地震基本知识与建筑抗震课件

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1、地震基本原理与建筑防震,51 基本概念及研究意义 接近地球表面的岩层中弹性波传播所引起的震动称为地震。按其成因可分为构造地震、火山地震和陷落地震。 人类工程活动如采矿、水库蓄水、深井注水、地下接爆炸也可诱发地震。 构造地震是现代地壳运动所产生的一种突发事件，是地球上分布最广、数量最多、危害最为严重的地震，世界上90以上的地震和所有的强烈地震均属构造地震。,它产生于板块边缘和板块内部的活动构造带，地壳和上地幔岩石在地球内力作用下，产生构造变形积蓄应变能，一旦达到岩体强度极限，就会发生突然的剪切破裂(脆性破坏)或沿已有破裂面产生突然错动(粘滑)，积蓄的应变能就会以弹性波的形式突然释放使地壳震动而发

2、生地震。,地震前后水平位移监测结果(GPS),地震前后垂直位移监测结果(GPS),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),地震引起房屋倒塌(台中石岗),地震引起桥梁断裂(南投集集镇),地震引起稻田隆起(台中雾峰),地震引起操场隆起(台中),52 地震及地震波的基础知识 521 地震波 地震时震源释放的应变能以弹性波的形式向四面八方传播，这种弹性被就是地震波。 地震波是使建筑物在地震中破坏的原动力、也是研究地震的最主要的信息和研究地球深部 构造的有力工具。 地震波包括两种在介质内部传播的体波和两种限于界面附近传播的面波。,体波包括纵波和横波。 纵波是由

3、震源传出的压缩波，质点振动与波前进方向一致，一疏一密向前推进，它周期短、振幅小。 横波是震源向外传播的剪切波，质点振动方向与波前进方向相垂直，传播时介质体积不变但形状改变，周期较长振幅较大。因为该波是切变波，所以它不能通过对切变没有抵抗能力的液体。根据弹性理论，纵波传播速度(Vp)和横波速度(Vs),可分别以下列两式计算：,5.2.2 震源机制和震源参数 研究多个地震台的地质谱，可以确定出地震发生的物理过程或 震源物理过程，一般称为震源机制（local mechanism）。根据地震记录图，按弹性变位理论进行复杂计算，还可以求出限定震源物理过程的多个物理量，通称为震源参数（sourse par

4、ameters）。,5.2.2.1 震源机制 地下核爆破在地面所记录的P波初动都是推波，或第一相位为压缩，表明震动源的物理过程是由于爆炸引起的膨胀向周围介质施加压力。 地震波P波初动的推拉分布同样能确定出震源物理过程。根据近几十年来的大量研究证实，浅震源P波初动明显具有限象分布的特点(图5-2)。这种分布显然不同于震源点膨胀所造成的初动分布，震源处单向力的作用所产生的初动分布也不同(图5-3)，所以过去多年来一直用单向力偶震源错动模式(图5-4)来解释。图中GG和FF线为两条节线，是初动分布的转换线，其中之一两侧有力偶的为震源断层，断层产生错动时，,对于断层每一盘来说，断层错动的前进方向都会受

5、到压缩，而相反的一个方向就受到拉仲，于是就呈现如图54所示的象限分布，即这种象限型初动推拉分布是由于震源断层错动这种物理过程所造成的。所以这样求得的结果称为震源机制断层面解。后来发现，不仅P被初动是象限分布的，s波的初动分布也有如图55(b)所示的象限分布的特点。但由于s被初动难于测定，所以这一点很长时间是有争议的，直到发现由s波激起的面波(亦即勒夫波)的初动也呈象限分布才得到公认。,为使震源机制与各种波的初动分布的实际情况相符，单力偶震源机制模式必须修正为双力偶模式，两节线上力偶错动方向相反，一为左旋另一为右旋，。实测的各种波的初动分布与按此模式理论推导出的完全一致。双力偶合成的最大最小主应

