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=3,2-4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13km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VP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MLOGAA：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logE=4.8+1.5M8、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，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(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、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4、我国现代地壳垂直形变与地震活动的相关性 中国大陆垂直形变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。
三、震源机制和震源参数1、震源机制：地震发生的物理过程可以通过多个地震台的地震记录图来确定主要依据初到P波的方向1313单力偶双力偶2、震源参数 ：反映震源断层的一些特征量或物理量 包括：断层走向、倾向、倾角、断层错动方向、震源断层长度、宽度、断层错距、震源应力方向等 求解：（1）震源机制求解（2）等震线的几何特征（3）根据经验公式，据震级等计算断层长度、错距（4）根据地震前后大地变形推求断层位量、方向、错距、类型等 第三节 地震效应 地震效应：地震作用影响所及的范围内，地表出现的各种震害和破坏取决于三。