活断层和地震工程地质研究.ppt

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1、第七章第七章 活断层和地震工程地质研究活断层和地震工程地质研究v第一节 概 述 v活断层和地震是两种密切相关的工程动力地质作用。在工程地质学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”工程动力。v世界上90%以上的地震与断层活动有关。根据活断层的活动方式和特点将其分为：（1）蠕滑断层（2）粘滑断层（地震断层）-产生地震第二节第二节 活活 断断 层层 v活断层：指现今正在活动的断层，或近期曾经活动过、不久的将来可能会重新活动的断层。v美国原子能委员会从历史性和现实性观点出发，将活断层分为：v 1.狭义的，称为“活动断层”，其概念是，全新世(1X104a)以来活动的断层

2、，并且未来仍有可能活动，其活动可以找到地质的、历史考古的、地震活动的、地球物理的以及大地测量的诸种证据，它对现代工程实践和地震预报等有着最直接和密切的关系。v2.广义的，称为“能动断层”，其含义是：在过去4a 内至少有过一次活动证据或在过去50X104a内有反复活动的证据；与之有联系的断层；沿该断裂带仪器记录到微震活动。vv一、活动断层对工程建筑影响表现一、活动断层对工程建筑影响表现 v活断层对工程建筑物的影响表现为两个方面。v 1.活断层的地面错断直接损害跨越该断层修建的建筑物；有些活断层错动时附近伴生的地面变形，也会影响到邻近建筑物。v2.伴有地震发生的活断层，强烈的地面振动对较大范围内建

3、筑物的损害。vv二、活断层的基本特征二、活断层的基本特征vv 1.活断层是深大断裂复活运动的产物 v2.活断层的继承性和反复性 活断层往往是继承老的断裂活动的历史而继续发展的，而且现今发生地面断裂破坏的地段过去曾多次反复地发生过同样的断层运动。v 3.活断层的活动方式(1).以地震方式产生间歇性地突然滑动，称地震断层或粘滑型断层。(2).沿断层面两侧岩层连续缓慢地滑动称蠕变断层或蠕滑型断vv三、活动断层参数的定量研究三、活动断层参数的定量研究 v1.活断层的产状v2.活断层的长度和断距v 3.活断层的错动是速率和周期v4.活断层的年龄判据 vv四、活断层的鉴别四、活断层的鉴别 v（一）、地质、

4、地貌和水文地质特征v 1.地质特征 v最新沉积物的地层错开，是活断层最可靠的地质特征。一般地说，只要见到第四纪中、晚期的沉积物被错断，无论是老断层的复活或新断层的出现，均可鉴别为活断层。v 2.地貌特征 v(1).断崖(2).溪流错开(3).封闭洼陷或下陷池塘(4).冲积层中的活断层带经常构成地下水的障壁，这是活断层的特有现象(5).滑坡分布线，由于活断层错动形成的陡崖常发育一系列滑坡。(6).错开的阶地或错开的冲积扇。(7).活断层经常造成同一地貌单位或地貌系统的分解和异常。(8).在活断裂带上滑坡、崩塌和泥石流等动力地质现象常呈线性密集分布。v3水文地质特征 v活动断裂带的透水性和导水性较

5、强，因此当地形、地貌条件合适时，沿断裂带泉水常呈线状分布，且植被发育。此外许多活断层沿线常有温泉出露。它们均可作为活断层的判别标志。v(二)、历史地震和历史地表错断资料v(三)、使用仪器测定 v(四)、地震标志 vv五、活断层区的建筑原则五、活断层区的建筑原则 v1.建筑物场址选择一般应避开活动断裂带 v2.在活断层区的建筑物应采取与之相适宜的建筑型式和结构措施。第三节第三节 地地 震震 v地震：指地壳表层因弹性波传播所引起的震动作用或现象。v地震按其发生的原因可分为：构造地震、火山地震、陷落地震以及诱发地震。vv一、地震地质及地震波基础一、地震地质及地震波基础 v1.地震产生的地质条件v(1

