岩土工程专业知识（二）场地的地震效应

1、岩土工程专业知识（二）场地的地震效应1放大作用由基岩破裂或已有断层的错动产生的地震波由震源发出，以纵波与横波的形式向四方传递，传至建筑场地下的基岩后又经过土层向地面传递。地震波一经传人土层立即得到增加。哪怕地下深处不很强的震动，等传至地面后常成为相当强的震动。这就是放大效应。图2541是1968年日本东松山地震时的实测结果。由图可以看出水平加速度愈接近地表则愈大。一般说土层愈厚放大作用也愈大，有时能较基岩放大23倍。图2542表示场地放大作用使地表的地震反应谱值要高于基岩的反应谱。2共振作用场地有自己的自振周期，称为场地的特征周期。覆盖层硬而薄时特征周期短，为0102s，覆盖层松而厚时特征周期

2、长，可达0810s或更长。如果建筑物的自振周期与土的特征周期相近，两者就发生共振，使震害大为加重，图2542中地表反应谱的第二个高峰就是因共振效应造成的，即周期为15s左右的波因共振得到了极大的放大。墨西哥城1985年9月19日遭到的地震是共振效应的极好说明：地震波达到墨西哥市下的岩盘时其加速度只有004g，若按一般的覆盖层放大情况，即使达到02g，建筑物的破坏也不致太大，但不幸的是地震波、建筑物与黏土层三者恰好都具有相同的自振周期（T2s），因而发生“共振”，使建筑物的水平加速度达到惊人的l12g，造成500栋高层建筑的严重破坏或倒塌。3破坏的进行性典型硬场地反应谱如图2543中的曲线a。此

3、场地上自振周期为A的建筑物受到很大的地震力后产生局部损伤，使其自振周期增大到B，此时地震力下降，损伤不再加重，系一次性破坏。反之，软场地的反应谱如图2543中曲线b。若这种场地上的建筑物在受到对应于A点的地震力后产生局部破坏，其自振周期延长到B点，这时地震力反倒更大，使破坏进一步加重甚至倒塌，这种破坏属于进行性破坏。软地基的进行性破坏与一次性破坏相比显然更不利。【例题18】当地震波、建筑物、场地覆盖层的自振周期分别为T1、T2、T3，当三者处于（）关系时，地震对建筑物的破坏作用最大。A、T1T2T3；B、T1T2T3；C、T1D、T1T2T3；D【例题19】在一般情况下，覆盖层对地震波的作用下

4、列叙述正确的是（）。A、由于覆盖层的粘滞性质对地震波的吸能作用，地震波到达地面后其加速度值将减小；B、当场地、地震波的自振周期相近时，覆盖层对地震波的加速度具有放大作用，因此，覆盖层对地震波不具有吸能减小作用；C、覆盖层对地震波不具有吸能减小作用，也不具放大作用；D、一方面，覆盖层的粘滞性质对地震波的吸能作用使地震波加加速度幅值有减小的趋势；另一方面，当场地与地震波因共振而对地震波的加速度有放大作用；这两方面的因素的综合作用一般会使地面的加速度幅值有所放大；答案：D4能量耗散建筑物受地震后产生振动，它本身也就成为一个震源，向地基放散能量。而土则因内摩阻力等，要消耗反馈来的能量，使振动衰减，硬土

5、耗散的能量小，而软土耗散的能量多，比硬土好。5地震的次生效应地基的失稳与不均匀沉降，砂土液化，软土震陷，河岸或斜坡滑移，不均匀地基或不同荷载的基础产生的差异沉降均属此类。【例题20】地震的次生效应包括（）。A、砂土液化；B、软土震陷；C、不均匀地基因附加应力造成的不均匀沉降；D、地震造成的地基失稳；A、B、D6液化原理与危害液化是指固态物体转化为可流动液体的一种物态转变现象。地震作用下的饱和土常有振动变密的趋势，若排水能力与体积变密的趋势不相称，来不及排水以实现土体积的收缩，则土中的孔隙水压就要上升，导致土粒间的有效应力减少。当有效应力减至零时，土粒间就没有力的传递（包括自重），土骨架散开，土

