地震工程学概述.doc

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1、地震工程学概述胡聿贤先生认为地震工程学是沟通工程地震和结构抗震学科间的桥梁。随着地震工程理论与实践的发展，地震工程学所涵盖的领域越来越宽。以工程地震和工程抗震为核心的地震工程学正朝着系统减灾的方向迈进。全面把握地震工程学研究领域的众多细节的越来越困难，学习基础性的理论体系尤为重要，它是我们在更加尖端的前沿领域开展研究工作的前提。1 地震灾害2 地震工程学的研究内容3 地震工程学的发展概况4 地震工程学的特点5 地震工程学与相关学科的关系1、地震灾害地震是人类面临的主要自然灾害之一，在过去的20世纪里，因地震死亡人数平均每年达到17000人，即使不包括唐山地震的人员伤亡，平均死亡人数也达到100

2、00人/年。地震造成的灾难是多方面的，以多种方式引起结构物破坏和人员伤亡，从房屋倒塌到火灾、海啸、瘟疫、滑坡。20世纪地震灾害造成的绝对死亡人数没有减少的趋势，当然考虑到人口的增长，死亡人数占总人口的相对比例在下降。由于城市化进程的加快，地震灾害造成的经济损失和保险损失增长迅速。1995年阪神地震造成1000亿美元的损失，预示着如果地震发生在东京、洛杉矶、旧金山等其他更大的城市时，损失会更大。东日本大地震2011年3月11日（星期五）世界标准时05时46分23秒，即日本标准时间14时46分23秒，震中位于仙台市以东的太平洋海域约130km处，距日本首都东京约373千米。按日本气象厅震度阶级计算

3、方法计算，此次地震震级为矩震级规模8.8级。地震发生之初，美国地质调查局发布此次地震的规模为矩震级规模7.9级，后数次将震级修正为8.1级、8.8级、8.9级，再于3月13日上午与日本气象厅共同修订至9.0级。 日本东北地域太平洋沿岸及北海道东部沿岸都受到了海啸的侵袭，高度最高达40.5米。日本气象厅对东北、关东太平洋沿海地区发出大海啸警报。宫城县、岩手县、福岛县等地遭到地震过后海啸，沿海地区遭到毁灭性的破坏。 截至日本时间12月29日，地震造成至少15,846人死亡、3,320人失踪、伤者6,011人，遭受破坏的房屋1,135,446栋，为日本二战后伤亡最惨重的自然灾害。损失总额约1.36万

4、亿人民币。 （东日本地震已发现15848具遗体，3305人仍下落不明）汶川地震2008年5月12日14时28分04秒，四川汶川、北川，发生8级强震。这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震。此次地震重创约50万平方公里的中国大地！为表达全国各族人民对四川汶川大地震遇难同胞的深切哀悼，国务院决定，2008年5月19日至21日为全国哀悼日。自2009年起，每年5月12日为全国防灾减灾日。 汶川地震宏观烈度与等震线2008年5月12日14时28分，四川汶川发生8.0级地震，截至2008年9月25日12时，已确认374643人受伤，69227人遇难，失踪17923人。遇难和失踪人员达到87

5、150人。1997.1-2012.2.11大于7级地震-中国地震网世界地震带 地震震中分布集中的地带，称为地震带。从世界范围看，有些地区没有或很少有地震，有些地区则地震频繁而强烈。地震带往往与活动性很强的地质构造带一致。据世界震中分布规律，大体可以划分以下几个地震带：(1)环太平洋地震带 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都发生在这一带。所释放的地震能量约占全世界能量的80，但其面积仅占世界地震总面积的一半。此地震带，在太平洋西部大抵从阿留申群岛，向西沿堪察加半岛、千岛群岛，至日本诸岛、琉球群岛，至我国台湾岛，过菲律宾群岛、伊里安岛，南至新西兰为止。在太平洋东部，大致从阿