6、).地震带的带状集中分布于地球表面的特定部位。v(2).大陆内部的地震分布也与板块活动有一定的联系。v(3).介质条件：硬脆性介质材料能积聚很大的弹性应变能，而当应变能一旦超过了它的极限强度，就会导致突然的脆性破裂，大量释放应变能而发生强烈地震；v软塑性介质材料在应力条件下则多以塑性变形来调节，将应变能逐渐释放，因而不可能发生地震。v(4).地震都发生在现代构造活动强烈的深大断裂带地应力高度集中的部位。这些部位：活断层的端点、拐点、交汇点、分支点和错裂点，它们被称为活动断裂的锁固段或互锁段。v 2.地震波 v由震源所发生的地震波是一种弹性波，它是地震发生时升起建筑物破坏的原动力。v3.震源机制

7、和震源参数 v断层走向、倾向、倾角，断层两盘错动的方向、幅度，震源断层的长度等vv二、地震的震级和烈度二、地震的震级和烈度 v地震的震级和烈度，是衡量地震的强度，即地震大小和对建筑物破坏程度的标准尺度。v(一)、地震震级 v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。释放的能量愈大则震级愈大。v(二)、地震烈度 v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。vv三、我国地震的分布及地震地质的基本特征三、我国地震的分布及地震地质的基本特征 v1.强震活动一般均分布于区域性活动断裂带范围内

8、。v2.西部地区地震活动的强度和频度明显大于东部地区。v3.强震活动经常发生在断裂带应力集中的特定地段上。v4.绝大多数强震发生在一些稳定断块边缘的深大断裂带上。v5.裂谷型断陷盆地控制强震的发生。v 四、地震效应四、地震效应 v在地震影响所及的范围内，于地面出现的各种震害或破坏，称之为地震效应。v地震效应主要有：v(一)、震动的破坏效应 v地震时地震波在岩土中传播，引起地面运动，使建筑的地基、基础以上都发生振动，亦即给建筑物施力以一个附加荷载，即地震力。当地震力达到某一限度时，建筑物即发生破坏。这种由于地震力作用直接引起建筑物的破坏，称之为振动破坏效应。v (二)、地面破坏效应 v地面破坏效

9、应可分为破裂效应和地基效应两种基本类型。v1.破裂效应破裂效应：指强震导致地面出现地震断层和地裂缝，从而引起跨越破裂带及其附近的建筑物变形或破坏。v 2.地基效应地基效应：指地震使软土震陷、砂土液化及淤泥塑流变形等，从而导致地基失效。v砂土液化或振动液化：饱水砂土因地震而受到强烈振动，使砂粒处于悬浮状态，丧失强度，致使地基失效的现象。v砂土液化的机理：在地震过程中，较疏松的饱水砂士在地震动引起的剪切力反复作用下，砂粒间相互位置产生调整，而使砂土趋于密实。砂土要变密实就势必排水。但在急剧变化的周期性地震力作用下，伴随砂上孔隙度减小而透水性变弱，因而排水愈来愈不通畅。应排除的水来不及排走，而水又是

10、不可压缩的，于是就产生了剩余孔隙水压力(或超孔隙水压力)。此时砂土的抗剪强度为:vv=-(u=-(uo o+u)tg+u)tg v-砂土粒间的法向压力；v-内摩擦角；v uo o-孔隙水压力；vu-超孔隙水压力。vuo owgh，vw-水的密度，vg-重力加速度，vh-水深；vv五、场地工程地质条件对震害的影响五、场地工程地质条件对震害的影响 v(一)、岩土类型和性质 v1.一般地说，在相同的地震力作用下，基岩上震害最轻，其次为硬土，而软土是最重的。v2.松软沉积物厚度对震害的影响也很明显。v3.地层结构对震害也有较大影响。一般情况是：下硬上软的结构震害重，而下软上硬则震害可减轻。尤其当硬土中