6、力分别为压(P)和拉应力(T)，在垂直于中间主应力的主平面内，它的作用方向与两节线夹角平分线一致。两节线是两个最大剪应力的截面与这一平面的交线，这两个截面也就是一对共轭剪切面。其中之一为产生地震的断层。但究竟二者之中那一个是地震断层面，单靠震源机制解是不能断定的，必须根据震中区地质结构、地表错断方向和等震线的长轴方向等才能判定参见图5一10(c),5.2.2.2 震源参数 以上震源机制讨论是以点源模型为基础的。实际上震源并非一点，而是一个产生有限错动的断层面，限定一个震源断层就需要有以下七个物理量，即；(1)断层面长度(L)；(2)断层宽度(W)；(3)断层走向p；(4)断层倾向和倾角；(5)

7、断层错动方向；(6)断层错距(D)；(7)断层破裂的扩展速度。这些量统称震源参数。从震源参数、震中距离和场地条件推算地面运动，作为工程设计的依据，是目前国际上发展的方向，,5.2.3 地履震级和烈度 地震能否使某一地区建筑物受到破坏，首先取决于地震本身的大小和该建筑区距震中的远近，距震中愈远则受到的震动愈弱。所以需要有衡量地震本身大小和震动强烈程度的两个尺度，这就是震级(Magnitude，Ms)和烈度(intensity，代号I)，它们之间有一定联系，但却是两个不同的尺度，不能混淆起来。 5.2.3.1 地震震级,地震震级是表示地震本身大小的尺度，是由地震所释放出来的能量大小所决定的。释放出

8、的能量愈大则震级念大，因为一次地震释放的能量是固定的，所以无论在任何地方测定只有一个震级。 释放能量大小可根据地震波记录图的最高振幅来确定。但是由于波动远离震中要衰减，不同地震仪器的性能不同，记录的波动振幅也不同，所以必须以标准地震仪和标准震中距的记录为准。因此，按李希特一古登堡的最初定义，震级是距震中100km的标推地震仪(周期0.8s，阻尼比0.8，放大倍率2800倍)所记录的以微米表示的最大振幅震,表52 中国地震烈度表(1980),中国地震烈度表（1980）使用说用 （）烈度VI度，判定地震烈度以房屋震害为主，人的感觉仅供参考；X度应结合建筑物或构筑物的破坏程度，并根据地表现象来确定；

9、XI、XII度的评定，需要专门研究。 （）“一般房屋”在中国地震烈度表（1980）中指土构架和土、石砖墙构造的旧式房屋和单层或多层未经抗震设计的新式砖房。由于我国城市目前一般都已设防，有的乡村也开始设防，烈度表中的“一般房屋”一般已不普遍，调查中应区别设防与不设防的房屋破坏程度对烈度的反映，给出合理的烈度值。对于质量特别差或特别好的房屋，可根据具体情况，对表列各烈度的震害程度和震害指数予以提高或降低。 （）“人的感觉”指平房内或楼房低层内人的感觉。 （）表中震害指数是对上述“一般房屋”而言。“完好”为，“毁灭”为，中间按表列震害程度分级。平均震害指数是对所有房屋的震害指数的总平均值而言，可以用

10、普查或抽查的方法确定之。 （）使用本表时可根据地区具体情况，作出临时的补充规定。 （）烟囱指工业或取暖用的锅炉房烟囱。 （）表中数量词的说明：个别：以下；少数：；多数：；大多数：；普遍：以上。 （）对重要的工业设施，如桥梁、重要车间、高层建筑、巷道等，要进行专门的调查，在调查中应结合设防情况进行评估。,5.3 我国地震地质的基本特征 从震源机制的讨论中已知，地震特别是浅源地震，其产生多与断层错动有关；从大区域震源机制的研究可以确定区域构造应力场的情况这一点也可得出，地震的分布和发生与大地构造密切相关。所以，用地质学的方法探索可能发生破坏性地震的危险构造或活动断层，配合震源机制的研究判定区域构造

