（岩土工程专业论文）杭州市场地震害小区划研究.pdf

浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个 人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育 机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名： b 强：划。年s 羁弓| b 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者 导师 日期：a 口一年j 月多日 日期：n 年r 月岁日 杭州市场地震害小区划研究 摘要 地震震害小区划的目的是为场地规划，土地合理使用，采用合理 的地震设防标准和工程抗震设计以及为抗震防灾规划与对策等提供 基本依据。本文利用杭州市特定区域的钻孔及其土层的测试数据，对 杭州市工作区块进行地震场地震害区划。 ( 1 ) 在地震场地震害区划中，不但采用了标准贯入的方式来对沙 土液化进行判别，也利用了波速判别的方式来判别液化。作出了较为 详细的液化判别分区图，其中包含液化土层的等深线分布图。 ( 2 ) 对各个钻孔点的设计反应谱特征周期进行了计算，并对其进 行场地分区。 ( 3 ) 对特定场地软土震陷预测进行了计算。 ( 4 ) 工作区域场地内无地震断层引起地表破裂问题，亦无地震滑 坡问题。本地震场地震害小区划的结果可作为编制该地区防震减灾规 划和城市发展规划的依据；在批准后，一定条件下也适用于本论文工 作区域范围内一般建设工程的抗震设防参考。 关键词：地震，小区划，抗震，液化 t h ee 拍q u a k eh a z a r dz o n a t i o no ns ho f h a n gz h o u a b s t r a c t t h e e a i t h q u a k eh a z a r dz o n a t i o nc o u l dp r o v i d et h e d 锄e n t a lb a s i s f o r t h eg r o u n dp r o 铲锄m i n g ，r a t i o n a lu s eo ft h e 铲o u n d ，印p r o p d a t e a n t i - s e i s m i cf o r t i f i c a t i o nc r i t e r i o na n de n g i n e e r i n ga s e i s m a t i cd e s i g n ， e a n h q u a k ed i s a s t e rp r e v e n t i o np l a n n i n ga 1 1 dc o u n t e n l l e a s u r e s i nt h i s p a p e r h a n gz h o ut a 唱e ta r e ae a r t h q u a k eh a z a r dz o n a t i o ni sb a s eo na 锄o u n to fd r i n sa n ds o i lt e s td a t ai nh a n gz h o u ( 1 ) e a j t h q u a k eh a z a r dz o n a t i o ni sn o to n l yu s i n gs p t o na s s e s s i n g s a n d ys o i ll i q u e f a c t i o n ，b u ta l s ou s i n gs h e a rw a v ev e l o c i 哆t h ep 印e r h a s m a d ead e t a i l e ds u b d i s t r i c tm 印o f 1 i q u e f a c t i o na n dt h e1 i q u e f a c i e ms o i l l a y e rc o n t o u rm 印 ( 2 ) d r i u s c h a r a c t e r i s t i cc y c l eo fr e s p o n s es p e c t i r l l mi sc a l c u l a t e da n d t h r o u 曲i t sr e s u l t st h ed i v i s i o nm 印o ft h e 铲o u n di sm a d e ( 3 ) i np a 而c u l a ra r e a ，s e i s m i cs u b s i d e n c ep r e d i c t i o no f t h ed m l so n s o rs o i li sc a l c u l a t e d ( 4 ) t h ep