第一章 地震概述

1、抗规抗规1.0.2条条 抗震设防烈度为抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。必须进行抗震设计。第一章 地震概述o1.1 地震与地震动地震与地震动o1.2 1.2 地震震级与地震烈度地震震级与地震烈度o1.3 1.3 地震灾害概说地震灾害概说主要内容 本章要点本章要点 掌握：掌握：地震的含义、地震的类型；地震波的类型、地震的含义、地震的类型；地震波的类型、 震级震级的含义；地震烈度、基本烈度和设防烈度的异同的含义；地震烈度、基本烈度和设防烈度的异同 了解：了解：我国及世界的地震活动性；地震震害我国及世界的地震活动性；地震震害1.11.1地震与地震动地震与地震动

2、地球断面地球断面地球构造图地球构造图古登堡界面古登堡界面分层结构分层结构地球是一个近似于球体的椭球体，平均半径约地球是一个近似于球体的椭球体，平均半径约6400km，赤道半径约赤道半径约6 378km，两极半径约，两极半径约6357km。地球内部可分为三。地球内部可分为三大部分：大部分：地壳地壳、地幔地幔和和地核地核。一、地球构造一、地球构造地壳地壳（1）地壳界限：地壳界限：地球外表面的一层很薄的外壳，它由各种不地球外表面的一层很薄的外壳，它由各种不均匀的岩石组成。地壳的下界称为莫霍界面。均匀的岩石组成。地壳的下界称为莫霍界面。（2）地壳厚度：地壳厚度：大陆内一般厚大陆内一般厚1640km，高

3、山地区厚度更，高山地区厚度更大。海洋下面厚度最小，一般为大。海洋下面厚度最小，一般为515km。（3）地震多发区域：地震多发区域：绝大部分发生在地壳内。绝大部分发生在地壳内。 地壳剖面地壳剖面图图1.3（C）地核地核 地幔地幔 1)1) 地核古登堡界面以下直到地心的部分为地核古登堡界面以下直到地心的部分为地核地核，地核半，地核半径约为径约为3500km3500km又可分为外核和内核。又可分为外核和内核。2)2) 地核的物质成分，据推测主要为高温（地核的物质成分，据推测主要为高温（50005000度）高压度）高压（300300万大气压）的镍和铁。万大气压）的镍和铁。外核处于液态，而内核可外核处于

4、液态，而内核可能是固态。能是固态。 1) 地幔界定地幔界定：地壳以下到深度约：地壳以下到深度约2895km的古登堡界面为止的的古登堡界面为止的部分为地幔，约占地球体积的部分为地幔，约占地球体积的56。2) 地幔组成地幔组成：由密度较大的黑色橄榄岩等高温（：由密度较大的黑色橄榄岩等高温（1000度以上）度以上）高压（高压（9000大气压）岩石组成。大气压）岩石组成。3)3) 地幔物质根据推算形态应为地幔物质根据推算形态应为粘弹性体粘弹性体（能传播横波）。（能传播横波）。 o 地震分类地震分类 诱发地震诱发地震原因：人工爆破；矿山开采；工程活动原因：人工爆破；矿山开采；工程活动 影响：一般不太强烈

5、，个别情况会造成严重的地震灾害影响：一般不太强烈，个别情况会造成严重的地震灾害构造地震构造地震火山地震火山地震原因：地壳构造运动原因：地壳构造运动影响：发生数量大、影响范围广影响：发生数量大、影响范围广 ( (占地震总数约占地震总数约9090) ) 工程地震的主工程地震的主要研究对象要研究对象原因：火山爆发原因：火山爆发 二、地震类型与成因二、地震类型与成因天然地震天然地震原因：地表或地下岩层突然大规原因：地表或地下岩层突然大规模陷落或崩塌而造成的地震模陷落或崩塌而造成的地震 陷落地震陷落地震o 构造地震成因构造地震成因地球构成：地球构成：三个圈层：地壳三个圈层：地壳 、地幔、地幔 、地核、地

