地震一来天地抖,我靠工程稳如狗
发布时间:2019-07-24

 

 转自: 星空 中科院地质地球所 

 

6172255分,四川省宜宾市长宁县发生6.0级地震。

6222229分,四川宜宾珙县珙泉镇发生5.4级地震。

7041017分,四川省宜宾市珙县发生5.6级地震。

74日、5(当地时间),美国加利福尼亚州南部地区相继发生6.4级和7.1级强震。

 

                               

地震又一次进入我们的视野,今天小编将带领大家认识一下地震的工程地质研究,了解一下在地质工程领域人类如何采取措施减少地震带来灾害,包括地震的基本知识、地震区域划分、地震效应、地震小区划、建筑抗震原则及措施。 

 

 

一:地震的形成、类型和基本概念

地壳和上地幔岩石在地球内力的作用下,产生构造运动积蓄了应变能,一旦达到岩体的强度极限,就会发生突然的剪切破裂(脆性破坏)或沿已有破裂面产生突然错动(粘滑)。积蓄的应变能就会以弹性波的形式突然释放出来,使地壳震动而形成地震。我们一般所说的地震,多指天然地震,它是一种经常发生的自然现象,是地壳运动的一种特殊表现形式(见下图)。目前世界上发生的地震主要属于构造地震。据统计,构造地震约占世界地震总数的90%以上。

 

地壳岩层受力前呈水平    状态 

地壳岩层受力发生弯曲

 地壳岩层断裂发生错动  地震

 

地震类型

按震源深度可以将地震分为:

浅源地震:震源深度为0?70Km,占地震总数的72.5%,震源浅,地表破坏严重;

中源地震:震源深度为70?300Km,占地震总数32.5%

深源地震:震源深度为300?700Km,占地震总数的4%,一般不具破坏性。

 

按地震成因分类有:构造地震、火山地震、冲击地震、塌陷地震、水库诱发地震、地下核爆破诱发地震等

 

基本概念

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所决定。释放出的能量愈大则震级愈大,因为一次地震释放的能量是固定的,所以无论在任何地方测定只有一个震级。震级(M)是距震中100公里处标准地震仪所记录的以微米表示的最大振幅(A)的对数值。

 

M=lgA

 

理论上震级无上限,实际上,因地壳岩石强度有限,所以岩石中积累的能量有限,目前最大的震级为8.9级。所以当听到新闻报道某地发生震级10级地震肯定是骗人的了。每增大一级能量约增加30倍,一个七级地震相当于近30个两万吨级原子弹的能量。

 

烈度:地震烈度是地震时一定地点的地面震动强弱的尺度,是指该地点范围的平均水平而言。

 

一次地震的震级是固定的,但随着距震中距的加大,地震所引起的地表震动的强烈程度却是递减的,对建筑物的影响也是递减的,所以有必要引用另一个概念??地震烈度,来表征地震时震动强度随震中距加大产生的变化与震中距一定距离点的震动强烈程度。

 

目前已经有了从地表最大加速度,地面运动的最大速度以及地震反应谱等方面研究以确定出烈度的定量标准。我国目前使用的1980年地震烈度是以宏观烈度为主并列出各级烈度的参考物理指标。

中国地震烈度表(1980

 

 

二:如何减轻地震灾害

减轻地震灾害有两种途径:

 

一种是地震预报,它是以地震发生前应变能积累过程中地球物理场的变化而出现的前兆和历史地震活动规律为依据,以短期内准确预报出地震发生的时间、地点、强度为主要目标,以便人员及时撤离或采取其他防范措施。其优点是可以避免重大人员伤亡,但缺点为即使预报准确,如果建筑物没有进行防震设计或采取抗震措施,仍然会造成局部或全部毁坏。

 

另一种是地震工程途径,它是以地震地质和地震活动规律研究所做出的地震发生时间、地点、强度、频度的长期预报为依据,经济、安全而又合理地规定新建工程的抗震设防技术措施,使所兴建的工程能抗御未来发生的地震,即 “小震不坏,中震可修,大震不倒”,从而大大减轻人民生命财产在地震中的损失。按其工程阶段可以分为地震危险性分析与地震区划、抗震规范、抗震设计、抗震鉴定和加固、抗震救灾五个部分。



01  地震区域划分和地震危险性评价

1)地震区划:是根据地震烈度来进行区域划分,即地震区划图。

 

目标:确定抗震设防标准,对工程使用期间内可能遭遇到的最大地震作出合理估计。根据地震危险性的大小,以地震动参数或地震烈度为指标,划分出危险程度不同的区域,以便在不同的区域采取不同的抗震设防标准和措施。

 

1956年编制了中国地震烈度区域划分图

 

1977年国家地震局编制和发表了第二代地震区划图

 

1990年完成第三张全国地震区划图

 

中国地震动峰值加速度区划图((50年超越概率10%

 

中国地震动反应谱特征周期区划图(50年超越概率10%

 