r o b l e mt h a ts u r f a c em p t u r ec a u s e db yt h ee a n h q u a k ef l a u l t a n d e a n h q u a k el a n d s l i d e sd on o te x i s ti nt a r g e ta r e a n l er e s u l to f e 鲫c h q u 出ed a m a g ep r e d i c t i o ni nt h ez o n a t i o nc a nb eu s e da st h e p r e p 2 u r a t i o no ft h er e g i o n a le a r t h q u a k ed i s a s t e rm i t i g a t i o np l a r m i n ga 1 1 d u 而a nd e v e l o p m e n tp l a n n i n g u n d e rc e r t a i nc o n d i t i o n s ，i ft h er e s u l ti s 印p r 0 v e d ，i tc o u l d 印p l i e st op r o je c tw i t h i nt h et a 唱e ta r e ao ft h e e a n h q u a k e - p r o o fc o n s t m c t i o np r o je c t s k e y w o r d s ： e a r t h q u a k e ；z o n a t i o n ；a n t i - s e i s m i c ；l i q u e f a c t i o n 6 目录 1 绪论9 1 1 引言 1 2 地震小区划的含义1 0 1 3 地震小区划的种类 1 3 1 烈度小区划10 1 3 2 峰值小区划1 l 1 3 3 地震反应小区划1 2 1 3 4 场地破坏效应小区划13 1 4 我国地震小区划的发展1 4 2 杭州市地震小区划工作区地质与地貌概况1 6 2 1 杭州市小区划工作范围以及工作量概况1 6 2 2 杭州市小区划工作区地貌特点1 9 2 2 1 杭州湾滨海平原19 2 2 2 杭州湾的三角湾相2 1 2 2 3 杭州湾港湾式海岸地貌2 1 2 3 杭州湾沉积的地球动力作用2 3 2 3 1 地球气温的变化2 3 2 3 2 江流的作用2 5 2 3 3 地球自转的作用2 7 3 杭州市地震小区划工作区区划方案2 9 3 1 杭州市小区划工作区工程地质单元划分方案2 9 3 2 杭州湾的沉积环境与场地土层3 0 3 2 1 杭州下更新统沉积特征3 1 3 2 2 杭州中更新统( 下层) 沉积特征3 2 3 2 3 杭州中更新统( 上层) 沉积特征3 2 3 2 4 杭州上更新统( 下层) 沉积特征3 3 3 2 5 杭州上更新统( 中上层) 沉积特征3 4 3 2 6 杭州全新统( 下层) 沉积特征3 5 3 2 7 杭州全新统( 中层) 沉积特征3 6 3 2 8 杭州全新统( 上层) ( 包括填土) 沉积特点3 6 3 3 杭州湾沉积结构特点3 7 3 3 1 杭州湾三角湾沉积物结构分布3 9 3 3 2 杭州湾三角湾沉积物结构成份4 1 3 4 杭州市工作区块地质剖面图及部分钻孔柱状图4 4 4 工作区场地土实验数据以及分析处理4 9 4 1 土动力参数的试验与测试4 9 4 。1 1 动三轴试验4 9 4 1 2 剪切波速测试4 9 4 2 杭州市工作区小区划区块的砂土液化区划5 2 4 2 1 标准贯入法判别液化5 2 4 2 2 剪切波速法判别液化k 5 3 4 3 小区划成果图。5 4 4 4 杭州市工作区小区划区块的软土震陷区划7 7 5 结论与展望8 4 5 1 场地工程地质条件 5 2 场地地震动参数分区8 4 5 3 场地地震地质灾害评价8 4 参考文献8 6 8 1 绪论 1 1 引言 在四川5 1 2 汶川大地震中，大量房屋倒塌，人员伤亡，财产损失严重，这次 大地震给我们提出了严峻的考验，也提供了不少经验和教训。国家对抗震设计规 范做了修订，可见大震过后国家对建筑抗震、防震的重视和加强。 震害调查研究表明，一次地震导致的灾害在层间分布上显示其不均一性即 在不同的环境条件下，尤其是在不同的地质环境下，会出现不同的地震效应。除 结构本身因素外，地质环境，包括震源地质环境，传播途径的地质环境，工程所 在场地的地质环境等，对震害程度，震害类型和震害特点以及震害空间分布都具 有十分重要的影响这些影响震害不均一的因素所起的作用和所导致的震害效 果，概括来说包括两个方面，其一是在不同的地质环境下出现的地震动效应；其 二是在不同的地质环境下出现的场地破坏效应。本论文涉及的是后者，场地破坏 效应，即场地震害。