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1、工程地质学工程地质学 ENGINEERING GEOLOGYENGINEERING GEOLOGY 主讲人：刘岁海主讲人：刘岁海 lecturerlecturer：Liu SuihaiLiu Suihai 地震工程地质研究 概述 地震基础知识 地震效应 场地工程地质条件对震害的影响 震区抗震原则及措施 主要内容 第一节 概述 地震：在地壳表层，因弹性波传播所引起的振 动作用或现象。 分类 构造地震 火山地震 陷落地震 诱发地震 按成因分类 浅源地震：0300 km 占4%，最深达720km 震源深度 大地震 ： M =7级 强烈破坏地震 中地震： 7M=5 破坏性地震 小地震： 5M=3, 2
2、-4级有感地震 微地震： 3M=1 超地震： M=7级的地震 12次。 我国地震分布以西南、西北、华北、东南沿海和台湾省区破坏 性地震最多。其中台湾尤甚，大震多，频度高；新疆和西藏次之。 若以地震烈度6度为轻微以上破坏性标准，我国约575万平方公 里属于轻微以上破坏区，其中，宁夏、兰州、海口、北京、太原、 大同、西安、昆明、天津、呼市、汕头位于8度区。 一次6级地震可释放61020尔格的能量，大致相当于 3040万吨TNT炸药的巨大爆炸，7级地震可释放21022尔 格的能量，8级地震可释放61026尔格的能量。可见地震 释放能量之大。而且绝大部分能量为集中释放，于数秒种 内完成 。 因此，地震
3、灾害的猝发性和惨重性往往给人类生命以 极大威胁，造成经济财产巨大损失。 据美国联邦政府统计，仅二十世纪以来，全世界就有12O余万 人遇难于地震灾害；五十年代以来，全球破坏性地震造成的经济损 失已逾 2000亿美元。 地震灾害是最重要的自然灾害之一。中国的地震灾害又居世界 之首。 在我国历史记载中，1556年陕西华县地震8级死亡人口达 83万 ；1920年宁夏海原地震死亡人数也超过20万。令人痛心的1976年唐 山地震7.9级，死亡24.2万多人，工业城市毁于一旦，直接经济损 失100亿元，为世界地震史所罕见。还有66年的邢台地震，70年通 海地震，75年海城地震。（我国这些地震震源深都在13k
4、m左右）。 19002008年世界各国地震死亡人数直方图 (南投集集镇) 地震引起大坝破坏(台中石岗) 地震引起大坝破坏(台中石岗) 地震引起埠 丰桥断裂， 河床抬高8m, 形成叠水 ( 石岗) 2010年4月14日7时49分，青海省玉树藏族自治州玉树县发生 7.1级地震(北纬33.1，东经96.7)，震源深度33km，9时25分又 发生6.3级余震(北纬33.2，东经96.6)，震源深度30km。 发震断裂为乌兰乌拉湖玉树第四纪活动断裂，具反扭压性活 动特征，以反扭走滑为主、挤压为辅。断裂带走向310325， 呈左旋逆冲特征，可见最大垂向位移57厘米，水平位移30厘米。在 主破裂旁侧发育斜交
5、的分支张裂缝，在地表断裂附近的禅古村房屋 全部成为废墟。 发震背景为印度板块向亚洲板块俯冲，导致地壳物质东向挤出 ，沿活动断裂滑移，在特定构造部位造成应力集中、能量积累，最 终突然释放而发生地震。 青海玉树Ms7.1级地震 2013 年4 月20 日芦山7.0 级地震, 简称芦山地震, 是继 2008 年汶川8.0 级特大地震近5年后又一次破坏性地震, 震中位于 青藏高原中东部巴颜喀拉块体与华南块体相互碰撞、挤压的边界带 龙门山推覆构造带南段芦山县境内。 四川芦山 7.0 级强震 芦山地震区活动断层与余震分布图 第二节 地震基础知识 一、几个概念 1、震源：地震发源地（能量E、深度H） 2、震
