1、第五章,活断层和地震工程地质研究,第七章 活断层和地震工程地质研究,活断层和地震是两种密切相关的工程动力地质作用，它们对工程建筑物的影响范围较大，是区域性的，而且往往突然发生，酿成严重灾害。 在工程地质学科领域内，将由活断层和地震活动所产生的工程地质问题称为区域地壳稳定性问题。断层活动不仅可以引起地震，而且还会导致工程建筑物的直接损害。地震活动，特别是强烈地震，往往会造成灾害性损失。例如1976年唐山7.8级地震，使该市市区夷为废墟，死亡24万人。 为了保证建筑物的安全和正常运用，工程场地应尽可能选择在区域地壳稳定性较好的地方，应尽量地避开那些断裂、地震活动影响强烈的地带。因此，活断层和地震是
2、工程地质学研究的重要课题之一。,第一节 活断层,一、含义 活断层：目前还在持续活动的断层，或在历史时期或近期地质时期活动过，极可能在不远的将来重新活动的断层。后一种情况也可称为潜在活断层。 近期地质时期： A. 全新世以来（1.1万年） B. 3.5万年以来（C14测试） C. 晚更新世之后（10万年） D. 中更新世中期以来（50万年） E. 第四纪以来（250万年）,二、活断层分类,按年代划分 按规模划分 按活动性质 走潜断层（平移断层） 逆断层 正断层 按活动变形速率 按活动性： 粘滑 蠕滑,三、活动断层判别标志（一）,（一）地质类 1. 地层方面 第四纪地层被错开 沉积物厚度变化 2.
3、 地貌方面 高山平地界线 断崖、三角面 错开阶地或洪积扇 河流、沟谷错开 沿断层带滑坡、泥石流带状分布 卫片、航片上线状分析现象,三、活动断层判别标志（二）,3. 水文地质方面 泉水、湿地沿断层带呈带状分布 （二）历史地震、地表错断类标志 1. 沿某一断裂带有地震发生 2. 地表错断 （三）仪器监测类标志 地形变 地球物理场特征 地球化学场特征 地应力场特征,四、活断层带工程地质调查研究,（一）调查研究的内容 （二）调查研究的方法 1. 区域地质构造的分析、研究 区域地质资料分析 航卫片分析 深部地球物理勘探资料 2. 断裂带的勘察研究 断裂带的地质勘察 断裂带的活动性研究 活动年龄的测定 3
4、.活动速率研究 跨断层埋伸长计 短水准、短基线测量 卫星遥感测量 4.微震监测 5.地应力测量 6.物理模拟、数值模拟,四、活断层区工程选址、设计,（一）选址 1. 尽可能避开活断层 2. 尽可能避开主断层带、断层主动盘 （二）设计 1. 选型 2. 建筑物结构设计,第二节 地震的工程地质研究,一、含义 在地壳表层因弹性波传播所引起的振动称为地震。 （一）类型划分 1. 按成因分类 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、地下核爆炸也可诱发地震。 2. 按震源深度：弹性波的地下发源地为震源，震源在地面上的垂直投影为震中，震中到震源的距离为震源深度。
5、300m 深源地震；30070m 中源地震；5M 破坏性地震；7M 强烈地震,（二）震级（M) 地震震级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来衡量。A最大振幅（三）烈度 地震烈度是衡量地震所引起的地面震动强烈程度的尺度。它不仅取决于地震能量，同时也受震源深度、震中距、地震传播介质的性质等因素的影响。一次地震只有一个震级，但在不同地点，烈度大小可以是不一样的。,二、地震效应,在地震影响所及的范围内，于地面出现的各种震害和破坏称之为地震效应。地震效应主要有振 动破坏效应和场地破坏效应两种。地震效应与场地工程地质条件、震级大小和震中距有关，也与建筑的类型和结构有关。 （一）地震破坏效
6、应 由地震直接引起的建筑物破坏。一般包括建筑物的水平滑动或晃动，以及共振等。在地震效应中这是主要的震害。 1.静力分析法 静力分析法是一种古典的分析法，它假定建筑物是刚体，地震时建筑物各部分的加速度与地面加速度完全相同。并且规定地震是一个固定不变的力，它是由地面振动的最大加速度引起的惯性力。 地震力是由于地震波在传播过程中使地壳岩体中质点做加速度简谐运动引起的。若质点在水平方向做加速度简谐运动，其最大水平加速度如下式所示：,2.动力分析方法 目前应用最广泛的动力分析方法是简化的反应谱法。它假定建筑物结构是单元点系的弹性体，作用于其基底的地震运动为简谐振动。建筑物在地震作用下发生的振动反应常称为
