工程地质学基础ppt课件.ppt

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1、第二章第二章 活断层工程地质研究活断层工程地质研究提提 要要概述概述活断层基本特征活断层基本特征活断层鉴别标志活断层鉴别标志活断层调查研究方法活断层调查研究方法活断层区建筑原则活断层区建筑原则第一节第一节 概述概述活断层一般是指现今正在活动的断层，或活断层一般是指现今正在活动的断层，或近期曾活动过、不久将来可能重新活动的近期曾活动过、不久将来可能重新活动的断层。后者也称为潜在活断层。断层。后者也称为潜在活断层。断层是地壳构造运动的重要形断层是地壳构造运动的重要形迹。有的断层形成于较晚时期，迹。有的断层形成于较晚时期，在形成以后受到晚期构造背景在形成以后受到晚期构造背景条件控制，仍保持着活动的特

2、条件控制，仍保持着活动的特征。征。早在十八世纪，人们从地早在十八世纪，人们从地震活动与断层活动的关系渐渐震活动与断层活动的关系渐渐意识到断层的活动性特征，经意识到断层的活动性特征，经过几个世纪的研究，对活断层过几个世纪的研究，对活断层的特征有了比较深入的认识。的特征有了比较深入的认识。活断层受控于板块构造活断层受控于板块构造全球构造（板块构造）理论的基本点是，全球构造（板块构造）理论的基本点是，全球划分为六个刚性的岩石圈板块。板块全球划分为六个刚性的岩石圈板块。板块在软流层之上漂移，不断地运动。在软流层之上漂移，不断地运动。板块边界的作用力是中国板块边界的作用力是中国板块边界的作用力是中国板块

3、边界的作用力是中国大陆新生代和现今构造变大陆新生代和现今构造变大陆新生代和现今构造变大陆新生代和现今构造变形的主要动力源。形的主要动力源。形的主要动力源。形的主要动力源。变形呈弥散型变形呈弥散型变形呈弥散型变形呈弥散型 (千公里以千公里以千公里以千公里以上上上上)，集中在不同次级块体，集中在不同次级块体，集中在不同次级块体，集中在不同次级块体的边界上，具相对低的运的边界上，具相对低的运的边界上，具相对低的运的边界上，具相对低的运动速率动速率动速率动速率(小于小于小于小于10mm/a)10mm/a)10mm/a)10mm/a)。次级块体内部变形微弱或次级块体内部变形微弱或次级块体内部变形微弱或次

4、级块体内部变形微弱或整体运动整体运动整体运动整体运动 边界带常常是地质、地球边界带常常是地质、地球边界带常常是地质、地球边界带常常是地质、地球化学和地球物理的结构面，化学和地球物理的结构面，化学和地球物理的结构面，化学和地球物理的结构面，绝大多数大陆地震发生在绝大多数大陆地震发生在绝大多数大陆地震发生在绝大多数大陆地震发生在活动带上。活动带上。活动带上。活动带上。在研究某一个在研究某一个在研究某一个在研究某一个地域的大陆构地域的大陆构地域的大陆构地域的大陆构造变形时需要造变形时需要造变形时需要造变形时需要从活动论的观从活动论的观从活动论的观从活动论的观点，从全球构点，从全球构点，从全球构点，从

5、全球构造框架或区域造框架或区域造框架或区域造框架或区域构造框架出发构造框架出发构造框架出发构造框架出发来自板块边界的作用力是中国大陆新生代和现今构造变形的主要动力源来自板块边界的作用力是中国大陆新生代和现今构造变形的主要动力源来自板块边界的作用力是中国大陆新生代和现今构造变形的主要动力源来自板块边界的作用力是中国大陆新生代和现今构造变形的主要动力源印度洋板块青藏高原关于活断层的定义，目前为止没有完全统关于活断层的定义，目前为止没有完全统一。主要关于过去活断层历史时间的上限一。主要关于过去活断层历史时间的上限界定问题看法不一，不同部门、不同国家界定问题看法不一，不同部门、不同国家都存在差别。都存