6、中 3、震中距 4、震源深度 5、地震区（烈度6度区）； 6、地震波：质点振动，弹性波，能量传播， 产生振动（地震力），破坏源动力，信息载体，透、反、折射传播。 体波：通过地球本体传播的波 面波：体波经过反射、折射后， 在介质的界面或自由面（如地 面）传播 纵波（P）：压缩波，对应于介质体应变，三维扩散 横波（S：剪切波，对应于切应变，二维扩散，破 坏性最大 体波 瑞利波（R）：质点在XZ面上椭圆滚动前进 勒夫波（Q）：质点在XY面上曲线前进 面波（L ） 振幅A 周期T 波长 波速V P波 最小 最短 最短 最快 S波 大 长 长 慢 R波、Q波 最大 最长 最长 最慢 地面为自由界面，建筑
7、物位于其上，该面只存在面波 ，它对建筑的基础破坏性大；体波对建筑破坏性最大，P 波能量最大，S波及L波波长大，使建筑慌动最大。 地震部门最关心P、S波。 一般情况下 ， 一般地震表面 秒，对建筑界面，P波先到达，然后 是S波，最后L波。 7、震级（M）：是衡量地震本身大小的尺度，由地 震所释放出来的能量大小所决定。 MLOGA A：距震中100公里处标准地震仪在地面所记录 的地震波最大振幅。（微米） 标准地震仪：自振周期0.8秒，阻尼比0.8，最 大静力放大倍率为2800。 能量E（J）与震级（M)关系 ： 理论上M无上限。实际上，因地壳岩石强度有限，即累积 应变能有限，目前最大M为8.9级。
8、 logE=4.8+1.5M 8、烈度：一次地震于某地地面震动强烈程度。 与地震释放的能量大小、震源深度、震中距、震域介 质条件有关。 一次地震只有一个M，但有不同I。震中烈度用I0表示 。震源深度和震中距越小，地表岩土越软弱，地震烈度越 大。 浅源地震（据152次大震统计）震级与烈度的关系： M=0.68I0+0.98 中国地震局发布汶川8.0级地震烈度分布图 烈度是估算灾情，进行区划，抗震设计的直接依据。 震害大小取决于地震破坏力和地物本身抗震性两方面，烈度划 分以两方面作为标准。 目前全世界均是以一次地震造成一个地区的宏观震害（如房屋 倒塌程度等），同时引入地震加速度等物理指标作为参考，
9、划分烈 度。 国际上有数十种划分标准，我国是国家地震局制定的标准，根 据一个地区某一地震及代表性地质条件（一般二类土层）建筑破坏 情况划分烈度。 根据人的感觉、房屋及器物地物震害程度，加速度和速度（参 考）等，划分为12级。 烈 度 人的感觉一般房屋 其它现象参考物理指标 大多数房屋 震害程度 平均震害 指数 加速度/ （CM/S2 ）（水 平向） 速度/（CM/S ）（水平向 ） I无感 II室内个别静止中的人感觉 III室内少数静止中的人感觉 门、窗轻微作悬挂物微动 IV 室内多数人感觉，少数人 梦中惊醒 门窗作响 悬挂物明显摆动，器皿作响 V室内普遍感觉，室外多数 人感觉，多数人梦中惊醒
10、 门窗、屋顶、屋架颤 动作响，灰土掉落，抹 灰出现微细裂缝 不稳定器翻倒31 （2244） 3 （24） VI惊慌失措，仓惶逃出损坏个别砖瓦 掉落、墙体微细裂 缝 00.10河岸和松软土上出现裂缝，饱和 砂层出现喷砂冒水，地面上有的 砖烟囱轻度裂缝、掉头 63 （4589） 6 （59） VII大数多人仓惶逃出 轻度破坏局部破坏 、开裂，但不防碍使用 0.110.30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 125 (90177) 13 (1018) VIII摇晃颠簸，行走困难中等破坏结构 受损，需要修理 0.310.50干硬土上变有裂缝，大多数砖囱 严重破坏 250
