7地震工程地质分析

第七章地震工程地质分析本章重点：场地类别的划分砂土震动液化建筑抗震设防,第一节有关地震的一些基本知识1地震的基本名词和概念震中：震源在地面上的投影点称为震中(或震中区)同时，地面上受破坏最最严重的地区叫极震区，理论上震中区和极震区是相同的，实际上由于地表局部地质条件的影响，极震区不一定是震中区震中距：在地面上，从震中到任一点沿大圆弧测量的距离称为震中距般用字母表示它可用线距离表示，也可用地心所张的角来表示,地震波：发生于震源并在地球表面和内部传播的弹性波称为地震波。波传播时所经的路径称为地震射线地震烈度、烈度表、等震线；按一定的宏观标准，表示地震对地面影响和破坏程度的一种量度，称为烈度，通常用字母表示。按烈度值的大小排列成表，称为烈度表，我国使用12度烈表将地面上等烈度的点联成线，称为等震线震级：按一定的微观标准，表示地震能量大小的一种量度，通常用字母M表示它是反映次地震从震源中释放出来的能量多少.震源：地球内部发生地震的地方称为震源(或称震源区)理论上将震源看成一个点(图1011)，而实际上是一个区震源深度：将震源看作一个点，此点到地面的垂直距离称为震源深度，般用字母h表示,2地震类型与地震成因地震类型与地震成因地震类型(1)按地震成因分构造地震：由于地壳运动而造成的地震称为构造地震全球90%以上的天然地震都是构造地震火山地震：由于火山作用喷发、气体爆炸等，引起的地震称为火山地震占全球发生地震数的7陷落地震：由于地层陷落如岩溶地形，矿坑下塌等，引起的地震称为陷落地震占总数的3%,(2)按震源深度分：浅源地震：震源深度小于60km的天然地震称为浅震，大多数地震都为浅源地震中源地震：震源深度在60-300km之间的地震称为中源地震深源地震：震源深度大于300km的地震称为深源地震目前巳记录到的震源深度有700km深的地震。(3)按震中距分：地方震：震中距小于lOOkm的地震近震：震中距小于1000km的地震远震：震中距大于1000km的地震,(4)按震级分：弱震：M3的地震有感地震：3M45的地震中强震：45M6的地震强震：M6的地震。地震成因由于全球地震的90%都属于构造地震，所以这里所指的地震成因就是构造地震成因关于地震的成因，目前还处于探索阶段，人们提出了很多假说如弹性回跳说，粘滑说、相变说、温度应力说、地幔对流说、地质力学说各种学说都从某个角度解释不同类型的地震近年来，人们把注意力比较集中于板块构造运动的机制和地震的关系上,下面简单说明一下用板块构造理论解释地震成因由地幔对流学说导致了板块构造学说的发展。地幔对流说认为：由于地下放射性元素的衰变和地下岩石物化性质的改变，积累了巨大的热能，使物质具有可塑性和流动性热物质上升，冷物质下降热对流必然伴随重力分异，即重的下降，轻的上升这样便引起地壳升降、挤压、褶皱这个过程是漫长而缓慢的由于对流作用在时间上和空间上是不连续的，使得构造运动的活跃期和宁静期相间出现，且宁静期长这样地幔对板块构造说的发展有促进作用，使板块学说能较好地解释一些现象岩石圈(地壳加上地幔最顶部的刚性固体层)是由许多漂浮在地幔软流层之上的板块构成的上升流造成洋中脊和大陆裂谷圈分裂；下降流造成碰撞带岩石圈的府冲和消失，使板块不停地运动着相邻板块相向而行，互相碰撞。碰撞带就是地震的源地,第二节地震危险性分析1潜在震源的划分活断层法有些地区断层外露，历次地震集中于板块边界或断层上，可采用此法。(1)点源：历史地震集中在某小区域内，但又无明显的断层存在。火山地震就是这类震源的例子。(2)线源：构造结构显露于地表，而历史地震又集中在已知断层周围。(3)面源：历史地震发生在某一区域，但与该地区的已知断层或构造结构无明显相关，或者该地区分布很多小断层(4)背景源：其它一些零星历史地震，和任何断层构造毫不相关，则可把除上述三种震源以外的地区作为背景源。,构造区法有些地区，由于地震和断层活动惭赃，因而缺少地质和历史证据。这类地区覆盖层较厚，断层位置难于发现，美国东部就属于这类地区，这时可用构造区法，在构造区内地震的活动性是均匀的。由于缺乏资料和没有一个通用的勾画原则，此时往往综合专家的意见。,2震级频度的关系统计震级频度关系的目的是要确定各震源不同大小地震的平均发生率。目前的主要方法是采用Gutenberg和Richter公式N(mi)为大于等于震级mi的地震数；,为回归常数;,3地震动衰减规律地震时震源产生的地震动，以体波和面波形式向外传播，随着传播距离的增大，运动强度逐渐衰减。目前地震衰减规律大多数是根据历史数据进行回归的经验方法。