6、核 地幔物质对流地幔物质对流板块构造运动板块构造运动(根本原因根本原因)地震地震地震形成的宏观背景地震形成的宏观背景：图图 板块分布图板块分布图图图 地球构成地球构成92%的地的地震发生在震发生在地壳中，地壳中， 其余的发其余的发生在地幔生在地幔上部上部地震的形成：地震的形成：a、岩层的原始状态、岩层的原始状态b、受力发生弯曲、受力发生弯曲c、岩层破裂发生震动、岩层破裂发生震动地震形成的局部机制：地震形成的局部机制：地球板块运动地球板块运动 板块之间的相互作用力板块之间的相互作用力 地壳中岩层变形地壳中岩层变形 变形积聚超过岩石所能承受的程度变形积聚超过岩石所能承受的程度 岩体就会发生突然断裂

7、或错动岩体就会发生突然断裂或错动 地震地震 震源震源：地球内部断层错动并引地球内部断层错动并引 起周围介质振动的部位起周围介质振动的部位 震中震中：震源正上方的地面位置震源正上方的地面位置 震中距震中距：地面某处至震中的水平距离地面某处至震中的水平距离 震源震源深度震 中等震线震中距定义：定义：震源深度震源深度: 从震中到震源的距离从震中到震源的距离 震源深度在震源深度在70公里以内的地震为浅源地震公里以内的地震为浅源地震震源深度超过震源深度超过300公里的地震叫深源地震公里的地震叫深源地震震源深度介于震源深度介于70-300公里之间的地震为中源地震公里之间的地震为中源地震震中距小于震中距小于

8、100公里称为地方震公里称为地方震震中距在震中距在100公里公里-1000公里的称为近震公里的称为近震震中距超过震中距超过1000公里的称为远震公里的称为远震三、地震波三、地震波地震波地震波：地下岩体断裂，错动产生振动，并以波的形式从震源向外传播，地下岩体断裂，错动产生振动，并以波的形式从震源向外传播， 形成地震波形成地震波 地震波的组成：地震波的组成：体波体波：在地球内部在地球内部 传播的波传播的波 面波面波：沿地球表面沿地球表面 传播的波传播的波 纵波纵波( (压缩波压缩波) )横波横波( (剪切波剪切波) )乐夫波乐夫波瑞雷波瑞雷波面波周期长，振幅大；比体波衰减慢，能传到很远的地方面波周

9、期长，振幅大；比体波衰减慢，能传到很远的地方瑞雷波乐夫波压缩波剪切波横波周期较长，振幅较大横波周期较长，振幅较大地震波的传播速度：地震波的传播速度： 纵波横波面波纵波横波面波横波、面波横波、面波地面震动猛烈地面震动猛烈破坏作用大破坏作用大地震波在传播过程中能量衰减地震波在传播过程中能量衰减地面振动减弱地面振动减弱 破坏作用逐渐减轻破坏作用逐渐减轻 四、地震动四、地震动 地震动地震动：由地震波传播所引发的地面振动，其中，在震中区附近的地震动由地震波传播所引发的地面振动，其中，在震中区附近的地震动 称为近场地震动称为近场地震动 。地面上任一点的振动过程实际上包括各种类型地震波的综合作用地面上任一点

10、的振动过程实际上包括各种类型地震波的综合作用 最大振幅最大振幅 地震动的强度特性地震动的强度特性 定量反映定量反映频频 谱谱 地震动的周期分布特征地震动的周期分布特征 揭揭 示示持持 时时 地震动循环作用程度的强弱地震动循环作用程度的强弱 地震动的三要素地震动的三要素 ：地震动的峰值地震动的峰值（最大振幅）、（最大振幅）、频谱频谱、持续时间持续时间考考 察察o 思考题请思考：图中的两座建筑在经历不同周期特点的地震作用下，请思考：图中的两座建筑在经历不同周期特点的地震作用下， 那座建筑更易破坏？那座建筑更易破坏？? ?1.21.2地震震级与地震烈度地震震级与地震烈度一、地震震级一、地震震级地震震

11、级地震震级 ：表示地震本身大小的一种度量表示地震本身大小的一种度量近震震级近震震级M计算计算 ：M=logA+R(M=logA+R() ) 震级震级M与震源释放能量之间的关系与震源释放能量之间的关系 ：又称为里氏震级又称为里氏震级 式中式中 AA记录图上量得的以记录图上量得的以 m m为单位的最大水平位移；为单位的最大水平位移； R R（）依震中距依震中距而变化的起算函数。而变化的起算函数。logElogE=1.5M+11.8=1.5M+11.8其数值是根据地震仪记录到的地震波图确定的其数值是根据地震仪记录到的地震波图确定的二、地震烈度二、地震烈度 地震烈度地震烈度：是指某一区域的地表和各类建