6、在差别。岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范 全新活动断裂：全新世（全新活动断裂：全新世（1000010000）年内有过活动或近）年内有过活动或近期正在活动，在将来（期正在活动，在将来（100100年）可能继续活动的断裂。年）可能继续活动的断裂。发震断裂：近期（发震断裂：近期（500500年）发生过年）发生过5 5级以上地震，或在级以上地震，或在未来未来100100年内预测可能发生年内预测可能发生5 5级以上地震的断裂。级以上地震的断裂。水利水电工程地质勘察规范水利水电工程地质勘察规范 活断层：最后一次错动距今活断层：最后一次错动距今10-1510-15万年（晚更新世）万年（晚更新世）的断层。的断

7、层。美国原子能委员会美国原子能委员会（USNRCUSNRC）的定义是：的定义是：（1 1）在）在3.53.5万年内有万年内有过一次或多次活动的过一次或多次活动的断层断层 （2 2）与其他活动断层）与其他活动断层有联系的断层有联系的断层 （3 3）沿该断裂发生过）沿该断裂发生过蠕动或微震活动蠕动或微震活动活断层工程地质研究意义活断层工程地质研究意义活断层的活动可视为一类地质病害，可以活断层的活动可视为一类地质病害，可以对建筑物产生破坏作用而致害。从这个意对建筑物产生破坏作用而致害。从这个意义上讲，活断层的工程地质研究就是要研义上讲，活断层的工程地质研究就是要研究活断层与工程建筑的关系，评价其对建

8、究活断层与工程建筑的关系，评价其对建筑物的破坏作用。筑物的破坏作用。活断层错动变形对建筑物的直接破坏活断层错动变形对建筑物的直接破坏;活断活断层对区域地质环境的影响，如地震、区域层对区域地质环境的影响，如地震、区域地壳稳定、水库地震等。地壳稳定、水库地震等。振动液化（振动液化（Liquefaction Liquefaction）海啸（海啸（Tsunami）对活断层进行研究，充分掌握对活断层进行研究，充分掌握其活动特征，合理评价其对工其活动特征，合理评价其对工程的影响，有时可以安全有效程的影响，有时可以安全有效地降低工程设计标准，节省投地降低工程设计标准，节省投资。资。如黄河小浪底工程坝址区半径

9、如黄河小浪底工程坝址区半径30公里内有公里内有8条大断裂条大断裂 其中王良断裂在坝下游其中王良断裂在坝下游6.5公里公里 断层发生在断层发生在Q1Q2期间期间 断层泥热释光法测年龄：断层泥热释光法测年龄：15.4-18.3万年，万年，37.4-53.2万年万年 Q2的中后期，的中后期，Q3以来再未活动以来再未活动过过 抗震设计，水平加速度抗震设计，水平加速度 节约至少节约至少2 2亿元亿元TQ1Q2 主要内容包括：活断层的类型与活动主要内容包括：活断层的类型与活动方式、继承性与反复性、长度与断距、错方式、继承性与反复性、长度与断距、错动速率与周期动速率与周期。第二节第二节 活断层的基本特征活断

10、层的基本特征一、活断层的类型一、活断层的类型 按照位移方向与水平面的关系：按照位移方向与水平面的关系：（1 1）正断型活断层）正断型活断层 断陷盆地边缘产生差异升降断陷盆地边缘产生差异升降活动。下降盘分支断层多见，形活动。下降盘分支断层多见，形成地堑式的正断层组合。成地堑式的正断层组合。（2 2）逆断型活断层）逆断型活断层 多分布于板块碰撞挤压带。多分布于板块碰撞挤压带。上盘变形带大，出现多分支断层。上盘变形带大，出现多分支断层。（3 3）走滑型活断层）走滑型活断层 常分布于大陆内部的地块之常分布于大陆内部的地块之间的接触部位，水平错动量大，间的接触部位，水平错动量大，断层带宽度不大，很少分支

11、断裂。断层带宽度不大，很少分支断裂。（1 1）粘滑型活断层）粘滑型活断层间歇性突然滑动，常伴有地震活动，也称为地震断层。间歇性突然滑动，常伴有地震活动，也称为地震断层。发生在强度较高的岩石中，断层带锁固能力强，危害大。发生在强度较高的岩石中，断层带锁固能力强，危害大。发震断裂特征：深断裂，裂谷，板块接触带。发震断裂特征：深断裂，裂谷，板块接触带。（2 2）蠕滑型活断层）蠕滑型活断层沿断层面两侧岩层连续缓慢地滑动沿断层面两侧岩层连续缓慢地滑动发生在强度较低的软岩中，断层带锁固能力弱发生在强度较低的软岩中，断层带锁固能力弱一般无震发生，有时可伴有小震一般无震发生，有时可伴有小震。二、活断层的活动方