6、拉斯加西岸，向南经加里福尼亚、墨西哥（在中美有一分支，称为加勒比或安的烈斯环）、秘鲁，沿智利至南美的极南端。这一带也是著名的火山带，它与中、新生带褶皱带和新构造强烈活动带是一致的。(2)地中海喜马拉雅地震带 这是一条横跨欧亚大陆，并包括非洲北部，大致呈东西方向的地震带，总长约15000km、宽度各地不一，在大陆部分常有较大的宽度，并有分支现象。太平洋地震带外几乎其余的较大浅源地震和中源地震都发生在这一带。释放能量占全世界地震释放总能量的15。此地震带西起葡萄牙、西班牙和北非海岸，东去经意大利、希腊、土耳其、伊朗至帕米尔北边，进入我国西北和西南地区；南边沿喜马拉雅山山麓和印度北部，又经苏门答腊、

7、爪哇至伊里安，与环太平洋带相接。这一带也有许多火山分布。(3)大洋中脊（海岭）地震带大西洋中脊（海岭）地震带 自斯匹次卑尔根岛经冰岛向南沿亚速尔群岛、圣保罗岛等至南桑德韦奇群岛、色维尔岛，沿大西洋中脊分布，向东与印度洋南部分叉的海岭地震带相连。印度洋海岭地震带 由亚丁湾开始，沿阿拉伯印度海岭，南延至中印度洋海岭；向北在地中海与地中海南亚地震带相连；向南到南印度洋分为两支，东支向东南经澳大利亚南部，在新西兰与环太平洋带相接；西支向西南绕过非洲南部与大西洋中脊地震带相接。东太平洋中隆地震带 从中美加拉帕戈斯群岛起向南至复活节岛一带，分为东西二支，东支向东南在智利南部与环太平洋地震带相接；西支向西南

8、在新西兰以南与环太平洋地震带和印度洋海岭地震带相连。以上三带皆以浅源地震为主。(4)大陆断裂谷地震带 分布于一些区域性断裂带或地堑构造带，主要有东非大断裂带，红地堑，亚丁湾及死海，贝加尔湖以及太平洋夏威夷群岛等。此带主要为浅源地震。中国主要地震带我国位于世界两大地震带环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育。20世纪以来，中国共发生6级以上地震近800次，遍布除贵州、浙江两省和香港特别行政区以外所有的省、自治区、直辖市。 中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。1900年以来，中国死于地震的人数达55万之多，占全球

9、地震死亡人数的53%；1949年以来，100多次破坏性地震袭击了22个省(自治区、直辖市)，其中涉及东部地区14个省份，造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的54%，地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。地震及其他自然灾害的严重性构成中国的基本国情之一。中国地震主要分布在五个区域：台湾地区、西南地区、西北地区、华北地区、东南沿海地区和23条地震带上。 我国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。这五个地区是：台湾省及其附近海域；西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部；西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓；华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山

10、-燕山一带、山东中部和渤海湾；东南沿海的广东、福建等地。我国的台湾省位于环太平洋地震带上，西藏、新疆、云南、四川、青海等省区位于喜马拉雅-地中海地震带上，其他省区处于相关的地震带上。中国地震带的分布是制定中国地震重点监视防御区的重要依据。 世界十大自然灾害（据联合国，1947-1980） 热带气旋（飓风、台风）、地震、洪涝、雷暴与龙卷风、雪灾、 火山爆发、热浪、雪崩、滑坡、潮汐与海啸 中国是受灾最严重的国家之一 人员损失巨大（7/17次 5万人， 4/4次20万人） 分布广 成灾比率高 近年来的三大自然灾害 地震、风灾、温室效应（极端气候）2、地震工程学的发展概况地震工程学的发展是随着人们对地

11、震灾害认识的不断深入和科学技术的进步而推进的，经济和生命的代价也激励人们不断提高抵御自然灾害的能力，在顺应自然的前提下达到征服自然，较少损失，减轻灾害。可以说地震的不断发生推动了地震工程学学科的发展。（1）20世纪前的地震事件历史上最早一条关于地震的记载在公元前1831年（1652年），“夏帝发七年泰山震”（胡聿贤）132年汉代人张衡（78-139）发明侯风地动仪；1556年1月23日（明嘉靖34年12月）陕西关中大地震，“压死官吏军民奏报有名者八十二万有余”1755年11月1日，葡萄牙里斯本发生地震，法国、瑞士、意大利北部乃至欧洲大部地区均有震感，地震引起了火灾、海啸等次生灾害，600001