11、 (178353) 25 (1935) IX坐立不稳，行动的人可能 摔跤 严重破坏墙体龟裂 ，局部倒塌，修复困难 0.510.70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 500 (354707) 25 (1935) X 骑自行车的人会摔倒，处不稳状 态的人会摔出几尺远，有抛起感 倒塌大部倒塌 ，不堪修复 0.710.90山崩和地震断裂出现，基岩上的 拱桥破坏，大多数烟囱从根部破 坏 1000 (7081414) 100 (72141) XI毁灭0.911.00地震断裂延续很长，山崩常见， 基岩上的拱桥 XII地面剧烈变化，山河改观 （1）、地震基本烈度（I基）：一
12、定时间和一定地区范围内一般场地条 件下可能遭遇的最大烈度。一个地区的平均烈度。 （2）、场地烈度（I场）：同一I基区，场地条件不同而进一步划分，对 I基修正。 （3）、设防烈度（设计烈度）（I设） ：是抗震设计所采用的烈度。 依建筑物重要性、抗震性、经济性、对I基调整。原则上一般建筑用I基， 重要建筑适当提高。设计部门很少用I场。V度区不设防。 二、地震地质基本特征 1、介质条件 坚硬岩石 2、结构条件 活断层的一些特定部位 3、构造应力条件 现代构造运动强烈的部位 4、强震活动受活动构造的控制 5、绝大多数强震发生在一些稳定断块边缘的深大断裂带上，而稳 定断块内部很少或基本没有强震分布 6、
13、裂谷型的断陷盆地尤其是晚第三纪、第四纪新生盆地也常发生 强震 世界范围内的主要地震带及其形成的大地构造环境 1、环太平洋地震带 是世界上最大的地震带，在狭窄条带内震中密度也最 大，全世界约80的浅源地震、90的中源地震和几乎全 部深源地震集中于此带，释放的能量约为全世界地震释放 能量的80。很早以前就已经知道，此带的震源深度有自 岛孤外线的深海沟向大陆内部逐步加深的规律，并解释为 大陆与大洋之间的一条倾向大陆的大断裂面。 2、地中海喜马拉雅地震带或欧亚地震带 仅次于环太平洋地震带的第二大地震带，震中分布较 前者为分散，所以带的宽度大且有分支。以浅源地震为主 ，中源地震在帕米尔、喜马拉雅地区有所
14、分布，深源地震 主要分布于印尼岛弧。环太平洋地震带以外的几乎所有深 源、中源和大的浅源地震均发生于此带，释放能量约占全 球地震能量的15。 3、大洋海岭地震带 主要呈线状分布于各大洋的接近中部。这一地 震带远离大陆，多为强震，以前未被人注意，60年 代以前不把它作为一个地震带，海底扩张和板块构 造的发展使人们注意到这一地震带。这一带的所有 地震均产生于岩石圈内，震源深度小于30 km，震 级除少数例外均不超5级。 我国地震地质的基本特征 1、我国强震空间分布及地震区带划分 我国大于6级的强震的空间分布极不均匀，大致以105 度为界。西部地震广泛分布，东部地震相对稀少，震级均 未达到8级。在上述
15、两地震区域内强震分布也是极不均匀 的，东部分布于华北及东南沿海一带，而西部分布面积大 ，但塔里木、准噶尔和鄂尔多斯盆地等则地震分布较为零 星。 2 、我国强震发生的地质条件 (1)、强震与活动断裂带的关系 不同方向的断裂的交汇部位 活动性深大断裂的转折部位 活动性深大断裂的端部或其它锁闭段 (2)、强震与断陷盆地的关系 倾斜断陷盆地的较深、较陡一侧活动断裂的最大断距段上 ； 两盆地间或盆地内部由横向断裂控制的横向隆起带两侧； 断陷盆地的锐角尖端，或断陷盆地带内多组断裂交汇部位 ； 受不同方向多组断裂控制，内部构造又比较强烈的复合盆 地的次级凹陷带上，如1966年邢台地震。 (3)、强震产生的深部构造条件 我国大陆板内地震多发生在地壳内10-25km深处，在我国西部 还发生在地壳内31-37km。由此可见，地壳深
