地震科技基础 复习课 - 副本.ppt.Convertor

各板块之间相互接触的边线叫板块边界 板块边界向下一直延伸到岩石圈 板块边界有三 种类型 剪切型边界 生长型边界 拉张型 和削减型边界 挤压型 不同的边界板块运动的 方式也不同 板块运动 板块边界类型 发散发散 剪切型边界剪切型边界是指两个板块沿着相反的方向相互移动 岩石圈既不生长也不消亡 在 这种边界上 地震活动频繁 平推 生长型边界生长型边界是指两个相互分离的板块之间的边界 大部分都位于洋中脊 海底扩张 时 洋壳沿着洋中脊生长 大陆上也有生长型边界 在大陆的生长边界上 两边的板块相 互分离 并沿着边界形成很深的断裂谷 如东非大裂谷 总有一天 非洲东部会从非洲大 陆上分离出去 汇聚 消减型边界消减型边界是指相互靠近或挤压的两个板块之间的边界 两个板块相向移动就会发 生板块碰撞 它可以发生在洋壳与洋壳 洋壳与陆壳之间 陆壳与陆壳之间 报告结论说 强烈的地面摇动是由于被劳森称之为圣安德烈斯断裂的大断层突然错动产生 的 它是基岩中的一条破裂带 后来测量制图时查明 它从墨西哥边界一直延伸到旧金山 以北 断裂中的岩石破碎了 断裂西侧的岩块向北错动了好几英尺 该断裂错动延伸了 400 多千米 从圣胡安包蒂斯塔直到旧金山以北大约 250 千米 这个巨大断裂带刚好从金 门海峡西边经过 而且 地震前后位移变化大的区域仅限于离断层 30 公里以内的两侧地区 据此 里德提出了地震成因的弹性回跳学说 1 2 3 弹性回跳原理 跨断层的篱笆当断裂弹性回跳时造成的结果 a 构造力作用下横过断层的篱笆发生弯曲 A 点和 B 点向相反方向移动 b 在 D 点发生破裂 在断裂两侧的应变岩石弹回到 D1 和 D2 1 2 3 弹性回跳原理 板块边缘地震 地震学揭示了不同类型板块边界有不同的震源机制 板块边界是构造活动带 根据板块的 相对运动状态 边界可分为三类 分离型板块边界 汇聚型板块边界 转换型板块边 界 震源机制表明 这三类边界的主导应力状态分别是张拉 挤压和剪切 分离性板块边界 分离型板块边界见于大洋中脊轴部或裂谷带 也称为增生板块边界或建设型板块边界 以 浅源地震 火山活动 高热流和张拉作用为特征 汇聚型板块边界 汇聚型板块边界指两个相互汇聚的板块之间的边界 相当于海沟和活动造山带 鉴于地球 表面积基本不变 因而分离型边界岩石圈的增生必然为某些地方岩石圈的破坏所补偿 岩 石圈的破坏或压缩就发生在汇聚型边界 汇聚型边界有两种亚型 即俯冲边界和碰撞边界 转换型板块边界 转换型板块边界相当于转换断层 板块的运动方向大致平行于边界 两侧板块或相互剪切 错动 或以不同速率向同一方向推移 沿这种边界 通常既没有板块的生长 也没有板块 的破坏 但伴有频繁地震活动 可发生构造形变与动力变质作用 按照成因不同的地震分类 构造地震 火山地震 塌陷地震 碰撞地震 诱发地震 人工地震 按照震源深度的不同的地震分类 浅源 深度小于 60 千米 中源 深度为 60 300 千米 深源 深度大于 300 千米 地球上 75 以上的地震是浅源地震 其中震源深度多为 5 20 千米 按照观测台站到震中距离大小不同的地震分类 地方震 震中距小于 100 千米 近震 震中距 100 1000 千米 远震 震中距 1000 千米以上 按照震级大小的地震分类 微震 1 M 3 小震 3 M 4 5 中震 4 5 M 6 强震 6 M 7 大震 7 M 特大震 8 M 震源机制 走 向 站在断层上盘向右看的方向与正北的夹角即为断层走向 倾 角 断层面与水平面的夹角 滑动角 上盘相对与下盘的滑动方向 该方向与走向的夹角即为滑动角 震源机制 走滑地震 逆冲地震 正断层地震 逆冲兼走滑地震 第二章 地震波 断层破裂激发地震波 引起地震动 地震波是地震学和工程地震学研究的基本现象 主要 依据地震波的观测和分析 人类了解了地球内部构造并确定地震发生位置和地震震级 基 于强地震动的观测和研究 得以确定工程结构的地震动输入 波速 