12、筑物遭受某一次地震影响是指某一区域的地表和各类建筑物遭受某一次地震影响 的平均强弱程度的平均强弱程度 一般来说，距离震中近，烈度就高；距离震中越远，烈度也越低一般来说，距离震中近，烈度就高；距离震中越远，烈度也越低 等烈度线等烈度线：具有相同烈度的各个地点的外包线：具有相同烈度的各个地点的外包线等烈度线的度数随震中距的增大而递减等烈度线的度数随震中距的增大而递减 ，但有时会出现烈度异常但有时会出现烈度异常 震中烈度震中烈度：震中区的烈度称为震中烈度：震中区的烈度称为震中烈度 依据震级粗略地估算震中烈度的方法依据震级粗略地估算震中烈度的方法 I地震烈度表：为评定地震烈度而建立起来的标准地震烈度表

13、：为评定地震烈度而建立起来的标准213MI 为震中烈度为震中烈度 ，无感无感 1室内个别静止中的人室内个别静止中的人感觉感觉 2悬挂物微动悬挂物微动门、窗轻微作响门、窗轻微作响室内少数静止中的人室内少数静止中的人感觉感觉 3悬挂物明显摆动，器皿作响悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响门、窗作响室内多数人感觉。室室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数外少数人感觉。少数人梦中惊醒人梦中惊醒 43（2-4）31（22-44）不稳定器物翻倒不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝出现微细裂缝室内普遍感觉。室外室内普遍感觉。室外多数人感觉。多

14、数人多数人感觉。多数人梦中惊醒梦中惊醒 56（5-9）63（45-89）河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头损坏损坏个别砖瓦掉落、个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝墙体微细裂缝惊惶失措，仓皇逃出惊惶失措，仓皇逃出 613（10-18）125（90-177）河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏轻度破坏轻度破坏局部破坏局部破坏开裂，但不妨碍使用开裂，但不妨碍使用大多数人仓皇逃出大多数人

15、仓皇逃出 725(19-35)250(178-353)干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏中等破坏中等破坏结构受损，结构受损，需要修理需要修理摇晃颠簸，行走困难摇晃颠簸，行走困难 850(36-71)500(354-707)干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌严重破坏严重破坏墙体龟裂，墙体龟裂，局部倒塌，修复困难局部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人坐立不稳。行动的人可能摔跤可能摔跤 9100(72-141)1000(708-1414)山

16、崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁多数砖烟囱从根部破坏或倒毁倒塌倒塌大部倒塌，不大部倒塌，不堪修复堪修复骑自行车的人会摔倒。骑自行车的人会摔倒。处不稳状态的人会摔处不稳状态的人会摔出几尺远。有抛起感出几尺远。有抛起感 10地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏毁坏毁灭毁灭11地面剧烈变化，山河改观地面剧烈变化，山河改观12个别：个别：10%以下以下少数：少数：10%50%多数：多数：50%70%大多数：大多数：70%90%普遍：普遍：90%以上以上速度速度加速度加速度 其它现象其

17、它现象 一般房屋一般房屋 人的感觉人的感觉烈烈度度2/smmsmm/ 区别：地震烈度区别：地震烈度 与与 震级震级 一次地震，表示地震大小的震级只有一个一次地震，表示地震大小的震级只有一个 由于同一次地震对不同地点的影响不一样，由于同一次地震对不同地点的影响不一样， 随着距离震中的远近会出现多种不同的烈度随着距离震中的远近会出现多种不同的烈度 三、基本烈度与地震区划三、基本烈度与地震区划 基本烈度基本烈度：指一个地区在：指一个地区在一定时期一定时期（我国取（我国取5050年）内在年）内在一般一般 场地条件场地条件下按下按一定的概率一定的概率（我国取（我国取10%10%）可能遭遇）可能遭遇 到的