12、式二、活断层的活动方式 活动断层的产状要素、长度等均是重要的几何要素，这活动断层的产状要素、长度等均是重要的几何要素，这些可以通过勘探等手段得到确定。而活动断裂重新活动往往些可以通过勘探等手段得到确定。而活动断裂重新活动往往并非全断裂都活动，而是部分段的活动，需要确定活动段长并非全断裂都活动，而是部分段的活动，需要确定活动段长度及两旁相应的错断距离。度及两旁相应的错断距离。在关于活断层的建筑设计及有关稳定性的分析论证时，在关于活断层的建筑设计及有关稳定性的分析论证时，需要了解断层需要了解断层活动段长度活动段长度L L和断距和断距D D。对于历史活断层长度和断距，可以从被错动的形迹得到，对于历史

13、活断层长度和断距，可以从被错动的形迹得到，而对于潜在活断层，要根据有关方面进行预测。而对于潜在活断层，要根据有关方面进行预测。一般认为，活断层地表产生的断裂长度与震源体处断裂一般认为，活断层地表产生的断裂长度与震源体处断裂长度相一致。通常是根据活断层可能产生最大地震震级长度相一致。通常是根据活断层可能产生最大地震震级M M，利用统计经验方式及查表确定利用统计经验方式及查表确定L L和和D D。三、断层活动段的长度和断距三、断层活动段的长度和断距如下关系图也可以作为如下关系图也可以作为确定确定L L、D D时使用时使用 有的情况下，可以采用数值分析模拟方法确定断有的情况下，可以采用数值分析模拟方

14、法确定断层长度及断距。层长度及断距。断层断层长度长度1数百公里不等，一般小于数百公里不等，一般小于5.5级地震级地震很少很少产生地表错动。产生地表错动。活断层地震活动是否在地表显现形迹，与地表覆活断层地震活动是否在地表显现形迹，与地表覆盖层厚度、震源深度及震级有关，盖层厚度、震源深度及震级有关，一般覆盖层厚度大一般覆盖层厚度大于于30-50m、震源深度大于震源深度大于10-30km、地震震级小于地震震级小于6级条件下，很少出现地表断裂现象。级条件下，很少出现地表断裂现象。活断层活动速率及相应周期是表明活断层的活动强度的重要指活断层活动速率及相应周期是表明活断层的活动强度的重要指标，是地震强度的

15、重要资料。标，是地震强度的重要资料。1、错动速率、错动速率错动速率是指断层年错动位移量，一般是用若干年总的错动错动速率是指断层年错动位移量，一般是用若干年总的错动量计算得到，因而也称平均错动速率。分为水平和垂直分量。断层量计算得到，因而也称平均错动速率。分为水平和垂直分量。断层错动速率从三个方面获得：错动速率从三个方面获得：（1）精密地形变测量）精密地形变测量是研究现今活动断裂的有效方法。我国许多著名活断层均设是研究现今活动断裂的有效方法。我国许多著名活断层均设有精密水准、三角测量、激光测距等量测工作。有精密水准、三角测量、激光测距等量测工作。有了量测数据，便可以计算错动速率。有了量测数据，便

16、可以计算错动速率。四、错动速率和活动周期四、错动速率和活动周期 （2 2）根据第四纪地层、地质的年代及错动量来获得根据第四纪地层、地质的年代及错动量来获得 研究夷平面、阶地、水系、断崖、土层等，通过测研究夷平面、阶地、水系、断崖、土层等，通过测量错动量及相对年龄，可以计算出平均错动速率。量错动量及相对年龄，可以计算出平均错动速率。等级AAAAA AB BC CD D错动速率(/a)101100.110.010.190%90%火山地震火山地震:7%:7%陷落地震陷落地震 诱发地震诱发地震按成因分类按成因分类 浅源地震：浅源地震：070 km 0300 300 km km 占占4%4%，最深达，最

