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工程地质学ENGINEERINGGEOLOGY主讲人：刘岁海lecturer：LiuSuihai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。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：070km大陆地震多属此类，占73%，30km以内更多中源地震：70~300km占23%深源地震：300km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=1按震级M大小▲地震序列：在一定时间内（一般是几十天至数月）相继发生在同一地区一系列大小地震称为地震序列。▲主震：在某一地震序列中，其中最大的一次地震叫主震。▲前震：在主震之前发生的地震。▲余震：在主震之后发生的地震。余震时间序列图(5级以上)5.12汶川特大地震主震余震分布图▲主震型地震：在一个地震序列中，若主震震级很突出，其释放的能量占全序列中的绝大部分，叫主震型地震。是一种破坏性地震类型。▲震群型或多发型地震：在一个地震序列中，若主震震级不突出，主要地震能量是由多个震级相近地震释放出来的。▲孤立型或单发型地震：在一个地震序列中，若前震和余震都很少，甚至没有，绝大部分地震能量都是通过主震一次释放出来的。发生地震的根本原因：地球内部物质处在不断运动中，一般把地球分为地壳、地幔和地核等部分。其中地幔又分为岩石圈、软流圈以及下地幔部分。由于温度的差异，地幔发生大规模的对流，带动了上覆的岩石圈运动，板块产生大规模的漂移运动。在各板块的接缝部位或张裂部位，产生岩块的碰撞、挤压和强烈变形，应力在某些部位高度集中，在超过岩块强度极限的时候，产生突然破裂，引起大地剧烈振动，地震波向四周发射。产生地面变形、开裂和建筑物的严重破坏。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。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。我国位于环太平洋和地中海-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6×1020尔格的能量，大致相当于30～40万吨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）。据统计，1900年以来，全球造成1万人死亡的地震共33次，其中死亡5万人以上的9次，10万人以上的5次，20万人以上的3次。时间地点震级死亡人数1906.4.18美国旧金山8.36万1908.12.28意大利西西里岛7.510万1920.12.16中国宁夏海原8.523.4万1923.9.1日本关东8.312.3万1935.5.30巴基斯坦基达7.55万1970.5.31秘鲁安卡休州7.86.68万1976.7.28中国河北唐山7.824.2万1990.6.20伊朗鲁德巴尔7.35万以上2004.12.26苏门答腊岛西印度洋8.7近30万2005.10.08巴基斯坦客什米尔7.87.3万1900－2008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310°~325°，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。(1)(1)(12)PEV2(1)SEV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。22.0SPVV67.1/43kmVS7、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。M＝LOGAA：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（22~44）3（2~4）VI惊慌失措，仓惶逃出损坏——个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝0~0.10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（45~89）6（5~9）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0.11~0.30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(90~177)13(10~18)VIII摇晃颠簸，行走困难中等破坏——结构受损，需要修理0.31~0.50干硬土上变有裂缝，大多数砖囱严重破坏250(178~353)25(19~35)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0.51~0.70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(354~707)25(19~35)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0.71~0.90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(708~1414)100(72~141)XI毁灭0.91~1.00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，山河改观建筑物等级抗震设防烈度甲类：特殊要求的后果极为严重（放射性、毒气、大爆炸）特殊抗震、专门研究乙类：国家重点抗震城市的生命线工程（交通、通讯）基本烈度提高一度丙类：一般工业民用建筑物基本烈度丁类：次要的临时性建筑物降低一度或不设防（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