18、到的最大最大地震烈度地震烈度 一个地区进行抗震设防的依据一个地区进行抗震设防的依据 地震区划：地震区划： 依据依据地质构造资料地质构造资料 历史地震规律历史地震规律 强震观测资料强震观测资料 地震危险性分析地震危险性分析 计算给出每一地区在未来一定计算给出每一地区在未来一定时限内关于某一烈度（或地震时限内关于某一烈度（或地震动加速度值）的超越概率动加速度值）的超越概率 将国土划分为不同基本烈度所覆盖的区域将国土划分为不同基本烈度所覆盖的区域 返回目录返回目录地震区划已经可以给出地震动参数的区划结果地震区划已经可以给出地震动参数的区划结果1.31.3地震灾害概说地震灾害概说一、中国地震背景一、中

19、国地震背景全球两大地震构造系全球两大地震构造系 环太平洋地震构造系环太平洋地震构造系 集中了全世界集中了全世界 地震总数的地震总数的75%75%大陆地震构造系大陆地震构造系 集中了全球大陆集中了全球大陆 地震的地震的90% 90% o 我国位于世界两大地我国位于世界两大地 震构造系的交汇区域震构造系的交汇区域o 历史上就是地震多发历史上就是地震多发 的国家之一。的国家之一。 二、地震的破坏作用二、地震的破坏作用地震的破坏作用主要表现为三种形式地震的破坏作用主要表现为三种形式 ：图图 台湾地震时地表出现台湾地震时地表出现长达长达1公里的地表裂缝公里的地表裂缝图图 20022002年年2 2月月3

20、 3日上午约日上午约9 9时时1111分，土耳其中部分，土耳其中部阿菲阿菲翁省，翁省，发生发生里氏里氏6.06.0级级地震，地震，大量房屋倒塌。大量房屋倒塌。图图 19951995年年1 1月月1717日，清晨日，清晨5 5点点4646分，在神户东南的兵库县淡路分，在神户东南的兵库县淡路岛，发生岛，发生7.27.2级地震。由于煤气管道破裂，使煤气泄露，引起级地震。由于煤气管道破裂，使煤气泄露，引起熊熊大火，约有熊熊大火，约有200200多处多处地表破坏地表破坏建筑物的破建筑物的破坏坏次生灾害次生灾害1 1、地表破坏、地表破坏表现为：地裂缝、地面下沉、表现为：地裂缝、地面下沉、滑坡、滑坡、喷水冒

21、喷水冒 砂等形式砂等形式 地裂缝地裂缝危害：危害： 当地裂缝穿过建筑物时，会造成结构开裂直至倒塌当地裂缝穿过建筑物时，会造成结构开裂直至倒塌图图 19761976年年7 7月月2828日唐山日唐山大地震造成的地裂缝大地震造成的地裂缝地震断层错动后在地表形成的痕迹地震断层错动后在地表形成的痕迹 由于地表土质不匀及受地貌影响，由于地表土质不匀及受地貌影响，其规模较前者为小其规模较前者为小构造式地裂缝：构造式地裂缝：重力式地缝：重力式地缝：多发生在软土分布地区和矿业采空区多发生在软土分布地区和矿业采空区 危害：危害： 不均匀沉陷易引起建筑物的破坏甚至倒塌不均匀沉陷易引起建筑物的破坏甚至倒塌地面下沉地

22、面下沉20052005年年1111月月2626日九江县和日九江县和瑞昌市之间发生瑞昌市之间发生5.75.7级地震级地震滑坡滑坡在河岸、山崖、丘陵地区，地震时极易在河岸、山崖、丘陵地区，地震时极易诱发滑坡诱发滑坡 危害：危害：切断交通通道，冲毁房屋和桥梁、堵塞河流切断交通通道，冲毁房屋和桥梁、堵塞河流 图图 20032003年年5 5月月2727日日本东北日日本东北部里氏部里氏7 7级地震在宫城县筑馆级地震在宫城县筑馆镇造成的一处山体滑坡镇造成的一处山体滑坡喷水冒砂喷水冒砂地面下水位较高地面下水位较高 地震波的作用地震波的作用地下水压急剧增地下水压急剧增高高 地下水经地裂缝或地下水经地裂缝或其它