17、深达720720kmkm震源深度震源深度 巨大地震：巨大地震：M=8 M=8 最大：最大：M=8.9M=8.9，19601960年的智利地震年的智利地震 大地震大地震 ：8M=7 8M=7 强烈破坏地震强烈破坏地震 中地震：中地震：7 7M=5 M=5 破坏性地震破坏性地震 小地震：小地震：5 5M=3,2-4M=3,2-4级有感地震级有感地震 微地震：微地震：3 3M=1M=1 超微地震：超微地震：M=1M6度区）；地震作用；远场（烈度衰减2度以上）近场地震 6、地震波地震波：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。6.地震波地震波体波：通过地

18、球本体传播的波体波：通过地球本体传播的波面波：体波经过反射、折射后，沿地面传播的波面波：体波经过反射、折射后，沿地面传播的波体波体波纵波（纵波（P）：）：压缩波压缩波横波（横波（S：剪切波破坏性最大：剪切波破坏性最大面波面波（L）瑞利波（瑞利波（R）：质点在质点在XZ面上椭圆滚动前进面上椭圆滚动前进勒夫波（勒夫波（Q）：质点在：质点在XY面上曲线前进面上曲线前进VpVsVL瑞利波瑞利波勒夫波勒夫波7.7.震级（震级（M M）：是衡量地震本身大小的尺度，是衡量地震本身大小的尺度，由由地地震所释放出来的能量大小所决定。震所释放出来的能量大小所决定。MLOGAA：距震中距震中100公里处标准地震仪在

19、地面所记录的震波公里处标准地震仪在地面所记录的震波最大振幅。（微米）最大振幅。（微米）标准地震仪：自振周期标准地震仪：自振周期0.8秒，阻尼比秒，阻尼比0.8，最大静，最大静力放大倍率为力放大倍率为2800。能量能量E（J）与震级（与震级（M)关系关系：理论上理论上M无上限，实际上，因地壳岩石强度有限，即无上限，实际上，因地壳岩石强度有限，即累积应变能有限，目前最大累积应变能有限，目前最大M为为8.9级。级。logE=4.8+1.5M8 8 烈度烈度：一次地震于某地地面震动强烈程度。：一次地震于某地地面震动强烈程度。与地震释放的与地震释放的能量大小、震源深度、震中距、震域介质能量大小、震源深度

20、、震中距、震域介质条件条件有关。有关。一次地震只有一个一次地震只有一个M，但有不同但有不同I。震中烈度用震中烈度用I0表示。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。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（据浅源地震（据152次大震统计）震级与烈度的关系：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。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面，烈度划分以两方面

21、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），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。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，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）。房屋及器物地物震害程度，加速度和速度（参考）。

22、等级：等级：I I 级级 几个烈度概念：几个烈度概念：烈度人的感觉一般房屋其它现象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/S2）（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（2244）3（24）VI惊慌失措，仓惶逃出损坏个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝00.10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

23、度裂缝、掉头63（4589）6（59）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0.110.30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(90177)13(1018)VIII摇晃颠簸，行走困难中等破坏结构受损，需要修理0.310.50干硬土上变有裂缝，大多数砖囱严重破坏250(178353)25(1935)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0.510.70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(354707)25(1935)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

24、部倒塌，不堪修复0.710.90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(7081414)100(72141)XI毁灭0.911.00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，山河改观中国地震烈度表（中国地震烈度表（19801980）使用说用）使用说用 （）烈度（）烈度 VIVI度，判定地震烈度以房屋震害为主，人的感觉仅供参考；度，判定地震烈度以房屋震害为主，人的感觉仅供参考；X X度应结合建筑物或构筑物的破坏程度，并根据地表现象来确定；度应结合建筑物或构筑物的破坏程度，并根据地表现象来确定；XIXI、XIIXII度的度的评定，需要专门研究。评定，需

25、要专门研究。（）（）“一般房屋一般房屋”在中国地震烈度表（在中国地震烈度表（19801980）中指土构架和土、石）中指土构架和土、石砖墙构造的旧式房屋和单层或多层未经抗震设计的新式砖房。由于我国城市目砖墙构造的旧式房屋和单层或多层未经抗震设计的新式砖房。由于我国城市目前一般都已设防，有的乡村也开始设防，烈度表中的前一般都已设防，有的乡村也开始设防，烈度表中的“一般房屋一般房屋”一般已不普一般已不普遍，调查中应区别设防与不设防的房屋破坏程度对烈度的反映，给出合理的烈遍，调查中应区别设防与不设防的房屋破坏程度对烈度的反映，给出合理的烈度值。对于质量特别差或特别好的房屋，可根据具体情况，对表列各烈度