6、粒悬浮于水，土体变成可流动的悬浊液，这就是地震液化（以后简称液化）。在地震烈度为9度及9度以下时，通常只有密实度不够的饱和砂土与粉土液化，但在条件合适时也不能排除其他类土（如黄土、砾石）出现液化的可能。【例题21】当地基产生液化时，关于地基土中的各种应力下列叙述正确的是（）。A、孔隙水压力为零；B、自重应力为零；C、有效应力为零；D、土粒间没有力的传递；B、C、D液化危害的类型有喷水冒砂（简称喷冒）、地基失效、侧向扩展与流滑、上浮等不同形式，最终导致建筑或结构的不均匀沉降、上浮或水平位移，其量值常达数十厘米至数米，使结构损坏、全毁或丧失使用功能。1）喷冒土液化后其有效应力（在水平土层情况下，就

7、是土的自重压力）为零，转化成孔隙水压，变成液压。这就使水压头高出地面标高，从而欲破土喷出，形成喷冒。喷冒破坏上覆土的结构，造成地下土层的水土流失，使结构不均匀下沉，淤塞水渠泵站和农田，然而它对房屋建筑而言，却是液化危害中最轻微的一种。2）上浮上浮对地下结构，如房屋的地下室、城市的地下通道、铁路和公路的隧道、地下输油管线、工业或民用的地下管线等是一种很大的威胁。4）液化侧向扩展与流滑可液化土在液化后或在液化前由于土的抗剪强度极度降低，在液化土层面倾斜时，上覆非液化土的自重在倾斜面上的分力及地震水平力的综合作用，土体可沿液化层面方向滑动。当滑动带的地面坡度小于5%时，则称为侧向扩展；大于5%时，一

8、般称为流滑。侧向扩展常见于河流的中下游及海滨以及故河道地区，常可形成自河心算起宽达100200m的滑动地裂带，对此区域内的结构造成极大危害。海城地震与唐山地震中很多桥梁即因此而产生墩台水平位移、倾斜和不均匀沉降，是造成公路桥梁震害的主要原因。对房屋建筑，这种液化震害也比单纯的地基失效造成的震害重，因为除了地面的竖向台阶式落差外，还有大量地裂与水平位移导致建筑物拉断与移位数米。唐山地震中，天津市海河故道可液化粉土的侧向位移就造成了大量建筑物的严重破坏或倒塌。因此，虽然侧向扩展造成的震害不及地基失效普遍，但它对房屋的损害程度却大大超过液化地基失效。有时大片土体的流动更使以平方公里计的城区遭到严重破

9、坏。对于坡度较大的自然边坡或人工边坡（如土坝、堤岸），由于液化导致的流滑，虽然比较少见，但其后果往往是毁灭性的。1920年宁夏海原大地震时黄土高坡的流滑使世界震惊，千百万土方急泻而下使公路推移数百米，掩埋了沿途的一切。由于场地对结构的地震反应有重要影响，故应针对具体场地和具体的地震波来探讨具体建筑物的地震反应，采用地震反应分析和地基一结构共同作用理论解出结构的反应。但由于各种不确定因素和技术经济原因，只可能对个别建筑在这方面考虑得较为深入。对于一般建筑，是通过下述途径来考虑场地的震效应的。（1）选择对抗震有利地段，避开不利的场地。（2）对不同的场地采用不同的标准的地震加速度反应谱以确定地震荷载。（3）在设计中对不良的地震效应采取对策。255地震烈度地震烈度是指某一地区地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。对于一次地震，表示地震大小的一般均用震级表示，一次地震的震级只有一个，然而由于同一次地震对不同地点的影响是不一样的，随着距震中距离的远近各地区的地震烈度是有差别的，一般来说距震中愈远，地震影响愈小，烈度就愈低；反之愈靠近震中，烈度就愈高。震中点的烈度称为“震中烈度”。对于浅源地震，震级与震中烈度大致成对应关系，如经验公式（2551）和表2551所示。M058I152551式中：M震级；I地震烈度。烈度与震级的大致关系表255