V 视波速 C 和波数 k 波速 V 取决于波动传播介质的力学特性 密度和弹性模量等 观察或测量波动时往往并不 沿着波动的传播方向 这时 观测到的波速称为视波速 视波速 c 与真实波速 v 之间有简单的换算关系 C V sina a 为波的入射角 波数 k 也是常用的描述波动的参数 定义为 2 长度中所包含的波长 的个数 P 波和 S 波 P 波又称初波 亦称纵波或胀缩波 其质点运动发生在沿波动传播方向的直线上 S 波又称次波 亦称横波 剪切波 旋转波或畸变波 是一种偏振波 其质点运动发生在 垂直于传播方向的平面内 当质点运动处于水平面内时 称为 SH 波 当质点运动处于竖 直面内时 称为 SV 波 P 波和 S 波统称体波 3 斯涅尔定律 和光波在非均匀介质中传播相同 当地震波遇到突变的弹性分界面时 地震波也在分界面 上发生反射透射和折射并可能发生波类型的转变 分裂 可以用斯涅尔定律来说明 如图所示 若在 W1 介质中有一平面波 AB 以 角投射到分界面 R 上 因为波前与射线 垂直 则波前面和界面 R 的夹角等于 设波前 A B 在 t 时刻到达了分界面 R 上的 A 点 按惠更斯原理 A 点此时可以看成是一个新的点震源 由该点产生新的扰动 向分界 面两边的介质里传播 其中一部分扰动以 V1 速度在 W1 介质中传播 另外一部分以 V2 速 度在 W2 介质中传播 从上式中可得 令上式等于 P 则写成下式 P 为射线参数 沿不同方向入射的地震波 射线参数 P 都不相等 上式反映在弹性分界面 R 上 入射波 透射波和反射波之间的运动学关系 入射角 等 于反射角 而透射角的大小与 W2 介质的波速度 2 有关系 如果是在同一界面 R 上 对入射波 反射波和透射波都具有相同的射线参数 P sin 1 这个定律叫斯涅尔定律 又叫反射折射定律 因波射线总是垂直于波前 所以波前和界面 R 的夹角与射线和界面法线的夹角是相等的 由此可见波入射到弹性分界面上时 分别产 生反射和透射 波射线的方向满足于斯涅尔定律 分界面两侧的介质都是固体即 固 固 入射波是横波 S 同样也会产生相应的四种波 若分界面是固 液或液 固类型的分界面 则无论纵波 P 和横波 S 不在形成四种波 因为液体介质中不存在横波 S 不同边界条件下波射线的传播 2 1 1 sinsinsin P vvv 211 sinsinsin P vvvvv S s p p S s p p p p 22111 sin sin sin sinsin 界面波 波动入射至界面 还会发生更复杂的转换现象 例如 当折射波或反射波的波速大于入射 波波速时 折射角或反射角将大于入射角 90 的折射角或反射角对应的入射角称为临界 入射角 当入射角大于临界入射角时 将生成沿界面传播的能量集中于界面附近的非均匀 平面波 称为界面波 地震学和地震工程学中称其为面波 地震面波有瑞利波 拉夫波和 斯通利波三种 瑞利波 瑞利波是 P 波与 SV 波干涉的结果 理论上是沿着半无限弹性介质自由表面传播的波 瑞 利波在距波源较远处 其破坏力比沿空间各方向扩展的纵波和横波大得多 是地震工程学 中的主要研究对象 低速 低频和强振幅的瑞利波俗称地滚波 勒夫波和斯通利波 勒夫波是在水平成层介质界面上产生的 SH 型面波 勒夫波能量主要集中于界面上的覆盖 层中 在下卧岩层中随深度增加而迅速衰减 该波沿水平方向传播 波速介于上下层的波 速之间 传播勒夫波的介质质点在水平面内垂直于传播方向振动 因振幅很大而具破坏性 俗称蛇形波 斯通利波是在水平成层介质界面上产生的 P SV 型面波 上下层介质波速相当 接近是产生斯通利波的条件 此种波可视为瑞利波的特例 但尚未在实测中被观察到 近震震级的测定 远震震级的测定 深震震级的体波测定方法 震级饱和 常用的震级有哪几种 矩震级和里氏震级的标定方法有何区别 地震震级 波速测量 波速测量是对岩土进行的弹性波速度测量 包括岩土剪切波速度 纵波速度和面波速度的 测量 