26、的震度值。对于质量特别差或特别好的房屋，可根据具体情况，对表列各烈度的震害程度和震害指数予以提高或降低。害程度和震害指数予以提高或降低。（）（）“人的感觉人的感觉”指平房内或楼房低层内人的感觉。指平房内或楼房低层内人的感觉。（）表中震害指数是对上述（）表中震害指数是对上述“一般房屋一般房屋”而言。而言。“完好完好”为，为，“毁灭毁灭”为，中间按表列震害程度分级。平均震害指数是对所有房屋的震害指数的为，中间按表列震害程度分级。平均震害指数是对所有房屋的震害指数的总平均值而言，可以用普查或抽查的方法确定之。总平均值而言，可以用普查或抽查的方法确定之。（）使用本表时可根据地区具体情况，作出临时的补充

27、规定。（）使用本表时可根据地区具体情况，作出临时的补充规定。（）烟囱指工业或取暖用的锅炉房烟囱。（）烟囱指工业或取暖用的锅炉房烟囱。（）表中数量词的说明：个别：以下；少数：；（）表中数量词的说明：个别：以下；少数：；多数：；大多数：；普遍：以上。多数：；大多数：；普遍：以上。（）对重要的工业设施，如桥梁、重要车间、高层建筑、巷道等，要进（）对重要的工业设施，如桥梁、重要车间、高层建筑、巷道等，要进行专门的调查，在调查中应结合设防情况进行评估。行专门的调查，在调查中应结合设防情况进行评估。（1 1）地震基本烈度（地震基本烈度（I I基基）：一定时间和一定地区范围内一般场：一定时间和一定地区范围内

28、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。地条件下可能遭遇的最大烈度。一个地区的平均烈度。（2 2）场地烈度（场地烈度（I I场场）：同一：同一I I基基区区，场地条件不同而进一步划分，场地条件不同而进一步划分，对对I I基基修正。修正。（3 3）设防烈度（设计烈度）（设防烈度（设计烈度）（I I设设）：是抗震设计所采用的烈度。：是抗震设计所采用的烈度。依建筑物重要性、抗震性、经济性、对依建筑物重要性、抗震性、经济性、对I I基基调整。原则上一般建筑用调整。原则上一般建筑用I I基基，重要建筑适当提高。设计部门很少用，重要建筑适当提高。设计部门很少用I I场场。V V度区不设防。度

29、区不设防。二、地震发生的主要条件二、地震发生的主要条件1.1.介质条件介质条件2.2.结构条件结构条件活断层的一些特定部位：端点、拐点、交汇点等。活断层的一些特定部位：端点、拐点、交汇点等。3.3.构造应力条件构造应力条件研究构造应力主要包括研究构造应力主要包括 1 1、3 3的方向及其实测值，的方向及其实测值，并研究构造应力方向与断层的关系。并研究构造应力方向与断层的关系。坚硬岩石坚硬岩石现代构造运动强烈的部位，现代构造运动强烈的部位，应力集中应力集中三、地震地质的基本特征1.强震活动受活动构造的控制2.大陆地震受控于现代构造应力场3.强震活动经常发生在断裂带应力集中的特定地段上古浪(192

30、7.8)山丹（1974.7.5）昌马(1932.7.5)海源(1920.8.5)4.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。5.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。四、震源机制和震源参数四、震源机制和震源参数1.1.震源机制：震源机制：地震发生的物理过程或震源物理过程。可以通过地震发生的物理过程或震源物理过程。可以通过多个地震台的地震记录图来确定。主要依据初到多个地震台的地震记录图来确定。主要依据初到P P波的方向。波的方向。1313单力偶单力偶双力偶双力偶P P波的初动具有明显的象限分布特点。波的初动具有明显的象限分布特

