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天津大学2.7地震危险性的工程地质研究本节主要内容一、地震的基本知识二、地震震级与地震烈度三、震害现象(地震效应)天津大学全球地震分布天津大学一、地震的基本知识1.地震的成因地震名称成因及主要特征构造地震由地壳断裂构造运动引起，是最普遍的一种地震火山地震是由火山爆发所引起的局部地方的地震，影响范围不大，发生数量较少陷落地震是石灰岩地区和矿山采空区等处由地块陷落所引起的小范围的地震，发生数量少，影响范围更小人工诱发地震是由于水库蓄水或向地下大量灌水、注水，润滑和压缩地下可能存在的构造破碎带，或地下大爆炸对地壳产生强烈冲击、诱发构造应力释放引起的地震，这类地震多发生在水库和爆炸点地区，多为小震，震源浅天津大学世界主要地震天津大学2.根据弹性回跳理论解释地震的形成天津大学3.构造地震形成示意图天津大学5.地震按震级分类名称震源深度（km)浅源地震中源地震深源地震0~7070~300300名称震源深度（km)大地震中地震或强震小地震或弱震微震超微震M≥77M≥55M≥33M≥1M14.地震按震源深度分类天津大学6.震源、震中及地震波天津大学与地震有关地术语示意图天津大学地震相关术语定义1)震源：地球内部发生地震的地方。2)震中：震源在地球表面上的投影点。3)震中距：地面上任何一个地方或地震观测台(站)到震中的直线距离。4)震中区：震中附近的地区。强烈地震时，破坏最严重的地区，称为极震区。5)震源深度：从震源到地面的垂直距离。天津大学7地震波传播示意图天津大学8.不同地震波到达顺序及样式天津大学9.地震波类型(1)体波：是通过地球体内传播的一种地震波，又分为：①纵波(P)：又称压缩波，质点的振动方向与波的传播方向一致，靠介质的扩张与收缩而传递，其传播速度约5～6km／s，振动的摧毁力较小。②横波(S)：又称剪切波，质点的振动方向垂直于波的传播方向，为各质点间发生的周期性的剪切振动，其传播速度3～4km／s，振动摧毁力较强。天津大学地震波类型(2)(2)面波(L)：沿地表面传播的地震波。面波的传播速度最小，每秒只有3km多，但振幅大，故对地面的破坏最大。面波又分为瑞利波(R)和勒夫波(Q)。①瑞利波(R)：波的传播是质点在波的传播方向和地表面法向组成的平面内作椭圆运动，与该平面垂直的水平方向没有振动，似在地面上滚动。②勒夫波(Q)：波传播时，质点在与传播方向相垂直的水平方向运动，即呈地面水平运动或者在地面上呈蛇形运动。天津大学二、地震震级与地震烈度1.地震震级(M)它是地震震源释放出的能量大小的一种量度，可表示地震本身强度大小的等级。它的最初定义(里希特)是：距震100km处用标准地震仪(周期0.8s，阻尼系数0.8，放大倍数2800)实测最大水平地动位移的对数来确定。例如：当测得的振幅10mm，即10000μm时，它的对数为4，地震定为4级。天津大学2.地震烈度(1)地震烈度是对地震时地表和地表建筑物遭受影响和破坏的强烈程度的一种量度。(1)基本烈度：指一个地区在今后一定时期内，在一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度,即现行《中国地震烈度区划图》规定的地震烈度。国家地震局所编制的1／400万《中国地震烈度区划图(1990)》上标示的地震烈度值是指在50年期限内一般场地条件下可能遭受超越概率为10％的烈度值。天津大学中国地震烈度表（1980）天津大学（美国）修正的Mercalli烈度表天津大学地震烈度(2)(2)场地烈度：是指建筑物场地因地质、地貌、地形和水文地质条件等的不同而引起的地震基本烈度的降低或提高的烈度。一般比基本烈度提高或降低半度至一度。(3)设计烈度：根据建筑物的重要性、永久性、抗震性以及国民经济的条件，对不同建筑物将建筑场地烈度按国家批准权限审定加以调整后的抗震设防烈度。