岩土的弹性波速度与刚度和密度相关 是反映岩土物理力学性质的重要参数 在地 球物理勘探 岩土工程设计 施工和场地地震动分析中有重要作用 利用钻孔测量岩土波速的方法有哪几种 利用波动传播特性测量岩土介质波速的方法有哪 些种 第三章 地震震害 地震是伴随地球内部运动而天天发生自然现象 地震发生将引起人和动物的感觉 人工结 构物和自然界状态的变化 强烈地震则可造成人员伤亡 人工结构的损伤或毁坏 地形地貌变化 引发次 生水灾 火灾 有毒有害物质泄漏和疾病流行 影响人类社会的正常运行而造成重大灾难 地震成灾的直接原因是地震动 地震断裂 滑坡和海啸等导致人工结构的破坏 和生存环境的改变 地震灾害及其特点 地震灾害具有毁坏性 突发性 多重性 连锁性和广泛性等特点 强烈地震的巨大能量可令山河改观 远非人力可以控制 人类目前对地球起源 地球内部结构及其运动规律知之甚少 不能对地震的发生做出准确预测 地震改变自然环 境 毁坏人工结构物并造成人员伤亡 又可引发火灾 洪水 疾病传播等次生灾害 造成 重大经济损失 地震对社会经济发展造成全面干扰 其影响并不局限于地震发生的当时当 地 可超出地区和国家的范围而持续一定历史时期 地震次生灾害 地震地质破坏和人工结构物损坏引发的火灾 水灾 有毒有害物质泄漏以及疫病流行等 通称地震次生灾害 次生灾害可加剧灾情 造成重大损失 是地震灾害链中的极其重要的 环节 人工结构物破坏及其原因 工程结构可因地震惯性效应 地面破坏或两者的共同作用产生破坏 生命线工程破坏 社会生存所必需的能源 运输 通信 用水等基础性工程设施称为生命线工程 其范围尚 无明确定义 一般认为至少包括电力 水电 火电 核电 交通 公路 铁路 轻轨 水 运 航空 通信 有线 无线 广播 电视 计算机网络 供水 排水和供气 燃气 等六个子系统 更广义的理解还包括输油系统 供热系统 核电站 大坝 桥梁等重要工 程设施 生命线系统和基础设施内涵的差异不甚明确 在许多场合两者的含义相同 也有 认为生命线系统属于基础设施 生命线系统在城市尤为重要 其规模和复杂程度随城市化进程而迅速发展 一旦生命线系 统破坏 城市运行将极其困难甚至陷于瘫痪状态 并可能引发火灾等次生灾害 因此生命 线系统在应急救灾中具有至关重要的作用 也是地震工程的重要研究内容 构筑物破坏 构筑物一词源于俄文 一般泛指房屋以外的建筑 但并无严格统一 的定义 构筑物与大型工业设备之间亦无明确的界限 中国土木工程界广泛使用的构筑物 一词与日本的 土木工程 具有大体相同的内涵 但在英语中并无相应的专业词汇 构筑 物包括挡墙 烟囱 水塔 储水池 散状物料储仓 矿井塔架 通廊 管道 电厂冷却塔 电视塔 微波塔 高炉系统 水闸 船闸 码头 海洋平台 桥梁 堤坝 隧道乃至设备 支承和基础等 广泛应用于国民经济各个行业 构筑物抗震是工程结构抗震的重要内容 第四章 地震烈度 地震烈度是地震引起的地震动及其对人 人工结构 自然环境影响的强弱程度 也间接反 映了地震动本身的强烈程度 4 1 2 地震烈度的特点 在没有地震观测仪器和地震观测普遍开展之前 人们描述震害大小和地震动强弱 只能凭 借宏观观察 烈度概念的建立之初 它就被赋予震害大小和地震动强弱的双重内涵 然而 地震动强弱仅是影响震害的因素之一 两者之间并不存在简单明确的物理关系 至少 在 相同地震动作用下 抗震能力不同的房屋将产生不同程度的破坏 这一点即使是初期的烈 度研究者也注意到了 烈度内涵的双重性决定了它不是一个严格科学的物理概念 并具有 以下特点 模糊性 综合性 平均性 主观性 在描述不同破坏 影响 现象的数量时 使用个别 少数 多数 大多数 普遍等模糊词 语 在描述房屋破坏程度时使用的微细裂缝 局部破坏 结构受损 墙体龟裂 局部倒塌 以及不妨碍使用 需要修理 修复困难和不堪修复等词语也不能以定量方法判断 第五章 强地震动 对工程结构有显著影响乃至造成结构破坏的地震动称为强地震动 震害调查和研究表明强 地震动是房屋和工程结构破坏的根本原因之一 