31、点。平移断层平移断层正断层正断层逆断层逆断层2.2.震源参数震源参数 ：反映震源断层的一些特征量或物理量反映震源断层的一些特征量或物理量包括：断层走向、倾向、倾角、断层错动方向、震源包括：断层走向、倾向、倾角、断层错动方向、震源断层长度、宽度、断层错距、震源应力方向等。断层长度、宽度、断层错距、震源应力方向等。求解求解：（1 1）震源机制解）震源机制解（2 2）等震线的几何特征）等震线的几何特征（3 3）根据经验公式，据震级等计算断层长度、错距，根据经验公式，据震级等计算断层长度、错距，（4 4）根据震前后大地变形推求断层位量、方向、错距、类型等根据震前后大地变形推求断层位量、方向、错距、类型

32、等 （1 1）等震线的几何特征等震线的几何特征等震线图上最内一根等震线的长轴方向就是断层断层面的走向。等震线图上最内一根等震线的长轴方向就是断层断层面的走向。当极震区两侧的等震线基本对称时，断层面近乎直立当极震区两侧的等震线基本对称时，断层面近乎直立当等震线不对称时，断层面向波及得宽的那个方向倾斜，不对当等震线不对称时，断层面向波及得宽的那个方向倾斜，不对 称性愈显著，称性愈显著，说明断层面愈缓。说明断层面愈缓。（2 2）地表断层和裂缝）地表断层和裂缝一般认为：大地震时在地面产生的地震断层和变形带的走向代一般认为：大地震时在地面产生的地震断层和变形带的走向代表了震源断层面的走向。表了震源断层面

33、的走向。第三节第三节 地地 震震 效效 应应 地震效应地震效应地震作用影响所及的范围内，地表出现的地震作用影响所及的范围内，地表出现的各种震害和破坏。各种震害和破坏。取决于三方面：场地工程地质条件；震级、震中距；建筑物类取决于三方面：场地工程地质条件；震级、震中距；建筑物类型及结构。型及结构。振动破坏效应振动破坏效应引起建筑物破坏引起建筑物破坏地面破坏效应地面破坏效应地面破裂及地基液化、沉陷等地面破裂及地基液化、沉陷等斜坡破坏效应斜坡破坏效应滑坡、崩塌、泥石流等滑坡、崩塌、泥石流等三种破坏三种破坏效应效应一、振动破坏效应一、振动破坏效应地震地震地面运动地面运动建筑物振动建筑物振动建筑物破坏建筑

34、物破坏(强度、刚度、整体性不够产生破裂或倒塌）强度、刚度、整体性不够产生破裂或倒塌）地震（地震（a,v,A)两种分析方法两种分析方法1.1.静力法静力法2.2.动力分析法动力分析法假设：假设：1 1）建筑物是刚体，即建筑物的各部分作为一个）建筑物是刚体，即建筑物的各部分作为一个整体整体（一（一个质点），具有相同的加速度。个质点），具有相同的加速度。2 2）建筑物受力振动加速度和地面加速度是相同的）建筑物受力振动加速度和地面加速度是相同的3 3）将地震力视为由地面振动）将地震力视为由地面振动a amaxmax引起的引起的惯性力惯性力，是固定不，是固定不变的。变的。建筑物受到的地震力建筑物受到的地

35、震力P为：为：其中其中 当当amax为水平矢量，称其为水平地震系数为水平矢量，称其为水平地震系数kc，相应地相应地为垂直地震系数为垂直地震系数k/c；g为重力加速度；为重力加速度；PW1.1.静力法静力法我国规定我国规定 KcKc=(1/2-1/3)Kc =(1/2-1/3)Kc 在震中区铅直地震力不能忽视，甚至可与水平在震中区铅直地震力不能忽视，甚至可与水平加速度相等加速度相等远离震中区，铅直加速度大为减少远离震中区，铅直加速度大为减少一般：不考虑一般：不考虑KcKc,但在有倾覆、滑动危险的但在有倾覆、滑动危险的结构，如挡土墙、水坝等，需用结构，如挡土墙、水坝等，需用KcKc核算。核算。在高