在衰减规律中有直接用地震动参数（主要是峰值加速度ap，也有用峰值速度和峰值位移的），也有用烈度Is来表示的，然后用烈度Is和峰值加速度ap的关系折算4破裂长度与震级的关系破裂长度与震级关系在地震危险性分析中占有重要的地位。一般都采用统计关系，但有的用地震断层长度；有的用余震区的最大尺度，有的用破坏区的轴线长度等，统计关系如下式中a,b为统计系数,5计算地震对场地的影响如前所述，通常用峰值加速度ap来表征地震对场地的影响。在这一步骤中，要综合前述信息，给出场地周围各震源的影响下，场地内出现不同峰值加速度ap的平均年发生率或重现期；需要计算场地在使用期内超过某峰值加速度a的概率（危险率）；对较大区域，还需作出给定危险率条件下的等加速度图。,第三节场地类别与砂土震动液化1场地类别由于建筑物的种类不一样，抗震的要求也不一样，我国建筑抗震设计规范GD1189根据建筑的重要性将其划分为如下四类；甲类建筑特殊要求的建筑，如遇地震破坏会导致严重后果的建筑等，必须经国家规定的批准权限批准乙类建筑国家重点抗震城市的生命线工程的建筑；丙类建筑甲、乙。丁类以外的建筑；丁类建筑次要的建筑，如遇地震破坏不易造成人员伤亡和较大经济损失的建筑等,2砂土震动液化液化将任何物质转变为液态的作用和过程。在无粘性土中，这种转变是因为空隙压力增加和有效压力减少所导致的从固态到液态的转变,第四节地震小区划1场地震害预测场地震害一般包括在未来地震作用下场地上所出现的一系列灾害现象；如砂土震动液化；地震滑坡、崩塌；地裂缝、活动层的活动；黄土震陷等。对这一系列可能出现的次生灾害采用工程地质分析法，定量、半定量评价计算法等预测它们的震害程度，然后用一系列图件勾绘出来。最后按一定的灾害程度优先顺序将这些灾害综合在一起，形成一张场地震害预测图。但这种方法的不足之处是，在同一小区内如果存在两种以上的灾害，往往是灾害程度优先者掩盖了其它灾害的信息。如果不按优先排序，则这张图线条纵横交错，无法辩认。为此，作者曾采用模糊信息分析法研究了兰州、西安的综合地质灾害程度，并编制了场地震害预测图，其中采用小网络信息落影原则，较好地解决了此问题。关于单个场地震害(如地裂缝、地面沉降、滑坡、泥石流、岩溶、砂土液化等)的工程地质分析或计算，我们已在前面章节有较详细的叙述，在此不必赘述,2土层地震动反应计算土层地震反应计算目前国际上广泛采用剪切质点系模型法和有限元法。前者适应于水平土层的一维地震反应分析计算。后者适应于倾斜基岩或凹凸不平的复杂地形，或土坝的地震动反映计算。,第五节建筑抗震设防1抗震设防的目标抗震设防目标按以下三个水准考虑：(1)第一水准烈度：根据地震危险性分析的结果，50年内超越概率为63尹d的地震烈度为众值烈度，比基本烈度约低一度半，规范取为第一水准烈度。(2)第二水准烈度：50年内超越概率约10尹d的烈度大体相当于现行地震区划图规定的基本烈度，规范取为第二水准烈度(3)第三水准烈度：50年超越概率2白3尹d的烈度可作为罕遇地震的概率水准，规范取为第三水准烈度，当基本烈度6度时取为7度强，7度时取为8度强，8度时取为9度弱，9度时取为9度强。,与各烈度水准相应的抗震设防目标是：般情况下(不是所有情况下)，遭遇第一水准烈度(众值烈度)时，建筑处于正常使用状态，从结构抗震分析角度，可以视为弹性体系，采用弹性反应谱进行弹性分析；遭遇第二水准烈度(基本烈度)时，结构进入非弹性工作阶段，但非弹性变形或结构体系的损坏控制在可修复的范围；遭遇第三水准烈度(预估的罕遇地震)时，结构有较大的非弹性变形，但应控制在规定的范围内，以免倒塌,2与烈度有关的两个定量指标(1)地震系数K在工程界比较普遍地认为地震对结构的影响主要取决于地面运动的最大加速度并且由于地震作用是一种惯性力，加速度这个量便于与荷载的计算联系起来，因此开始采用加速度作为烈度的标准为简单起见，烈度指标用地震系数：k为地震系数；amax是地面运动最大加速度，g为重力加速度，,(2)动力系数动力系数是单点弹性结构体系质点的最大加速度与地面最大加速度的比值-动力系数Amax-单质点弹性结构体系质点的最大加速度Amax-地面最大加速度,3建筑结构的影响系数确定在建筑物水平或竖向地震作用的计算中，都要涉及到地震影响系数aa的求取可根据近震、远震、场地类别和结构自振周期按图1051确定，图中amax可按表10.52确定，图中的Tg按表1053确定,习题:1名词解释：震级,烈度,砂土液化，地震危险性分析，超越概率，反应谱2简述场地类别分类砂土液化的机理和危害地震危险性分析的原理3计算砂土液化的液化势及危害性评定地震反映谱的计算,使用教材l工程地质与水文地质，王家鼎、惠泱河编著