场地震害既有大范围宏观特征，也有小范围微观规律，由于 地质环境差异而导致震害差异，一般通称其为地震地质效应。 地质环境对震害的影响是地震工程界公认事实。为了有效抗震，防灾，最大 限度地减轻未来地震灾害，除了考虑结构抗震设计外，人们首先想到的是寻找对 抗震有利的地质环境，或者根据不同的地质环境及其可能对震害的影响，采用不 同标准设防，或者根据不同地质环境及其可能导致的地震效应不均一性，在宏观 上进行一定精度范围的区域划分。例如，我国现行工业与民用抗震设计规范和其 他有关专业( 铁路，水电，公路等) 规范，在场地与地基等有关章节中，无不规 定了建筑场地的选择原则和不同的抗震措施。当然，这是一种平均的处理方法来 对待场地条件的差异。显然，对大部分重大工程和特殊工程，特别是在复杂场地 条件下，场地地震效应要复杂的多，现有规范也不可能包含很多个性特点。在这 种情况下，要进行较为详细的场地地震效应研究和预测，以满足抗震设计的要求 和达到减轻未来地震灾害之目的。这就是地震小区划的目的和任务。 场地震害小区划实质上是在场地地震效应的研究基础上，最终对场地地震破 坏效应进行系统预测和划分。一般来说，地震动效应预测的重点在于为抗震设防， 震害预测，抗震加固等提供依据。场地破坏效应预测的侧重点在于为场地选择和 9 采取相应的抗震措施提供依据。当然，两者不是截然分开，而是相互联系的。为 达此目的，可能有许多预测的途径和方法。就内容来说，主要涉及两个方面：其 一是根据场地及其周围所在地区的地震地质环境和地震活动特点，对场地地震危 险性作出评估，即场地地震危险性评价。其二是根据场地本身的地质环境特点及 其在周围地震地质环境条件下可能出现的地震地质效应不均一性，进行场地地震 地质效应的详细划分和预测，即场地区划。场地地震危险性评价，场地地震小区 划加上震害预测及损失分析，共同构成了城市或工矿区抗震防灾规划的基础。 本论文中的场区属于嘉兴常山地震带，杭嘉湖地区4 7 5 5 2 5 级地震区， 是我省地震活动相对较强地区，历史上地震活动频繁，但震级较小。本区域内， 历史上所发生地震均属浅源地震。 1 2 地震小区划的含义 直到目前为止，似乎还不存在一个统一的并为人们广泛接受的地震小区划定 义其原因有： ( 1 ) 地震小区划涉及的内容和问题较多： ( 2 ) 从不同角度，不同目的研究地震小区划， ( 3 ) 地震小区划还是一门新的学科，正在发展和完善过程中。 一些研究者( s 1 1 埘衄o n s 1 9 8 1 ；s h e r i f ，1 9 8 0 c l u f f ，1 9 7 8 ) 也曾提出一些有关 小区划的含义，但缺乏本质的理解。根据近年来地震小区划的实践，本论文的地 震小区划的定义是：根据工程场地水文地质、工程地质条件预测场地在地震源影 响下可能出现的地震地质效类型、特点和危害性。并对工程场地进行归类和分区。 从而为工程场地规划，抗震设计和震害预测等提供基本依据。 不同类型的地震小区划不仅在内容和方式的表达上有所不同，而且也包含了 对地震小区划的理解和认识。由于震害经验的积累和抗震设计理论的进展，因不 同的应用范围和目的，在不同的历史时期往往会演绎出不同类型的地震小区划， 而不同类型的地震小区划不仅反映了地震工程学的发展，而且也反映了其本身的 发展。 1 3 地震小区划的种类 1 3 1 烈度小区划 l o 在地震学中。通常以烈度的大小来描述震害强烈程度。因此，在早期的抗震 设防和设计中。均以未来地震烈度作为标准，直到目前为止，包括我国在内的世 界许多国家，尚用烈度作为工程的设防标准。基于局部地质环境对地震烈度的强 烈影响，前苏联麦德维杰夫( 1 9 5 2 ) 首先提出采用烈度调整进行地震小区划。一般 以中等强度土为标准，基岩上降低烈度，软土上提高烈度。对不同土层波速、密 度特性和地下水位及其他地质特征，制订出一套烈度调整标准。烈度调整简单， 直观，考虑了地质条件对震害影响的事实，用烈度及其差异来描述地震的宏观破 坏现象是基本可行的。但是，作为抗震设防标准，尚存在下述一些问题。 ( 1 ) 对于现代化工程结构而言。地震对其破坏是极为复杂的。而以普通震害的 宏观和平均特征为基础的地震烈度标准不仅不适应于对现代结构的描述，而且也 忽视了不同结构在不同地质环境中破坏特点和其相互作用。 ( 2 ) 场地失效的地质效应以及与场地振动效应的差别将会导致不同类型的破 坏结果，因面对工程设防措施的采用也应区别对待。在特殊的场地地质条件下。 由于场地失效，如饱水砂土的液化和软弱地基的过大变形及斜坡失稳等等。往往 会导致震害的加重。单纯以烈度高低进行结构设防往往达不到减轻震害的效果。 对于场地失效的地质效应，在工程上可通过合理的扬地选择和采取相应的抗震措 施来达到结构抗震的目的。 ( 3 ) 在地震作用下场地非线性行为往往会消耗部分地震能，从而使地表地震动 强度相应降低，即所谓“隔震 作用。