36、烈度（在高烈度（VIIVII度以上）区必须考虑地震力核度以上）区必须考虑地震力核算的稳定性。算的稳定性。（1 1）工工业业与与民民用用建建筑筑：建建筑筑物物的的破破坏坏主主要要与与水水平平地地震震力力作作用用下下的的水水平平滑滑动动及及结结点点脱脱开开有有关关，故故实实际际上为稳定性课题，其表达为：上为稳定性课题，其表达为：式式中中：f f、c c为为地地基基与与基基础础间间或或滑滑动动面面上上的的摩摩擦擦系系数数及及粘粘聚聚力力；W W为为建建筑筑物物的的重重量量；A A为为建建筑筑物物基基础础底底面面或滑动面的面积；或滑动面的面积；KcKc为水平地震系数。为水平地震系数。K1时，建筑物稳定

37、时，建筑物稳定 （2 2）水坝水坝应考虑两种情况：应考虑两种情况：只考虑水平地震力作用时，只考虑水平地震力作用时，在水平与铅直地震力共同作用时，在水平与铅直地震力共同作用时，式中：式中：HsHs：由库水及渗透水流等形成的水平推：由库水及渗透水流等形成的水平推力；力；HsHs为地震加大了的静水压力为地震加大了的静水压力静力分析方法虽较简便，但往往与实际情况有较大出静力分析方法虽较简便，但往往与实际情况有较大出入。入。随着强震仪器记录资料的积累，发现在很多情况下地随着强震仪器记录资料的积累，发现在很多情况下地面最大加速度值与相应的地震破坏并不完全吻合。面最大加速度值与相应的地震破坏并不完全吻合。振

38、动破坏效应并不仅仅决定于振动破坏效应并不仅仅决定于地面振动最大加速度值地面振动最大加速度值的大小，还与的大小，还与地震波在介质中的振动持续时间、振动地震波在介质中的振动持续时间、振动周期以及建筑物结构特性周期以及建筑物结构特性有关。有关。地震波在介质中的地震波在介质中的振动持续时间和振动周期振动持续时间和振动周期，主要取，主要取决于岩土体的类型、性质和厚度等因素。决于岩土体的类型、性质和厚度等因素。因此，分析地震对建筑物振动作用时，应按实际情况因此，分析地震对建筑物振动作用时，应按实际情况将地震力视为大小和方向随时间而变化的振动力；要将地震力视为大小和方向随时间而变化的振动力；要考虑到地振动的

39、幅度、周期和持续时间。同时，应考考虑到地振动的幅度、周期和持续时间。同时，应考虑建筑物的材料、结构和高度，并将它作为弹性体或虑建筑物的材料、结构和高度，并将它作为弹性体或弹塑性体来看待。弹塑性体来看待。2.2.动力分析法动力分析法 实际情况：实际情况：a a、A A、v v方向随时间变化，建筑与方向随时间变化，建筑与地面物理特性不同，不同建筑的反应也不同，如地面物理特性不同，不同建筑的反应也不同，如（a a、T T等）。故广泛用动力分析法评价等）。故广泛用动力分析法评价地震对建地震对建筑物的作用，考虑场地工程地质条件、建筑物结筑物的作用，考虑场地工程地质条件、建筑物结构特点构特点、地震历时等因

40、素。视地面与建筑为一个地震历时等因素。视地面与建筑为一个动态系统。动态系统。三种方法：三种方法：模型模拟、计算机模拟分析、简化反应谱模型模拟、计算机模拟分析、简化反应谱 计算机模拟分析计算机模拟分析输入强震波谱模拟地震输入强震波谱模拟地震作用，了解振动过程，求振动阻力和动位移。将作用，了解振动过程，求振动阻力和动位移。将建筑控制在弹性变形限度内。建筑控制在弹性变形限度内。简化反应谱法简化反应谱法认为建筑结构为单质点系的弹性体，作用于其基底的地震运认为建筑结构为单质点系的弹性体，作用于其基底的地震运动为简谐振动。所测得结构系统的动力反应，不仅取决于地动为简谐振动。所测得结构系统的动力反应，不仅取

41、决于地面振动的最大加速度，还取决于结构本身的动力特性。面振动的最大加速度，还取决于结构本身的动力特性。结构振动性能由其自振周期和阻尼比决定。结构振动性能由其自振周期和阻尼比决定。考查在受到不同时刻的地震加速度考查在受到不同时刻的地震加速度a a0 0后，建筑所表现的加速后，建筑所表现的加速度度a a的大小。的大小。原理：由质点受振动后的性能可建立微分方程，该方程中包原理：由质点受振动后的性能可建立微分方程，该方程中包括了质点括了质点a a及地面及地面a a0 0，解方程时，按简化的办法输入一次地震解方程时，按简化的办法输入一次地震的不同时刻的的不同时刻的a a0 0，得到一系列，得到一系列a