11、有软土夹层时，可消减地震能量。v(二)、断裂 v对发震断裂来说，强震时的地表变形破裂，对跨越其上的建筑物来说是不可抵御的，所以采取提高烈度的办法无济于事，而应在选址时避开。v非发震断裂若破碎带胶结较好，则并无加重震害的趋势。所以，非发震断裂应根据断裂带物质的性质，按一般岩土对待即可，不应提高烈度。v(三)、地形地貌 v其总趋势是：孤立突出的地形震害加重，而低洼平坦的地形震害则相对减轻。v局部地形地貌影响震害的实质是：孤突的地形使山体发生共振或地震波被多次反射，而引起地面位移、速度和加速度的放大。(四)、地下水 v总趋势是：饱水的岩土体会影响地震波的传播速度使场地烈度增高。地下水埋深愈小则烈度增

12、加值愈大。地下水埋深在1sin范围内影响最为明显；当地下水埋深大于10m时，影响就不明显了。vv六、地震区抗震设计原则和建筑物防震、抗震措施六、地震区抗震设计原则和建筑物防震、抗震措施 v(一)、建筑场地的选择 v 对防震、抗震有利的建筑场地应该是：地形平坦开阔；岩土坚硬均匀，若土层较厚，则应较密实；无大的断裂，若有则它与发震断裂无联系，且断裂带胶结较好；地下水埋深较大；崩塌、滑坡、岩溶等不良地质现象不发育。建筑场地一定要避开活动断裂带和不稳定斜坡地段，并尽量避开强振动效应和地面效应的地段、孤突地形和地下水埋深过浅地段，以防不测。v(二)、地基持力层和基础方案的选择 v1.地基持力层应以基岩或

13、硬土为好，避免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，支承于下部的硬基上；切忌采用摩擦桩。v 2.也可预先将松软、液化土层加固处理，并采用整体性和刚性较强的筏片基础和箱形基础，基础砌置深度要大些，以防止水平地震力作用时建筑物的倾倒。v 3.同一建筑物的基础，不宜跨越在性质显著不同或厚度变化很大的地基土上。v 4.同一建筑物不要并用几种不同型式的基础。v(三)、建筑物结构型式和抗震措施 v在强震区的工业与民用建筑，其平立面形状以简单方整为好，否则应在转折处或层数变化处留抗震缝。尽量减轻结构重量，降低重心，加强整体性，并有足够的刚度和强度。第四节第四节 诱发地震诱发地震 v由

14、于人类的工程、经济活动而导致发生的地震称之为诱发地震。v诱发地震的类型较多，归纳起来可分为构造型（内动力型）、非构造型（外动力型）和综合型3大类。v 1.构造型：指由于人类活动的触发，使原来已积累一定量级弹性应变能的断裂锁固段破裂而发震。这种类型也可称为断裂活化型。v 2.非构造型：指由于人类活动引起地下岩溶洞穴和采空区塌陷所诱发的地震。v 3.综合型：由构造型和非构造型综合作用所引起的地震活动，即为综合型。v诱发地震区别于天然地震的基本特征 v1.空间分布特征：震中通常密集分布于工程活动区及其附近的较小范围内。v 2.与工程活动的相关性：大量统计资料表明，构造型诱发地震在一定的机制作用下,与

15、工程活动有明显的正相关性。v3.地震序列特征：诱发地震的震型与其成因类型有关。v地震区的工程地质研究及评价v 1.地震工程地质研究的目的任务：(1).查明地震区的地形地貌、地质构造、水文地质条件、地基土类型和传播地震纵波的最大速度；(2).确定地震烈度；(3).依据地质条件确定地震原因、性质、推测其可能的发展，为工程设计提供依据。v2.研究内容：(1).查阅历史地震资料，研究分析有关参数记录，并系统的加以整理，确定地震区的基本烈度。(2).查明地震区的工程地质条件。(3).查明历史上发生的地震震害及地震前兆情况，分析地震影响在场地范围内的分布规律以及与地质构造、地基土类型和地貌等的关系。v(4).查明第四系松散岩层下的基岩、断层、岩溶发育情况，划分出地基土的类型。(5).利用人工地震试验或超声波测井，测定土石传播地震波的速度，用脉动仪测定地面脉动周期。(6).工程地质勘察及试验，查明地震区的地质构造，岩石性质以及地下水的埋藏情况。