例如，在1 9 7 5 年海城地震时，在强烈液 化的盘锦地区，由于液化层的耗能隔震及表层几米冻土的支撑，致使许多高烈度 区的低层民房震时免遭破坏。直到开春以后，才使许多房屋下沉和开裂。 ( 4 ) 单纯用烈度作为设防标准满足不了结构动态设计，因为无法提供反映地震 动特征的地震反应谱和时程曲线等。 1 3 2 峰值小区划 这是以单一的地震动峰值，如峰值加速度、速度、位移、谱烈度、均方根加 速度等物理指标进行区域划分，或以其等值线表示的地震小区划。这种类型的小 区划实质上是烈度小区划的延伸。仅仅满足于静态结构设计要求。对于一个地区， 如果同时给出有效峰加速度( e p a ) 和有效峰速度( e p v ) ，则可以标定出该地区广义 的标准反应谱。 1 3 3 地震反应小区划 地震反应是结构抗震设防的基础。地震时建筑物的破坏作用主要是由于地震 波在岩土体介质中传播引起强烈的地震动所造成的。地震动可引起结构变形和结 构的振动，当结构物的振动超过它所能允许的限度时，将造成破坏或倒塌。因此， 了解结构物在地震作用下的振动过程( 即地震反应) 是一个重要的问题。这实际上 是个动力学问题。地震反应小区划则是在了解不同地质环境下可能出现的地震反 应特点条件下进行区域划分，从而给出结构抗震设计或抗震稳定验算所需要的地 震反应参数。 ( 1 ) 场地土划分和标准设计反应谱： 反应谱是估计地震力的基础。自五十年代应用反应谱法，即以弹性反应谱为 基础确定地震力以来，随着地震记录和地震灾害经验的累积，设计谱有了很大的 发展。五十年代地震设计时不考虑场地条件对地震反应的影响，而采用一条设计 反应谱。我国在六十年代( 1 9 6 4 年规范草案) 提出采用不同土质条件下多条设计反 应谱，七十年代( t 儿1 7 4 和t j l l 7 8 规范) 正式在抗震设计中采用三类不同场地条 件下三条设计反应谱。最近，我国新修改的抗震规范除注意到场地条件对反应谱 的影响外，还注意到震中距和土层厚度的影响，而拟采用多条标准设计反应谱。 规范规定以场地土s 波速大小和场地覆盖层厚度作为场地类别划分依据。因此， 对于一个地区根据场地土平均s 波速大小和覆盖层厚度进行场地类别划分，即可 进行相应的地震小区划，从而根据场地类别按规范要求选用相应的标准设计反应 谱，进行结构抗震验算。进行场地土类别划分的主要方法步骤是： 根据场地土层s 波速特征和厚度特征进行场地土类别分类在无条件进行 s 波速测试时，可根据场地土地质特征进行场地类别划分，区别特征周期，本论 文有这方面的工作。 根据规范有关规定，选择相应的标准设计反应谱作为每个场地类别代表性 设计反应谱； 根据场地和周围潜在震源关系以及场地基本烈度确定原则，对远源和近源 进行估计，以确定是近源还是远源设计谱。必要时也可根据场地土地质特征和自 振特征，场地地震反应特点，对标准设计反应谱作适当调整。 通过场地类别划分和选用相应的标准设计谱进行小区划。其方法简单可行， 1 2 比较经济。但在很多情况下，场地的震动特点往往要比几条标准谱复杂得多。因 此，这种小区划的应用受到一定限制。 ( 2 ) 设计地震动分区 震害经验表明：作为震害直接原因地震动的峰值、频谱、峰值随时间变化 及其持续时间等，都是构成震害的主要因素。这些参数却又受到地质环境的影响。 因此，在复杂的场地地质条件下。几条标准设计反应谱可能不能完全概括地质环境 对地震动的影响。在重要结构物的动力分析及非线性分析中，还需要了解地震动整 个时程、场地基础或斜坡失效，如对液化的估计等也需要了解地震动持时及各地震 动参量在时域中特点。另外在结构设计和地震动预测中，要考虑到地震危险性概率 和工程地质单元及其地震动特点。因此，全面给出地震动所有参数更能满足工程设 计和震害预测要求。 1 3 4 场地破坏效应小区划 为了有效地避免或减轻地震灾害，一方面要根据不同环境下地震动特点和地 震动效应进行合理的抗震设计或对已建结构的抗震加固另一方面还要根据不同 环境下可能出现的场地破坏类型及其危害一一场地破坏效应来合理选择场地和 采取相应的抗震措施，即选取对抗震有利的地段，避开不利的抗震场地或在不能 避开不利抗震场地时，采取相应的抗震加固措施，以达到结构的安全。场地破坏 小区划目的即在于此，其一般内容包括： ( 1 ) 根据场地地质构造特征，水文地质和工程地质特征，在地质单元划分基础 上进行场地破坏宏观评价。其中包括不同场地破坏效应出现条件，可能性及危害 性等初步判别，在此基础上进行场地破坏效应的勾画 ( 2 ) 根据简单易行，且行之有效的场地破坏效应判别的预测原理和方法，进一 步判别场地破坏效应出现的可能性和危害性，其中包括场地破坏效应的概率估 计。 ( 3 ) 在上述两方面工作基础上作出场地破坏预测图。如可液化地层的液化及其 危险性和危害性预测图，斜坡失效预测图，场地断错危险性预测图，场地不均匀 沉降和震陷预测图等。因为场地破坏效应仅仅是特殊地质条件下出现的震害现 象，对于一个具体场地地区，进行场地破坏效应预测完全取决于该场地地质环境 和可能出现的场地破坏效应，然后作出相应的预测和有关区划图件。 