也是工程结构地震反应分析的输入 基于 强震观测资料 研究强地震动特性和强地震动预测是工程地震学或强震地震学的研究内容 是地震工程的重要内容 5 2 强地震动特性和参数 不同强震加速度记录的振幅 频率成分和持续时间 合称强地震动三要素 有很大差别 分析这些特点 解释造成差别的原因 根据研究成果模拟和预测强地震动 是工程地震研 究的目标 反应谱 计算不同自振周期单自由度弹性体系在基底输入地震动作用下的动力反应 得到反应最大 值的绝对值随体系自振周期的变化关系称为反应谱 反应谱与输入地震动的特性和单自由 度弹性体系的动力特性有关 反应谱描述了地震动的特性 但未反映持时和相位特性 也 是结构抗震设计的工具 5 2 2 地震动频谱 5 3 强地震动衰减 表征地震动参数随震级 距离 场地等因素变化的经验统计关系 可由简单关系式拟合强 震观测资料确定 第六章 结构抗震分析和抗震试验 探索结构在地震作用下的反应 破坏机理进而提高其抗震能力是地震工程学研究的目标 长期以来 人类目睹房倒屋塌的破坏现象但不明就里 直至百年以前才借助牛顿 Sir Isaac Neuton 力学认识到地震破坏力的由来 目前 利用弹性力学 结构力学 结构动力学的 基础知识 基于强震观测得到的对地震动特性的了解 已经可以用数值计算方法估计结构 在地震作用下的变形与受力 试验研究证实了理论分析和数值计算的结果 理论解释 数值模拟和试验研究是进行结构抗震分析的三种基本途径 与之相 应 结构抗震理论经历了静力理论 反应谱理论和动力理论三个阶段 数值计算由静力方 法 拟静力方法进展到动力时程分析 抗震试验也由静力试验发展为动力试验 6 2 单自由度弹性体系的自由振动 单自由体系系指体系运动可由一点的单一方向运动描述的结构体系 是对实际结构的最简 单的抽象 常用于解释结构振动的基本概念 也可作为少数实际工程结构 如柱承式水塔 等 的计算模型 弹性意指结构受力后将产生可恢复变形 自由振动是无外界动荷载作用 的结构体系的往复运动 6 3 单自由度弹性体系的强迫振动 强迫振动是结构体系在外界扰动持续作用下的振动 广义的外界扰力包括作用于体系动荷 载 也包括体系支承的往复运动 如地震动 经典的强迫振动理论研究弹性体系在简单荷 载 如简谐扰力 作用下的运动性态 其振动包括自由振动和稳态振动两部分 前者随时 间的延续而迅速衰减 故又称为瞬态振动 后者振动频率与扰力频率相同 但振动幅度取 决于结构体系自身的动力特性 自振频率和阻尼 输入加速度时程转换为速度脉冲 速度脉冲引起的结构反应 结构在地震动加速度作用下的地震反应等于地震动各速度脉冲引起的结构自由振动的叠加 谐波作用下的强迫振动 传递函数 第七章 抗震防灾对策 7 1 地震预报 7 2 抗震设防 7 3 地震应急 人类在应对自然和社会灾害的长期实践中 总结出减灾的三个基本环节为 监测预报 灾 害预防和灾害应急 地震前 在自然界发生的与地震有关的异常现象 我们称之为地震前兆 Seismic precursor 现象 通常根据人的感官所能觉察的情况 将前兆现象分为微观前兆和宏观前兆两大 类 宏观前兆 动物异常 植物异常 天气异常 微观前兆 地球物理 地球化学 地下水 评估地震环境的两条基本原则 历史地震重演原则 某一地区历史上曾经发生的地震未来将在该地区重复发生 地震构造类比原则 地震构造类似的地区将发生同等强度的 地震 进行地震危险性分析的 两种基本方法 确定性方法 将未来发生的地震和具体地点的地震动均视为确定事件 给出确定的结果 概率统计方法 将未来发生的 地震和具体地点的 地震动均视为随机事件 给出概率统计结果 震级 频度关系 G R 关系 震级与相应震级地震发生次数的统计关系 即古登堡 里克特关系 以下式表述 建立地震活动的概率模型 3 砂土液化 砂土液化是饱和砂土由稳定的可承载状态变成可流动 丧失抗剪切能力的液态的现象 地 震 爆炸 波浪 机械振动 车辆行驶等动荷载均可触发饱和砂土液化 砂土颗粒骨架间的孔隙完全被水