23、通道喷出地面其它通道喷出地面 地表土层含有砂层或粉土层地表土层含有砂层或粉土层 砂土液化甚至砂土液化甚至出现喷水冒砂出现喷水冒砂 图图 20012001年昆仑山大年昆仑山大地震时在库塞湖畔的喷地震时在库塞湖畔的喷水冒砂水冒砂危害：危害： 液化可以造成建筑物倾斜与倒塌、埋地管网的大面积破坏液化可以造成建筑物倾斜与倒塌、埋地管网的大面积破坏 19951995年神户地年神户地震中震中 由于液化引由于液化引起地面的下沉起地面的下沉2建筑物的破坏（图）主要破坏原因主要破坏原因结构物动力破坏机制的分析，结构物动力破坏机制的分析，是结构抗震研究的重点和结构抗震设计的基础是结构抗震研究的重点和结构抗震设计的基

24、础：建筑物的破坏因地表破坏引起：建筑物的破坏因地表破坏引起：建筑物的破坏由于地震地面运动的动力作用引起：建筑物的破坏由于地震地面运动的动力作用引起静力破坏静力破坏动力破坏动力破坏两类动力破坏形式：两类动力破坏形式：主要是因为结构承重构件的抗剪、主要是因为结构承重构件的抗剪、抗弯、抗压等强度不足而形成。抗弯、抗压等强度不足而形成。如：墙体裂缝、钢筋混凝土构件开裂或酥裂如：墙体裂缝、钢筋混凝土构件开裂或酥裂 强度破坏：强度破坏：图图 承重结构强度不足承重结构强度不足强度破坏强度破坏、丧失整体性破坏丧失整体性破坏结构丧失整体性：结构丧失整体性：在在强度破坏前后，强度破坏前后，结构物一般进入弹塑性变形

25、阶段。此时，在结构物一般进入弹塑性变形阶段。此时，在强烈振动下会因为延性不足、节点连接失效、主要承重构件失强烈振动下会因为延性不足、节点连接失效、主要承重构件失稳等原因而丧失整体性，从而造成局部或整体结构的倒塌稳等原因而丧失整体性，从而造成局部或整体结构的倒塌图图 20052005年年3 3月月2020日日本福冈县以西海域日日本福冈县以西海域发生里氏发生里氏7 7级地震，结构丧失整体性级地震，结构丧失整体性图图 19881988年年1111月月6 6日，澜沧耿马发日，澜沧耿马发生生7.67.6级地震，因结构变形过大导级地震，因结构变形过大导致倒塌致倒塌地震烈度调查情况震害程度6度7度8度9度1

26、0度栋数百分比栋数百分比栋数百分比栋数百分比栋数百分比基本完好轻微损坏中等破坏严重破坏倒毁总计23021256350145.942.311.20.61002502317554361340.837.712.28.80.510022245440814914.816.136.227.55.41007351381691014501.67.830.737.523.410021923682293410.65.66.719.967.2100 我国历史强震中我国历史强震中多层砖房屋震害程度统计多层砖房屋震害程度统计(2054(2054幢幢) )地震烈度调查情况震害程度7度8度9度10度栋数百分比栋数百分比栋数

27、百分比栋数百分比基本完好轻微损坏中等破坏严重破坏倒毁总计311321915.857.915.810.510024465938817513.726.333.721.74.6100127101020701003151116456.733.324.435.6100我国历史强震中我国历史强震中单层混凝土柱工业厂房震害统计单层混凝土柱工业厂房震害统计(249(249栋栋) )3次生灾害次生灾害：地震时，水坝、煤气管道，供电线路的破坏，以及易燃、易爆、次生灾害：地震时，水坝、煤气管道，供电线路的破坏，以及易燃、易爆、有毒物质容器的破坏，均可造成水灾、火灾、空气污染等次生灾害有毒物质容器的破坏，均可造成水灾、火灾、空气污染等次生灾害 图图 1999年年9月月21日（北日（北京时间），台湾省花莲京时间），台湾省花莲西南发生西南发生7.6级地震级地震,受断受断层作用北段三跨泄洪道层作用北段三跨泄洪道断塌，造成水坝破坏。断塌，造成水坝破坏。3次生灾害1906年年 旧金山地震旧金山地震被烧毁的街区被烧毁的街区1923 关东大地震的震后火灾航拍图关东大地震的震后火灾航拍图1995 神户地震神户地震燃烧中燃烧中火灾后火灾后海啸瞬间泰国酒店浸泡在海水中 地震引起海啸1212月月2626日，印度尼西亚苏门答腊岛附近海域发生强烈地震并引发海啸。日，印度尼西亚苏门答腊岛附近海域