正像前面所交待的，本论文较详细地做了杭州市特定区域的地震场地小区划 工作。 1 4 我国地震小区划的发展 我国地震小区划工作始于5 0 年代后期，至今三十余年，大致经历三个阶段： 第一阶段：场地烈度调整和烈度小区划阶段： 这一阶段始于5 0 年代末。终于6 0 年代初。根据苏联学者麦德维杰夫 ( m e 日b 朗e b ) ( 1 9 5 2 ) 小区划方法，即根据场地土力学刚度及地下水位等地质条件对 基本烈度进行简单调整，以确定场地烈度。北京地区小区划图( 李自强，1 9 5 7 ) 就 是按此方法编制的，1 9 5 9 年我国第一个抗震规范草案( 中国科学院土木建筑研究 所，1 9 5 9 ) 把烈度调整方法列入规范。设计最大加速度a 由调整后的地震烈度确 定，动力放大系数b ( t ) 则采用标准的单一曲线。 第二阶段：场地类别一标准设计反应谱区划阶段： 这一阶段开始于6 0 年初，它是以场地类别划分为基础对设计谱进行调整。 取代以地质条件为基础的烈度调整。而达到场地划分目的。在总结世界各国强震 观测和震害经验，特别是6 0 年代几次强烈地震震害经验和强震观测对比研究及 抗震工作规范编制的基础上，1 9 6 4 年建立了以场地土对设计反应谱进行调整， 而不是根据场地地质对场地烈度进行调整的思想。其基本观点可以概括为：第一， 区分地面破坏和强烈地震动引起的两种不同性质的地震破坏作用。第二，场地土 质条件对b ( t ) 的影响按场地土类别加以调整。据当时可利用的强震资料，即美 国的十三个强震台取得的地震烈度为v i i 度以上的2 8 个加速度记录。计算三类 场地条件下的平均b ( t ) 值。第三，不考虑场地土差别对最大加速度a 的影响， 设计a 值可以直接由基本烈度和建筑物的重要性来确定。我国1 9 7 4 年试行抗震 规范( t j l l 7 4 ) 和1 9 7 8 年正式颁布的抗震规范( t j l l 7 8 ) 基本沿用这一观点。 1 9 6 6 1 9 7 6 年间，我国大陆发生一系列破坏性地震，其中大于7 级的强烈地 震达九次。详细震害经验总结和有关地震动地质效应研究，包括国外有关进展， 说明场地条件对地震动的影响不仅是场地土性质、土层厚度等直接影响因素，地 震大小，地震距场地远近也同样影响场地地震反应特点。例如，震中区加速度记 录的频谱组成比较复杂( 频带较宽) ，一般来讲高频分量比较大，随着震中距的增 加：周期略有延长，频带变窄。如果震中距对地震反应谱形状的影响尚有不同的 1 4 看法，那么大震级地震所引起的地震动偏于较长的周期这一点是比较一致的【l 】。 1 9 7 8 年7 月2 8 日唐山地震时，在北京和天津的加速度记录的反应谱峰点周期为 o 7 珈9 秒，反应了大震和远距离的影响。土层厚度增加，实质上是土体整体刚 度下降。而且，基岩和土层刚度相差比较大时，地震动加速度记录中长周期分量 有明显的放大，土层共振条件是覆盖土层相对来讲比较单一，而基底的刚性较强。 因此，就形成了以地震大小对反应谱的调整。 第三阶段：地震效应预测一全面、综合地震小区划阶段： 这一阶段始于七十年代后期，是在对地震环境和场地地质条件统一考虑前提 下进行地震动预测，是国外六十年代末有关工程“设计地震”和“工程场地地震 动预测”原理和方法对一范围的推广和完善。它的主要特点反映在两方面：其一 是引进了场地地震危险性分析概率方法，其二是全面地震效应预测。这一方法应 用于地震小区划，主要涉及了下述几个部分：震源：包括震源位置、震源范围震 源地震活动、震源深度及破裂特征等；烈度和地震动衰减特征；岩石地震动 预测及其危险性分析；场地地质单元划分和动力性质测试；场地地质单元地 震反应分析：断层工程地震评价；地震地质效应综合输出既包括地震动峰值、 谱、时程曲线等地震动参数，也包括砂土液化、地裂缝、地震断错、地陷等场地 破坏效应预测【2 】。 概括起来说，第三阶段地震小区划是统一考虑震源环境、局部场地地质环境 及其与工程相互作用，以场地地质效应( 包括地震动效应和场地破坏效应) 预测为 目标。综合了地震学、地质学、工程地震学和地震工程学、计算技术等方面的成 果的较为全面而系统的地震小区划。这一发展不仅符合当前对地震破坏作用的认 识水平，而且也使影响地震小区划的几个环境因素和工程需要相互密切地联系起 来。 2 杭州市地震小区划工作区地质与地貌概况 2 1 杭州市小区划工作范围以及工作量概况 本论文涉及的杭州市小区划工作区范围如图2 1 所示：其中江北区面积为 5 8 梳2 ，包括江干区、钱江新城与下沙的一部分。江南区面积为1 1 2 锄：，包括 滨江地区与萧山市区。江东区在萧山机场东侧，包括南阳镇、义蓬镇、党湾镇与 靖江镇的一部分，面积6 0 砌2 。江北、江南、江东三区总面积为2 3 0 砌：( 见图 2 1 ) 。 