天津大学1994年加利福尼亚地震烈度示意图天津大学三、震害现象(地震效应)主要的震害(地震效应)包括：大地抖动对建筑物的直接破坏、饱和砂土和粉土的振动液化、地震滑坡、大地的错断和裂开、震陷、海啸等。天津大学1.大地抖动对建筑物的直接破坏地震产生的最普遍灾害是由于大地的抖动对建筑物的直接破坏。破坏的程度与地震的振动强度及持续时间、地基的性质及建筑结构有关。近来的许多地震破坏实例表明，施工质量也应该为地震伤亡及损失负很大的责任。天津大学1906年旧金山大地震天津大学1985年墨西哥因湖相地基放大地震波导致一15层建筑倒塌天津大学地震对某建筑的破坏天津大学一九九五年神户地震早成的破坏天津大学1995年神户地震对建筑的破坏天津大学1985年墨西哥城地震天津大学1985年墨西哥城地震天津大学唐山地震---大部分建筑物被地震直接摧毁唐山大地震所造成的毁灭性破坏天津大学2.饱和砂土和粉土的振动液化地基中较疏松的饱和砂土，在周期性的地震荷载作用下，孔隙水压力逐渐积累，甚至达到可以完全抵消有效应力时，使土粒便处于悬浮状态，而接近液体的特性。这种现象称为液化。液化的砂土将在瞬间降低或完全丧失抗剪强度和承载能力。天津大学砂土液化的宏观标志是会导致：在地表裂缝中喷水冒砂，地面沉陷变形，地基产生巨大沉降和建筑物严重倾斜，甚至失稳。例如唐山地震时，地基砂土液化造成房屋沉陷倾斜，桥梁坠毁。液化区喷水高度可达8m，厂房沉降达1m。大面积的砂土液化，使150万亩农田被砂掩埋。天津大学海城地震冒沙现象天津大学唐山地震冒沙天津大学总结国内外现场调查和试验研究的结果表明，中、细和粉砂是最容易发生地震液化的土。因为此类土既缺乏粘聚力又排水不畅。关于地基土的液化，在土力学等后续课程中有较系统的介绍。天津大学地基液化导致建筑物整体倾斜天津大学3.大地的错断和裂开较大的地震，往往在大地上形成大量裂缝，称为“地裂”。沿有些裂缝会有较大拉开或水平位移，从而破坏各种输送管线、铁路、桥梁、大坝及其他任何建筑设施。如1976年的唐山地震中，在极震区形成了一个走向NE30°、长8公里宽30米的地裂缝带，裂缝最大水平位移1.53米。天津大学地震形成的错动（1906旧金山地震导致一处围拦错开2.5m)天津大学唐山地震形成的地裂缝带天津大学唐山地震形成的地裂缝天津大学炉霍地震，压性地裂缝天津大学炉霍地震，压性地裂缝天津大学海城地震地裂缝天津大学另外，地震活动带上的活动断层即使是在平时也会发生缓慢的错动。比如，美国西部的圣安得列斯大断裂(SanAndreasFault)，在1906年旧金山大地震前的16年中，断层两侧发生了最大达7米之多的相对位移。因此跨越地震活动带的建筑设施的规划设计应该包括对缓慢变形的防范措施。天津大学4.地震滑坡在山区，滑坡是与地震相关的一个重要灾害。历史上几次最大规模的滑坡都是地震引起的：公元前373年，古希腊的一次地震导致的流滑将赫利斯城挟入大海。1920年甘肃地震时，在黄土地带出现了连续流滑，摧毁了成百个城镇，近20万人丧生。天津大学地震诱发的滑坡天津大学5.土的震陷地震时，地面的巨大沉陷称为“震陷”或“震沉”。此现象往往发生在砂性土或淤泥质土中。1960年智利地震后，有一个岛因震陷而局部沉没。唐山地震后天津也广泛出现地面变形现象，导致建筑物产生差异沉降而倾斜。天津大学震陷是一种宏观现象，原因有多种：1.松砂经震动后趋于密实而沉缩；2.饱和砂土经振动液化后涌向四周或向地表逸出而引起地面这形；3.淤泥质粘土经震动后，受到扰动而强度显著降低，在产生附加沉降。为减轻震陷，只能针对不同土质采取相应的密实或加固措施。天津大学6.海啸地震时海底的上下波动引起海洋水体的波动，以每小时数百公里的速度向四周传播。地震海波在海洋中的传播是非常隐蔽的，因为它的波辐通常不超过1米，而两波峰的间距可达100－700公里。但地震海波到达浅海及岸边时便发生了变化，波速减慢(50km/h)、但涌浪加高(可达30m)，形成海啸。天津大学地震海啸天津大学1964年的阿拉斯加大地震(8.3~8.4级)中，主要的破坏及人员伤亡是海啸造成的。因地震直接造成死亡的仅9人，而海啸摧毁了2座小镇，造成107人死亡。