1、地 震 工 程 地 质,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。,构造地震火山地震陷落地震诱发地震,按成因分类,按震源深度划分,浅源地震：0300 km 占4%，最深达720km,按地震M级大小,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=1,构造地震最严重一类，数量多规模大，波及面广，破坏性大，世界90%以上属于此类。本章介绍此类地震及水库诱发地震。,据统计，全世界每年大约发生几百万次地震，人们能感觉到的仅占1左右，7级以上强烈破坏性的灾害性地震每年多则二十几次，少则三、五次
2、。我国位于环太平洋和地中海一南亚两个地震带之间，是一个多地震活动的国家。,在我国三千多年的历史资料中，记录地震近万次，其中上世纪以来破坏性地震达 6000多次；据1200 1989年资料统计，7级地震 147 次，8级及其以上巨大地震共 19 次。建国以来发生=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
3、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 2 1022尔格的能量， 8级地震可释放6 1026尔格的能量。可见地震释放能量之大。而且绝大部分能量的集中释放，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
4、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年海域地震。 （我国这些地震震源深都在13km左右）。我国有3000多年地震记录历史，发明了地震仪，编制了地震区划图，制定了抗震规范，建立了地震监测台网，组建了诸多地震研究工作机构及一大批从事地震的科技工作者。工程地质研究：区域稳定性问题，建筑抗震，建筑场地选择，地震稳定性，抗震措施工程地质论证为规划设计 提供依据。,(南投集集镇),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),
5、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）；地震作用；远场（烈度衰减2度以上）近场地震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。,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）,瑞利波,振幅A 周期T 波长 波速V P波 最小 最短 最短 最快 S波 最大 长 长 慢 R波、Q波 最大 最长 最长 最慢,
6、地面为自由界面，建筑位于其上，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，使建筑晃动最大。地震部门最关心P、S波。,勒夫波,一般情况下 ， 一般地震表面，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。,MlgA,A：距震中100公里处标准地震仪在地面所记录的震波最大振幅。（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
7、。,lgE=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,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
8、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）。等级：I 级几个烈度概念：,（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。（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。,地 震 效 应,取决于三方面：场地工程地质条件；震级、震中距；建筑物类型及结构。地震效应地震作用
9、影响所及的范围内，地表出现的各种震害和破坏。,振动破坏效应引起建筑物破坏 地面破坏效应地面破裂及地基液化、沉陷等 斜坡破坏效应滑坡等,三种破坏 的效应,一、振动破坏效应,地震 地面运动 建筑物振动 建筑物破坏 (强度、刚度、整体性不够产生破裂或倒塌）,地震（a,v,A),两种分析方法 1.静力法 2.动力分析法,二 地面破坏效应,地面破裂效应地基基底效应,地震断层 地面裂缝 沉降 砂土液化 地基滑移,1.地面破裂效应指地震时断层错断及地面裂缝引起的破坏。强烈地震均会出现。 断层长度及宽度可按估计的震级用经验公式计算。延伸数十至数百公里不等。位置一般按已有的主干断层线或分支断裂线出现。 走向断裂
10、 地表断裂方向与之相吻合。逆 断 裂 地表断裂与原断层有一定偏移。正 断 裂 介于走、逆之间。,2.地基效应 强烈震动 作用下，土体较大变形移动，使地基承载力下降或丧失，由此造成建筑物的破坏。,萨尔瓦多地震引发泥石流1200多人遇难,地基失效问题中，滑坡、砂土液化、岩溶塌陷，这些特殊问题必须采用专门的研究方法。下面介绍关于地基土产生震陷情况的评价方法。方法：影响因素综合打分法影响因素：土类型、厚度、埋藏条件、物理力学指标 （ 承载力指标值； 剪切波速）某一个单元得分是分别对因素的等级打分。按 大小评出沉陷的不同等级。（见朱自成书）,规范中标准：若土的 fk 、 vs大于表中数字，不考虑震陷问题
11、,机理：饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象。,1 液化机理： 砂土的抗剪强度：,砂基液化问题：,日本新泻1964年地震时砂土液化影响。这些设计为抗震的建筑物倾斜而未受损坏。,加州沃森维尔附近的野外涌沙,砂土液化（横向移动）系因地震时球粒（理想砂粒）的重新堆集。地震振动造成这种固体颗粒堆集更加有效，这会占据少量体积。一部分覆盖层荷载由水来支撑，这就无法阻止水体运移。,唐山地造成的喷水冒砂区分布图震,2.影响砂土液化的因素,1）土的类型及性质,粒度粉、细砂土最易液化；高烈度时，亚砂土、轻亚粘土、中砂也可液化。我国90%
12、发生在粉组、砂、亚砂土中。粉粒含量40%时，极易液化；粘粒含量12.5%时，极难液化。极易液化土的特征是：平均粒度0.02-0.10mm，=2-8，粘粒含量10%,密实度 松砂极易液化，密砂不易液化。相对密度Dr80%时，不易液化。 成因及年代多为冲积成因的粉细砂土，如滨海平原、河口三角洲等。沉积年代较新：结构松散、含水量丰富、地下水位浅,2）饱和砂土的埋藏分布条件埋藏条件包括：砂层厚度、上覆非液化土层厚度（即埋藏深度）、地下水埋深。,砂层上覆非液化土层愈厚，液化可能性愈小。一般埋深大于10-15m以下就难以液化了。,地下水位埋深愈大，愈不易液化。实际上，地下水埋深3-4m时，液化现象很少，一
13、般把液化最大地下水埋深定为5m。,砂层越厚越易液化。,3）地震活动的强度及历时地震力（剪应力）是砂土液化的动力,地震愈强，历时愈长，则愈易引起砂土液化，而且波及范围愈广。 度以下地区很少有液化现象； 度区只能使疏松的粉、细砂层液化；而 度以上地区才能使粗粒及粘粒含量较高的土液化。强度很高的地区即震中区附近，因地振动以垂直为主，也不易产生液化。液化范围（液化最远点，以震中距R表示，Km）lgR=0.77M- 3.6,4.砂土液化的防护措施,（1）慎重选择场地,（2）选择基础类型,（3）地基处理,处理标准： 应处理至液化深度下限 处理后的土层标贯击数实测值应大于临界值,压密 通过振动、夯击、爆破等手段，使砂土急剧液化排水，而达到压密，提高天然地基土的相对密度Dr,排渗法 通过排渗井等来消散因振动时而产生的孔隙水压力，防止液化,换土或盖重 用非液化土更换地表的液化土层，或在地表液化土层上覆盖填,土。,震区抗震原则及措施,（一）场地选择原则 1.避开活断层 2.尽可能避开具有强烈振动效应和地面效应的地段 3.避开不稳定斜坡地段 4.尽可能避开孤立地区、地下水埋深浅的地区,（二）抗震措施（持力层和基础方案的选择） 1.基础砌置在坚硬土层上 2.砌置深度应大一些，以防发震时倾斜 3.不宜使建筑物跨越性质不同的土层上 4.建筑物结构设计要加强整体强度，提供抗震性能。,