11、应力场和发震断层的错动机制，研究地层中存在的古地震现象，配合历史地震的研究判定古地震活动周期和震级，为地震中长期预报和地震区划提供基础地质资料，就是地震地质工作的基本任务。,5.3.1 世界范围内的主要地履带及其形成的大地构造环境 (1)环太平洋地震带 这是世界上最大的地震带，在挟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滦源地震集中于此带，译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(因514)。,（2)地中海喜马拉雅地震带或欧亚地震带 仅次

12、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。以浅源震为主，中源震在帕米尔、喜马达雅有所分布，深源震主要分布于印尼岛弧。环太平洋地震借以外的几乎所有汉源、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(图513)。,这一地震带远离大陆是多为强震，所以以前未被人注意，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才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过5级。,5.3.2 我国地震地质的基本特征 5.3.2.1 我国

13、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。在上述两地震区域内强震分布也是极不均匀的，东部域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。,5.3.2.2 我国强震发生的地质条件 1. 强震与活动断裂带的关系 （1）不同方向的断裂的交汇部位 （2）活动性深大断裂的转折部位 （3）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 （1）倾斜断陷盆地的较深、较陡一侧活动断裂的最大断距段上； （2）两盆地间或盆地内部由横向断裂控制的横向隆起带两侧

14、； （3）断陷盆地的锐角尖端，或断陷盆地带内多组断裂交汇部位；,（4）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，地壳深部构造活动和受力状态，对地震的孕育和发生，是更为直接的因素。 不同级别的断裂如盖层断裂、基底断裂、岩石圈断裂和超岩石圈断裂，层间断裂在深部的活动往往是地震发生的主要原因。,5.3.2.3 我国大陆地震活动与现代构造应力场与形变场的关系 根据大量震源机制解及地震时地表断层错动方式分析，我国广大地区主压应

15、力以近水平方向者为主。主压应力仰角小于30度者占80%以上，且以东经105为界，可区分出两大应力系统。 西部为近南北向-北北东向挤压应力场。 东部为大面积的近东西的水平挤压应力场。,活跃的岩石圈动力环境,5.3.2.4 我国现代地壳垂直形变与地震活动的相关性研究 中国大陆垂直形变的的总趋势是南升北降，最大上升量在喜马拉雅山地区，年速率达10mm左右。下降最强烈的新疆准噶尔盆地，年速率为-3到-4mm。 大致以银川-昆明一线为界，西部线条密集，等值线多呈东西或北西西走向，与主要断裂线方向一致，其地形变断裂线多由3-4条等值线组成的梯度带绘出，表明其活动强度较大。东部线条相对稀疏，等值线走向多为北

16、北东向-北东向，部分为东西向及南北向，也与构造线吻合较好。 东部地区的垂直变形大致分为三区：华南-西南区，华北区和东北区。,5.3.2.5 我国大陆板内现代运动特征 我国大陆处于欧亚大陆的东部，是一个被周围板块挤压围限的区域，影响板内变形和运动状况的边界动力环境十分复杂： （1）有印度板块与欧亚大陆在喜马拉雅一带的碰撞及向亚洲内部的继续挤压； （2）西太平洋板块向亚洲大陆的俯冲与挤压； （3）菲律宾板块向西的俯冲和在台湾一带的汇聚； （4）日本海、东海东部冲绳海槽及南海盆地的弧后局部扩张。,在周边板块碰撞或俯冲的推动下，板块之间就产生了不同形式、不同规模和速率的相互错动。大体上又可分为西部板内聚敛为主的挤压区，东部东北、华北的拉张裂陷区和东南部处于西部挤压与北部围限下整体稳定滑移区。 （1）西部挤压区 （2）东南部滑移区 （3）东及东北部张裂区,5.4 地震区划及地震危险性分析 减轻地震灾害有两种途径。 一种是地震预报，它是以地震发生前应变能积累过程