12、00000死亡。从科学的观点看，地震后房屋结构的设计有所改变。1755年11月18日，马萨诸塞州首府波士顿附近发生地震；1811-1812年，New Madrid County, Missouri，USA，发生震群型地震；1857年1月9日，加利福尼亚发生地震；1886年查尔斯顿地震，铁轨弯曲，火车被掀翻；地基土液化（2）20世纪早期的地震事件1906年4月18，旧金山地震加里福尼亚洲历史上最严重的地震，也是地震工程学发展史上最重要的地震之一。地震造成了被观察到的最长断层破碎带（430公里），最大水平位移达到6.4米，跨越断层的道路中断，水管破裂。地震及引起的火灾造成2000余人死亡，财产损失

13、达5.24亿美元。由于水管破裂，无法保证消防用水的供应，大火燃烧了3天，旧金山地区28000栋房屋被毁，80%是由于火灾所致。人们不仅关注地震对结构物的影响，同样关注火灾对结构材料的影响，详细的灾害调查表明：体型较好的建筑物没有严重受损，如果有较好的防火性能，则能在地震和火灾后幸存。该地震给人们留下了一下经验：1. 钢及钢筋混凝土房屋在较大的地震中受损较轻微； 2. “大地震将会在50-100年重现，期间没有地震发生；火灾将造成严重的损失； 3. 加州的房屋抗震设计规范并未因此次地震事件而修改，抗震设计；该地震导致：1. 开启了地震作用（效应）方面的现代研究和记载;2. 瑞德的弹性回跳学说产生

14、, 20世纪60年代成为板块构造学说的一部分；3. 地震周期的概念.（活跃期、平静期）4. 美国地震学会成立(BSSA)1908年12月28，意大利 墨西拿地震1908年发生在意大利西西里岛第二大城市墨西拿的一场7.5级的大地震，地震引发近海掀起局部浪高达12米的海啸。是欧洲有史以来死亡人数最多的地震和海啸。地震发生在当地时间1908年12月28日凌晨5时25分。震源位于墨西拿附近的海底，地震波及了墨西拿海峡对岸的雷焦卡拉布里亚。两座城市均被毁，大地下陷了0.6米，墨西拿人口的一半约7.5万人丧生。巨大的人员伤亡，促使政府指派9位有经验的工程师和5位教授研究地震，制定工程抗震设计的建议。1.

15、开启了实用的结构抗震设计时代; 2. 第一部采用等效静力法进行抗震设计的建议（第1层的设计水平力为 1/12楼层以上建筑物重量；2、3层的设计水平力为1/8楼层以上建筑重量）；1923年9月1日，日本关东地震日本处于四大板块（欧亚、太平洋、菲律宾、北美）交汇处，地震活动频繁。1923年9月1日11：58am，关东地震发生。尽管相模湾的海滨以及房总半岛也遭受地震、3-6米海啸，以及地面抬高2米等灾害的重创，但横滨和东京等城区受灾最为严重.地震发生在中午做饭时间，因而引起大火，同时由于炎热，干燥和大风等天气条件，加之水管破裂，消防用水短缺，因而引发了严重的火灾。关东大地震开启了地震工程研究的新时代：1. 早期的基础隔震技术 柱底采用球形摇轴支座(Riuitchi Oka, 岡 隆一)2. 柔性建筑物得到认可. (Kenzaburo Mashima, 眞島 健三郎) 砌体结构抗震性能最差，其次是钢筋混凝土结构，钢结构和木结构都具有较好的抗震性能。3. Dr. Tachu Naito(内藤多仲)赞同采用刚性建筑物，他认为抗震设计的三个重要因素是：结构刚度, 合理的横向力分配, 减小弹性振子的自振周期，使其小于地震的可能周期.关东大地震后，建筑规范随即得到改进，并在横滨和东京的重建中生效。1