6·2選探適宜的持力層和基礎(chǔ)方案場地如已選定，即應(yīng)根據(jù)詳細(xì)查明的場地內(nèi)地質(zhì)條件，為各類不同建筑物選擇適宜的持力層和基礎(chǔ)方案。例如守屋喜久夫(1977)根據(jù)地震資料和震害之間關(guān)系的研究，預(yù)測(cè)了日本各大城市基礎(chǔ)不同、持力層不同的各類建筑物的震害情況，從而為防震設(shè)計(jì)提供持力層和基礎(chǔ)選擇方面的對(duì)策，其典型實(shí)例如圖5—53。

一般說來，在地震區(qū)的松散層上進(jìn)行建筑，有地下室的深基礎(chǔ)有利；如采用樁基應(yīng)為支撐樁而不能用摩擦樁，且樁基不能改變地基土的類別；高層建筑物以采用達(dá)到良好持力層的管樁基礎(chǔ)為宣，有的資料認(rèn)為圓柱形薄殼基礎(chǔ)能大大提高地基承強(qiáng)力和減少基礎(chǔ)變形，對(duì)抗震有利；在易于產(chǎn)生不均勻沉降的地基上以采用鋼筋混疑土條形基礎(chǔ)或筏式基礎(chǔ)為宜。

5.6.3建筑物合理布置和結(jié)構(gòu)選型

5.6.3.1工業(yè)民用建筑物1.選擇有利抗震的平面和立面是抗震設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，盡量使建筑物的質(zhì)量中心和剛度中心重合，平面上選擇矩形、方形、圓形或其它沒有凸出凹進(jìn)的形狀，立面上各部分層數(shù)盡量一致，以避免各個(gè)部分之間振型不同，受力不同，使平面轉(zhuǎn)折或立面上層數(shù)不同的兩部分連接處受扭轉(zhuǎn)而斷裂、倒塌。如必須采用平面轉(zhuǎn)折或立面層數(shù)有變化的型式，則應(yīng)在轉(zhuǎn)折處、層數(shù)有變化的部分之間的連接處留抗震縫，使之分割為平面、立面上簡單均一的獨(dú)立單元。

2．減輕重量、降低重心，加強(qiáng)整體性使各部分、各構(gòu)件之間有足夠的剛度和強(qiáng)度。一般磚石承重墻抗拉或抗剪強(qiáng)度較低，抗震性能較差，但在我國目前情況下卻應(yīng)用最為廣泛，對(duì)其破壞方式及抗震措施的研究極為重要。與水平振動(dòng)力方向平行的磚石承重墻是承擔(dān)地震力的主要構(gòu)件。在地震作用下最早出現(xiàn)的破壞是在下層墻體出現(xiàn)斜裂縫或交叉裂縫，繼而部分式全墻倒塌引起樓板或屋頂陷落。一般認(rèn)為斜裂縫或交叉裂縫屬剪裂縫，但仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)裂縫主要是追蹤砌縫產(chǎn)生的，剪斷磚石者極為少見，所以應(yīng)屬受反復(fù)水平剪切變形產(chǎn)生的次生拉應(yīng)力所造成的破壞，且愈是灰縫強(qiáng)度低則震害愈烈。如我國云南龍陵地震時(shí)，有些地區(qū)因?yàn)榇u石結(jié)構(gòu)，灰縫均用石灰而不用水泥，因而震害特別嚴(yán)重。所以改善砌體方式及提高灰縫強(qiáng)度以增強(qiáng)抗拉強(qiáng)度，是這類結(jié)構(gòu)抗層的主要措施。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能良好。但也有承重柱薄弱環(huán)節(jié)破壞的例子。底層角柱承受兩個(gè)主軸方向的地震荷載，如果強(qiáng)度不足，其破壞的可能性最大。破壞多產(chǎn)生于柱腳，且往往是混凝土扭裂或彎裂繼之破碎，之后鋼筋壓彎，最后柱頂破壞。其主要抗震措施是增加角柱配筋和加強(qiáng)柱的箍筋以增加抗彎抗扭性能。

木構(gòu)架承重的房屋，粱柱之間的連接點(diǎn)往