2)地震危险性评价

地震危险性分析步骤:

潜在震源区划分;

地震活动性参数的确定(震级上限和起算震级、b值、年平均发生率);

地震动衰减关系;

场点地震危险性概率计算。

  

02 地震小区划

由于地震区划图不宜采用大比例尺,因此,在区划图上只能提供较大地区内地震危险度的平均估计。例如,我国现行地震区划图比例尺为1:300万,它只能提供一定地区(不小于几十平方千米),在今后一定时期内,在一般场地条件下可能遭遇的最大烈度。因此地震区划图不能用于预测地震破坏作用在小范围的变动,而根据震害调查的经验,地震破坏作用的大小可能在几百米甚至在几十米范围内出现明显的差异。在一个范围较大的场地内,例如一个大中城市,不仅不同结构的建筑物震害不同,位于不同地点的相同结构建筑物震害也会有变化。一般认为这主要是由于场内地形、地质、水文地质工程地质条件不同所造成的。在特定场地进行结构抗震设计时,考虑这种条件差异具有极其重要的意义。因此地震区划和结构抗震设计之间还需要有一个桥梁,这就是地震小区划。

 

我国国土约1/3以上位于基本烈度七度区,数十个大城市位于七度区。因此地震小区划的工作是非常迫切的。地震小区划的目的可以概括为:预测某一城市或厂矿范围内可能遭受到的地震破坏作用的分布,包括地面破坏作用的分布和设计地震动参数的分布。

 

地震小区划的具体任务有:

1、为一般工程和重大工程(大型水坝等)的抗震设计提供地震动参数

2、为城市或厂矿土地利用规划的制定提供基础资料

3、为震害预测和减灾防灾救灾措施的制定提供基础资料

 

地震小区划工作的三个特点:

1、区分不同的地震破坏作用,编制针对性不同的地震小区划图,以便对不同类型的地震破坏作用采取不同的防灾减灾措施。

2、充分考虑场地地形、地质、水文工程地质条件对地震破坏作用和影响。

3、对地区性抗震设防烈度已经确定的城市进行抗震小区划时,可以不必进行地震环境研究(地震危险性分析),而是以设防烈度为基础进行抗震设防区划。

 

 

03 地震区抗震设计原则

1)选择场地和地基

选择对抗震设计有利的场地和地基是抗震设计中最重要的一环。最主要的有:

1.  尽可能避开产生强烈地基失效及其他加重震害地面效应的场地或地基,这类场地或地基的主要有:活断层带、可能产生地震液化的砂层或强烈沉降的淤泥层、厚填土层、可能产生不均匀沉降的地基以及可能受地震引起的崩塌、滑坡等斜坡效应影响的地区,如陡山坡、斜坡及河坎旁。

2.  考虑到地基土石的卓越周期和建筑物的自振周期,尽可能避免结构与地基土石之间产生共振。也就是自振周期长的建筑物尽可能不建在深厚松软沉积之上,而刚性建筑物则不建于卓越周期短的地基上。

3.  岩溶地区地下不深处有大溶洞,地震时可能塌陷的地区不宜作为场地。

4.  避免以加重震害的孤立突出地形作为建筑场地。

 

对抗震有利的场地条件是:

地形开阔平坦;基岩地区岩性均一坚硬或上有较薄的覆盖层;若为较厚的覆盖层则应较密实;地下水埋藏较深;崩塌、滑波泥石流等不发育。

 

2)选探适宜的持力层和基础方案

场地如已选定,即应根据详细查明的场地内地质条件,为各类不同建筑物选择适宜的持力层和基础方案。一般说来,在地震区的松散层上进行建筑,有地下室的深基础有利;

 

如采用桩基应为支撑桩而不能用摩擦桩,且桩基不能改变地基土的类别;高层建筑物以采用达到良好持力层的管桩基础为宜,有的资料认为圆柱形薄壳基础能大大提高地基承强力和减少基础变形,对抗震有利;在易于产生不均匀沉降的地基上以采用钢筋混疑土条形基础或筏式基础为宜。

 

3)建筑物合理布置和结构选型

对于工业民用建筑物选择有利抗震的平面和立面是抗震设计的重要环节,尽量使建筑物的质量中心和刚度中心重合,平面上选择矩形、方形、圆形或其它没有凸出凹进的形状,立面上各部分层数尽量一致,以避免各个部分之间振型不同,受力不同,使平面转折或立面上层数不同的两部分连接处受扭转而断裂、倒塌。减轻重量、降低重心,加强整体性使各部分、各构件之间有足够的刚度和强度。

 

一般砖石承重墙抗拉或抗剪强度较低,抗震性能较差,改善砌体方式及提高灰缝强度以增强抗拉强度,是这类结构抗层的主要措施。

 

钢筋混凝土框架结构抗震性能良好其主要抗震措施是增加角柱配筋和加强柱的箍筋以增加抗弯抗扭性能。