在小区划工作区已选用已有钻孔3 0 2 眼，补充钻孔1 3 6 眼，全测波速。最终 的钻孔覆盖面达到每o 7 6 平方公里一个钻孔的覆盖率。各区的钻孔基本情况与 勘探布置可见图2 2 、图2 3 。另外，本论文工作还收集安评资料1 3 份，各种相 关的地质区划、地质构造图件及工程地质报告1 1 8 份。 波速测试孔的勘探工作量：波速孔1 3 6 眼( 表2 ) ，其中一部分为判别场地类 别增加的波速钻孔场地波速孔。根据( g b 5 0 0 1 1 2 0 0 1 ) 建筑抗震规范： 地表面以下2 0 聊以内深度等效剪切波速为判别场地类别的依据，场地波速孔测 试深度为2 0m ，其余波速孔江南，江北区全部测到或接近地震反应计算基岩地 层波速( v s 5 0 0 肌s ) 。 软土震陷试验工作量：江南区的区为杭州湾滨海平原沉积区，这里埋有 q 4 的海侵软土。特别是3 3 b 的镇海海侵软土，该软土性质差，高压缩性，需进 行震陷试验。本论文工作共增加地震动力反应计算所需要的土动力参数试验2 3 项。 标贯测试工作量：资料表明，江北、江南区虽然存在大量的粉土、粉细砂沉 积，但钻孔大部分有s p t 纪录。因此，仅在波速测试孔勘探中( 不含场地波速 孔) 遇到粉、细砂与粉土标贯。而在江东由于资料缺乏，在补充勘探中必须对粉、 细砂，粉土地层全部标贯。共计标贯达8 4 6 次。 另外，对杭州市工作区小区划区域范围的基底阐述如下： 杭州大地构造上属扬子准地台范畴，位于扬子准地台东北端的钱塘台褶带内， 并以闻家堰为界，可进一步划分为常山一诸暨拱褶带和余杭一嘉兴台陷两个三级构 造单元以晋宁运动和印支运动为界，经历了地槽准地台和大陆边缘活动三个地 1 6 图2 1 杭州市小区划工作区范围 史发展阶段。区内基底未见露出震旦至白垩纪地层。其岩性大致可分为三种类型： 即震旦系至下奥陶统镁质碳酸盐，上奥陶统至泥盆系沉积碎屑岩与石 图2 2 江东区块的钻孔分布 炭、二叠系碳酸盐。由于处于大陆边缘活动阶段时，火山频繁，因此还发育着中 生界火山碎屑岩。从构造来看杭州市基岩区的褶皱以西湖复向斜构造为主。震旦 系及古生界全部转入褶皱，褶皱核部为上古生界，两翼为震旦系和下古生界。轴 向北东，并往北倾没于第四系之下。因此，区内出露的基岩，主要是古生界碎屑 岩、碳酸盐岩类和中生代火山碎屑岩类。 1 7 1 8 图2 3 江北区块和江南区块的钻孔分布 图2 4 杭州市地震小区划工作区近场地质图 图2 5 杭州市地震小区划工作区近场地质构造 杭州西南、西北山区系中生代断块隆起。它的北面和东北部平原地区，以半 山为界系太湖流域沉积。市区以宝石山为界可分为：南面的钱塘江流域与北面的 苕溪流域。其基底根据钻孔揭露主要为中生界上侏罗统、早白垩统火山碎屑岩地 层。基岩面距现地表深度自西湖周围的十余米向东偏北逐渐倾斜至百余米，相当 于黄海高程自- 5 忉至1 0 0 聊，局部最深处在下沙以东一带，可达1 4 0 脚。虽然基 岩面时有起伏，但幅度不大。小区划工作区内基岩基本平坦。整个小区划工作区 所处区域为杭州市钱塘江流域杭州湾河口段地带。 2 2 杭州市小区划工作区地貌特点 杭州市小区划工作区处于杭州湾滨海平原三角湾相沉积的港湾式地貌区。杭 州湾滨海平原三角湾相沉积的港湾式地貌： 2 2 1 杭州湾滨海平原 钱塘江自浙西发育，流到杭州湾后，江底平坦，虽乍浦以上地面有所抬高， 至仓前、七壁一带达到最高点，高出乍浦湾底也仅1 3 聊左右，形成万分之一、 二的斜度。过此最高点到闸口以上的闻家堰，底面又略有降低，此时逆坡为万分 之0 6 左右的斜度( 见图2 6 ) 。在河流入海口，当沿岸的坡度都十分平缓( 小于 千分之一) 时，会发育的一种低缓而平坦的海岸，称为平坦海岸。它常常是原始 地形被海水冲淹改造而成，故又是广义的平原海岸【3 1 。 平原海岸具有下列基本特征：由细粒的粉砂和淤泥质沉积物所组成；有 着极为低平而向海方向微微倾斜的地势，地面坡度很小，约在l 1 0 0 卜1 4 0 0 0 ： 往往与河流冲积平原相连接；海岸动态十分活跃，岸线的冲淤变化很快，岸 1 9 线很不稳定。这一切正是我们小区划工作区杭州湾河口段地貌与沉积的特点。 平原海岸主要发育于构造沉降区。杭州湾自中更新世以来一直处于沉降阶 段。在波浪与水流的作用下杭州湾的沉积物在各个时期形成各种各样的海积、湖 积、冲积地形。著名的钱江潮在杭州湾平原海岸的形成中起了重要的作用。在较 大的潮差及强大的钱江潮流作用下，潮流在远离海岸即形成破浪，搅起海底物质 向岸携带。到一定的地方堆积下来后，形成平行海岸的离岸砂堤。离岸砂堤不断 增长，到低潮线以上时，会形成沿岸砂洲和浅滩。同时河流冲积物的沿岸运动， 也形成一些沙咀地形。这样的沉积环境不断发展，砂堤逐步与陆、沿岸砂洲、浅 滩等相连，并在砂洲内侧形成狭窄水道和泻湖。泻湖的边缘常常繁殖茂盛的植物， 从而促使了更多的泥沙堆积。结果，泻湖可演变为沼泽或湿地( 见图2 6 ) 。杭州 湾在全新世晚期( q 。