在1960年的智利大地震(8.9级)中，海啸完全摧毁了南美800公里海岸线上的大量村庄，还相继侵袭新西兰、夏威夷、菲律宾和日本。其中日本受灾最严重，在其东海岸造成大量沿海设施破坏，并使800人丧生。人类历史上记录到的最大地震海啸是1737年在堪察加南端，涌浪高达64米。2004年12月印度尼西亚苏门达腊岛附近8.3级地震引起印度洋巨大海啸，导致近16万人丧生。天津大学1964年阿拉斯加地震引发的海啸天津大学四、水库诱发地震１.水库诱发地震的基本特征从已有地震资料来看，水库诱发地震具有下列特征：（1）震中多分布在水库影响区域内(包括通过活动断裂传递到库外几十公里的地方)根据统计，水库地震的震中区，除少数在坝址附近以外，主要分布在库区中部及尾部。这说明大坝的位置一般选在地质条件较好的地方，故诱震几率低。另外，震例资料还说明，震中常沿构造线分布。天津大学天津大学天津大学天津大学广东新丰江水库天津大学（2）震源极浅据统计，水库诱发地震的震源深度，一般不大于5km，也有超过10km的，达20km者少见。由于震源浅，故震中区烈度偏高，即水库诱发地震烈度，较同震级的天然地震烈度偏高。（3）地震形式的特点诱发地震形式，常以前震—主震—余震型(即茂木Ⅱ型)为主，也有群震型，孤立型则罕见。天津大学（4）震波垂直分量作用显著水库诱发地震震波垂直分量的作用显著，一般Ms＝5甚至Ms＝4级地震，都可造成明显的破坏作用。（5）分布特征水库诱发地震，大部分发生在低烈度区，强度不大，烈度偏高。天津大学（6）水库地震与坝高、库容关系A.诱发地震的水库占已建水库总数的比例很小，但在高坝中比例明显增加，且坝愈高，比例越大，坝高超过200m，水库发震震例占1／4。B.从库容看,库容愈大，水库发震率愈高，当坝高大于100m，库容大于1000亿m3时，比率高达40％。C.一般来说，震级大的水库坝高和库容都较大，震级Ms在6级以上，其坝高大于100m，库容大于25亿。因此，高坝大库产生水库诱发地震的概率较高。天津大学（7）水库地震与蓄水过程的关系A.水库水位的影响统计资料表明，多数水库地震强度和频度与水位相关，按其相关性分成两大类，一类是有明显主震，另一类是蓄水后微震频度明显增多。B.水库地震持续时间一般较长，由十几年到几十年,如新丰江、胡佛等水库。C.水库蓄水对地震活动的抑制作用对大多数水库来说，蓄水导致地震活动加剧。但也有地震活动减少的实例，如美国胡佛坝上游佛莱敏谷(FlamingGorge)和格兰峡(ClanCanyon)蓄水后，连同胡佛坝地震活动都见减少。天津大学２.水库地震发生的条件目前对水库诱发地震的机制有不同的观点，认为水库诱发地震的发生条件，大体上有：（1）地质构造条件A.易发震地区多数处于性脆，裂隙多，易向深部渗漏的灰岩地区，以及易发生膨胀、水化的岩体内。岩溶发育区的震型为坍陷坐落的波型，且震级小于4，震源不到一公里，与库水位关系较小。B.处于中、新生代褶皱带，断陷盆地和新构造活动明显的特殊部位，容易发震。天津大学C.易于发震的活断层，震中一般分布在断层弧形拐点、交叉部位及断陷盆地垂直差异运动较大的部位。D.易于发震的活断层多为正断层和走向断层，倾角大于45o，发震多在正断层下盘。F.周围有温泉、火山活动或地热异常区，建库后易形成新的异常。天津大学水库诱发地震的工程地质类型表（1）天津大学水库诱发地震的工程地质类型表（续表）天津大学(2)水库蓄水水的诱发作用与水库蓄水有明显的依赖关系，水位高时，活动性强，水位猛涨时，更常发生，且滞后现象明显，近则一月，长则几年。A.库水的静水压力使岩体变形。B.库水作用在深部剪切面上，促使极限平衡状态改变C.孔隙水压力增大，有效摩擦力降低。D.深部岩体软化作用加剧，岩体强度降低。E.亲水性矿物膨胀。F.下渗吸热产生气化，造成局部地热异常，热能积聚。天津大学世界七大水库诱发地震与蓄水过程的关系天津大学水库诱发地震影响因素及状态天津大学本节主要要求掌握：地震的成因类型地震的相关术语地震波的特征地震震级与