7、地震反应。不同结构类型、不同自振周期和不同阻尼比的建筑物在某一给定地震动过程作用下发生的最大地震反应称为地震反应谱。地震反应谱用波曲线表示，横坐标表示建筑物的自振周期，纵坐标表示地震最大反应，建筑物的阻尼比作为波形系数。由最大地震反应的不同形式反应谱可分为速度、加速度、位移反应谱。有了反应谱就可以确定已知自振周期和阻尼比的任何单位质点的最大加速度（或最大速度、最大位移）反应，也可计算出相应的应力状态。,2.动力分析方法（二） 假设： 单质点系弹性体； 作用于基底的地震动为间谐振动 （1）阻尼 结构振动过程中，由于能量耗散而造成振动的衰减。阻尼比 （2）振动反应谱 不同结构类型，不同自振周期话不
8、同阻尼比的建筑物走某一给定的地震过程作用下发生的最大地震反应。 （3）卓越周期 由于地表岩土体对不同周期的地震波有选择放大作用，某种岩土体总是以某种周期的波选择放大得尤为明显而突出，使地震记录图上的这种波记录得多而好。这种周期即为该岩土体的特征周期，也叫做卓越周期。,（二）地面破坏效应,1. 地面破坏效应 地震导致岩土体直接出现破裂和位移，从而引起附近的或跨越破裂带的建筑物变形或破坏。 2. 地基效应 地震导致地基岩土体的振动压密、下沉、液化及塑流，使地基实效，由此造成建筑物的破坏。 地基沉降 地基水平滑动 砂基液化,（二）地面破坏效应（续）,3.斜坡效应 地震导致斜坡岩土体失稳，产生多种斜坡
9、变形和破坏，引起斜坡地段所有位移或破坏为斜坡效应。,三、场地条件对震害的影响,（一）岩土类型及性质 1. 土石类型 坚硬基石砾石致密粘土饱和粉细砂淤泥及人工填土。 2. 松散地层厚度 厚度愈大，破坏愈严重 3. 土层结构 地层结构对震害也有较大影响，一般情况是：单一土层地基比多层土层地基震害轻。双层结构地基，如果软弱土层在表层，地基抗震性能很差。如果软弱土层在下部，其上部有坚实的粘土层覆盖，则地基抗震性能就提高很多。多层结构的地基，其抗震性能取决于软弱土层是位置和厚度，软弱土层埋藏愈浅，厚度愈大，震害也就愈重。,三、场地条件对震害的影响（续）,（二）地质构造 1. 发震断裂 2. 与发震断裂有
10、联系的断裂 3. 与发震断裂无关的断裂 （三）水文地质条件 岩土饱和后，使震害加剧 地下水埋深愈小，烈度增加值愈大。,四、地震区抗震设计原则和建筑物抗震措施,（一）建筑场地的选择 建筑场地抗震性能的好坏，对建筑物的安全稳定影响最大，所以选择对抗震有利的场地是抗震设计中的一项重要工作，在选择建筑场地时应注意以下几点： 1.避开活动性断裂带和大断裂破碎带。活动性断裂带是地震危险区，地震时地面断裂错动会直接破坏建筑物。大断裂破碎带可能使震害加剧。 2.尽可能避开强烈振动效应和场地效应的地段作场地和地基。属此种情况有：可能产生强烈沉降的淤泥层、厚填土层，可能产生液化的饱水砂土层以及可能产生不均匀沉降的
11、地基、不稳定斜坡地段。 3.避开孤立突出的地形位置作建筑场地。 4.尽可能避开地下水埋深过浅的地段作建筑场地。 5.岩溶地区避开地下不深处有大溶洞的地段，这些地段在地震时可能会塌陷。 对抗震有利的场地条件是：地形较平坦开阔；基岩地区岩性均一坚硬，或上覆有较薄的覆盖层，若有较厚土层，则应较密实；无断裂；或有断裂但它与发展断裂无联系，且胶结良好；地下水埋藏较深；滑坡、崩塌、岩溶等工程地质现象不发育。,四、地震区抗震设计原则和建筑物抗震措施（续）,（二）持力层和基础方案的选择 场址选定后，就应根据所查明的场地工程地质条件选择适宜的持力层和基础方案，在基础抗震设计中需注意以下几点： 1.基础要砌置于坚
12、硬、密实的地基上，不要以高压缩性及液化土层作持力层，若地表有此种土层，则应采用桩基础，支撑于下部硬基上，并不要采用摩擦桩。 2.基础砌置深度要大一些，以防治地震时建筑物的倾斜。 3.同一建筑物不要并用几种不同型式的基础。 4.同一建筑物的基础，不要跨越在性质显著不同或厚度变化很大的地基土上。 5.建筑物的基础以刚性强的联结梁连成一个整体。,（二）持力层和基础方案的选择,场址选定后，就应根据所查明的场地工程地质条件选择适宜的持力层和基础方案，在基础抗震设计中需注意以下几点： 1.基础要砌置于坚硬、密实的地基上，不要以高压缩性及液化土层作持力层，若地表有此种土层，则应采用桩基础，支撑于下部硬基上，并不要采用摩擦桩。 2.基础砌置深度要大一些，以防治地震时建筑物的倾斜。 3.同一建筑物不要并用几种不同型式的基础。 4.同一建筑物的基础，不要跨越在性质显著不同或厚度变化很大的地基土上。 5.建筑物的基础以刚性强的联结梁连成一个整体。,