3 ) 完成这一过程：由于宝石山及吴山两处砂嘴、砂坝的逐渐 伸展，将今天惠民路一后市街一羊坝头一青年路一浣纱路东一龙翔桥一望湖宾馆一带封 图2 6 杭州湾滨海平原泻湖的形成 口，形成了古西湖( 泻湖) 。古西湖初时也为沼泽洼地，时淹时露。造成完整的 滨海平原区被分为滨海平原淤积区与滨海平原沙积延续区。今天在浣纱路、友好 饭店、天长小学、龙翔桥一带钻孔均能揭露出西湖泥炭及泥炭化土淤积层，而在 四季青市场、钱江新城一带却以海相砂积为主。古西湖是在2 勋b p 左右，在钱 塘江上游泥砂及杭州湾潮汐作用下，以粉砂土颗粒为主的堆积物在圣塘路一东坡 路一文化中心一张小泉店一解百一开元路一带形成砂坝，将其完全封闭，再经历代整 治修筑成为现今形状的。 此外，对于处于河口的滨海平原区由于河流的泛滥作用，尚有狭长得河流漫 滩冲积区。杭州湾也一样如此。图2 7 所示的杭州市第一代小区划的抗震场地划 分图遵循了这一原则。 2 2 2 杭州湾的三角湾相 钱塘江在闻家堰以上属正常河流区段。而在澉浦与临山之间江面宽达 2 4 l 湖，澉浦以下为口外海滨。闻家堰到澉浦为河口段：即从潮流界( 或三角湾 顶点) 开始到陆上三角湾边缘，即到口门为止。在此段内，海水，河水相互作用， 水流变化复杂，河床不稳定，河道分叉，口门附近可以有砂岛及边缘沙嘴等微小 地形。钱塘江河口段的杭州湾，处在三角湾相。三角湾形成的基本条件是河流具 有较小的输沙量，即河流泥沙供给速度要小于河流海浪和潮汐的冲蚀量。如果河 流的输沙量供给速度可用年输沙量s 和年径流量w 的比值计算，那末凡s w 比值小于0 2 4 的均可形成三角湾相，否则就形成三角洲。钱塘江包括曹娥江在 内，每年输出泥沙只有8 9 0 万吨，其平均年径流量则达3 6 4 亿聊，。s w 比值仅 为万分之一( 0 0 0 1 3 6 ) 左右。因此，即使在巨大的钱江潮作用下，杭州湾三角 湾地貌也一直稳定。虽然在乍浦到闻家堰，钱塘江底有一巨型的河口沙坎，长 1 3 0 砌，宽约2 7 砌，厚约2 0 聊。但它是长达7 5 0 勋以来由杭州湾湾底以及从 长江口扩散出的物质被冲刷而来形成的，它们被潮流带到湾头和河口段沉积下 来，体积也仅4 2 5 亿m ，( 见图2 8 ) 。 除了泥沙的供给量及冲蚀量外，杭州湾河口区自q 2 以来不断地下沉、杭州 湾附近的宁波港是且陡且深的海底峡谷，河流泥沙直接被填入深海。再加上杭州 湾的湿润气候等因素，这些都是杭州湾不能形成三角洲而只能形成三角湾的重要 原因。但钱塘江输沙量小，是关键因素。 2 2 3 杭州湾港湾式海岸地貌 第四纪地貌学认为，港湾式三角湾是在潮汐作用较强的河口区形成的，杭州 湾正是这种河口区段。在杭州湾的三角湾各汊流口门处，均因潮汐作用而成港湾 式，杭州湾的前缘沉积有向海延伸的垄状浅滩及砂坝，砂坝之间为冲蚀的潮汐水 道。图2 9 是杭州湾河口段卫片图。在图上只有曹娥江显示了港湾式水道的特点。 但从图2 1 0 ，我们看到在江北的海宁、海盐、平湖、金山，乃至奉贤、南汇；江 南的绍兴、慈溪、余姚、宁波完全是潮汐水道网罗遍布。呈现了典型的港湾式海 岸的特点。 2 1 鬼 图2 7 杭州市第一代小区划抗震场地区划图( 1 9 9 5 ) 粉质粘土 铀土 粉砂 粉质砂土 ( b ) 访：泥 砂 图2 8 钱塘河槽剖面图 圆砾“ 囵团 四囫 囫囫 图2 9 杭州湾河口区段( 2 0 0 1 ) 2 3 杭州湾沉积的地球动力作用 长期的地貌学研究已表明：特定的地貌是由特定的地球动力作用形成的，地 貌学充分地揭露着各种外营力与内营力的特点，从而使我们更加正确地判别这种 地貌状况的沉积环境。杭州湾沉积的地球动力作用主要有以下类型：地壳的沉 降、地球气温的变化、杭州湾潮汐的冲涌、钱塘江流的冲刷与泛滥、地 球的自转影响。关于潮汐的作用前面已有详细的论述，地壳的沉降的作用前面也 有部分表述，因此本节主要阐述地球气温的变化、江流的作用与地球自转的作用。 其中江流作用与地球自转的影响是造成钱塘江南、北两岸沉积差异的重要原因。 2 3 1 地球气温的变化 事实上，海水海面变化对海岸发育有着极大的影响。在已经探明的地质历史 中，世界范围的海面变化是及其频繁的。第四纪以来，世界海面曾发生过多次大 幅度的升降。第四系海岸遗迹，最高己高出现代洋面1 2 0 0 所，而最低的则比现 代洋面低2 0 0 0 掰。这样大幅度的海面变化，无疑对海岸的发展有不可估量的作 用。目前的海岸轮廓，是大约5 6 妇b p 海面上升的产物。海洋洋面变化的原 因很多：有暂时而周期性的变化，有长期而缓慢的持久性的变化。尤其长期而缓 慢持久性的大洋水面变化，对海岸的发展过程有着深远的影响，世界上大多数海 岸基本由它奠定。 图2 1 0 杭州湾的港湾式海湾的特点 海洋水面缓慢而持久变化的原因可包括地动型海面变化及水动型海面变化 两种。这两种海面升降作用常常交织在一起。因此通常所谓的海面升降，应该包 含两种成因的相对升降运动，它们对海岸地貌的发展起着共同的作用：因为当海 面相对下降( 亦即海岸相对上升) 时，海岸线向海推进，并形成下超沉积。此时 沿岸塑造新的海岸均衡剖面，发育类型取决于新海岸带的原始坡降特征。原有的 海岸，成为古海岸而高出于现代海岸之上，成为海岸阶地。当海面相对上升( 即 海岸相对下降) 时，海水浸没陆地，海岸线向内陆后退。河谷及侵蚀阶地等陆地 地形均淹没于海面之下形成上超沉积。在杭卅i 第四纪沉积演变诸多因素中，古气 候的变化起了重要作用。近人的许多研究表明：在杭州湾水域水动型海面变化要 比地动型海面变化激烈。虽然自第四纪以来，杭州西部一直处在持续上升的状态， 并抬升为中、高山区，但杭州东部属于长江三角洲稳定下降区，形成广阔的平原 区。杭州的第四纪沉积过程不仅受新构造运动的影响，而且还受海平面升降的影 响。尤其是在晚第四纪发生的多次海平面波动，这些波动对沉积影响的速率远大 于构造运动的垂直速率，它对小区划工作区的第四纪沉积物厚度、接触关系及沉 积相变化的控制作用明显强于新构造运动。因而第四纪以来几次海侵软土层的埋 藏与古土壤的分布也成了划分杭州第四系标准层序的重要依据。对杭州湾地区晚 更新世以来的沉积过程和环境的研究还表明：自末次冰期以来，杭州湾经历了由 一个海侵层序和一个海退层序构成的沉积旋回。在末次冰期的盛冰期，钱塘江强 烈下切到基岩，形成清晰侵蚀面。河床中发育砾石滞留沉积，以角度不整合覆盖 在基岩之上。古河间地发育着古土壤( 硬粘土层之江层) 。随着冰期的结束 和海平面上升形成王店海侵层。而杭州海侵以后，陆地水域继续收缩，沉积层出 露地表，寒冷的气候又促使了古土壤的形成。前人将杭州的全新统与上更新统的 界线划在宁波组( 嘉善组) 浅灰绿、黄灰色，富含铁锰结核粉质黏土层的顶部， 1 4 一c 年龄为1 1 9 8 5 o 3 8 5 勋b p 和1 1 4 9 o 2 1 杨b p 。1 2 1 0 勋b p 进入全新世 ( q 。) 。在冰后期前北方期及北方期，受富阳海侵影响，杭州湾海域扩大到转塘、 九溪等地区。今天的杭州市小区划工作区也位于海底。到了全新世中期( q 。2 ) ， 在大西洋及亚北方期，当时，海水由杭州湾沿古苕溪河谷入侵杭州，出现一系列 海湾和沉溺谷，形成现在的西溪湿地。杭州湾海域已扩大到今天的桐庐、富阳、 周浦、袁浦、转塘及市郊广大地区，这是第四纪以来最大的海侵。海侵带来了杭 州市巨厚的软土沉积。 2 3 2 江流的作用 钱塘江自桐庐七里埔l 出山以后，在大畈一带沉积了山前平原。从富阳到闻家 堰一带沉积了它的中部平原，闻家堰以下就是它的滨海平原。山前平原是它从山 区到平原的过渡带，属于冲积洪积型沉积，中部平原的堆积物主要是冲积物。 而在中部平原和滨海平原交汇地带的闻家堰附近，钱塘江出现了汉道式的众多河 流交汇，并形成了浩瀚的江水分布着翠绿的心洲与沙滩的优美丽景。这里的平原 在成因上属冲积海积平原，因而它的沉积颗粒更细，并伴有周期性的海水侵入。 钱塘江流在滨海平原上的作用，使得在前缘由于江、海的共同作用，平原形状出 现较大的变化；在后缘与中部由于海潮作用的消退，江流的作用使江两岸的沉积 不对称。 图2 1 1 杭州市更新统筹等厚线图( 1 9 6 1 ) 杭州湾前缘有史记载表明，在大尖山到沥海的断面以东。与今天相比平面轮 廓有很大变化。事实上北侧海岸线，在1 7 k 口b p 以前，大致由大尖山向北转东， 经澉浦到王盘山，并从这里向北折转与拓林、奉贤一带相连。史家已考明，乍浦 九山的外面是东汉海盐县治的故址，王盘山是东晋屯兵之处。唐、宋时代，柁林、 奉贤一带的海岸向东推到奉城、大团之间，而杭州湾北岸却内坍，王盘山以北的 九涂十八滩，海盐东南2 5 砌的贮水陂? 8 砌的望海镇，以及3 砌的望月亭等均相 继沦入海中。l 勋b p 的宋代，海岸线已经后退到海盐、金山故城一带之南，并向 东北延伸与奉城、大团之间的海岸相连。十二世纪以后的海岸仍继续内坍，乍浦 的九山和澉浦诸山渐次临海，而大、小孟山、外浦山都相继没入水中。元代海岸 离今天海盐城约1 砌，原先城外的宁海镇已坍塌掉，明代海岸离该城仅5 0 0 肌。 一直到o 6 勋b p 海岸线才与现代大体相当。 图2 1 2 杭州市地质图与第四系埋深图( 1 9 6 9 ) 2 3 3 地球自转的作用 杭州湾滨海平原是中更新世到晚更新世约7 4 0 妇b p 形成的，在漫长得历史 沉积中，从原始地貌来看杭州湾两岸沉积应该基本对称( 图2 1 1 ) ，南北岸都有 较厚的沉积。但是，今天杭州湾后缘与中部，即钱塘江河口段：北岸崩塌得陡峭， 南岸沉积得平坦，它们不仅由于钱塘江的冲积的外营作用。还得益于钱塘江偏北 流动而引起的科氏力。 由于地球偏转力的影响，地球上运动的物体，都受着地球旋转所产生的偏转 力( k o l i o r i s yf o r c e ) 。这种力在物体运动中产生，其大小决定于纬度、地球旋 转的角速度、物体运动速度及水的质量