42、amaxmax值，得到一个特定值，得到一个特定T T、阻尼下阻尼下反应谱曲线。反应谱曲线。不同阻尼时的加速度反应谱不同阻尼时的加速度反应谱 卓越周期：卓越周期：地震波在地层中传播时，经过各种不同性质的界面时，由于多地震波在地层中传播时，经过各种不同性质的界面时，由于多次反射、折射，将出现不同周期的地震波，而土体对于不同的次反射、折射，将出现不同周期的地震波，而土体对于不同的地震波有地震波有选择放大选择放大的作用，某种岩土体总是对某种周期的波选的作用，某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出、明显，这种被选择放大的波的周期即称为该岩择放大得突出、明显，这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓

43、越周期。土体的卓越周期。卓越周期与土层的厚度、土层的性质，尤其是剪切波在土层卓越周期与土层的厚度、土层的性质，尤其是剪切波在土层中的传播速度有关。中的传播速度有关。动力系数动力系数：不同自振周期的单质点弹性结构在水平地震：不同自振周期的单质点弹性结构在水平地震力作用下的最大加速度与地面最大加速度的比值。力作用下的最大加速度与地面最大加速度的比值。物理含义是质点对物理含义是质点对a a0 0的放大倍数。的放大倍数。地震影响系数（地震影响系数（）：）：=Kc=Kc 不同土层：不同土层：单一土层：单一土层：二二 地面破坏效应地面破坏效应地面破裂效应地面破裂效应地基基底效应地基基底效应地震断层地震断层

44、地面裂缝地面裂缝沉降沉降砂土液化砂土液化地基滑移地基滑移1.1.地面破裂效应地面破裂效应 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。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。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。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。位置一般按已有的主干断层线或分支断裂线出现。走滑断裂走滑断裂 地表断裂方向与之相吻合。地表断裂方向与之相吻合。逆逆 断断 裂裂 地表断裂与原断层有一定偏移。地表断裂与原断层有一定偏移。正正 断断 裂裂 介于走、逆之间介

45、于走、逆之间。地面破裂产生的可能性地面破裂产生的可能性：与断层活动方式、震源深度、：与断层活动方式、震源深度、M M、覆盖层厚等有关。覆盖层厚等有关。（1 1）断裂活动就可能产生地表断裂。）断裂活动就可能产生地表断裂。（2 2）与上部土层厚有关。）与上部土层厚有关。一般覆盖层一般覆盖层30-5030-50m m以上很少出现地表断裂。以上很少出现地表断裂。（3 3）M7.2M7.2级几乎都产生，级几乎都产生，M=6M=6级、震源级、震源10-3010-30KmKm时，很时，很少产生。少产生。地表断裂宽度：地表断裂宽度：由一条主干断裂带构成，可能为狭长断由一条主干断裂带构成，可能为狭长断面，或一个

46、带包括影响带常常有几英尺至几十英尺以上。面，或一个带包括影响带常常有几英尺至几十英尺以上。且逆断层且逆断层 正断层正断层 走滑。对于倾角走滑。对于倾角45-9045-90度断层，宽度度断层，宽度约等于约等于 (上部土层临界厚度上部土层临界厚度)。2.2.地基基底效应地基基底效应 强烈震动作用下，强烈震动作用下，土体较大变形移动，土体较大变形移动，使地基承载力下降使地基承载力下降或丧失，由此造成或丧失，由此造成建筑物的破坏。建筑物的破坏。地基强烈沉降或不地基强烈沉降或不均匀沉降均匀沉降地基水平滑移地基水平滑移砂基地震液化砂基地震液化 机理机理：饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用饱水砂土在地震

47、、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。状态，致使地基失效的作用或现象。1 1、液化机理、液化机理：砂土的抗剪强度：砂土的抗剪强度：砂基液化问题：砂基液化问题：2.2.影响砂土液化的因素影响砂土液化的因素1 1）土的类型及性质）土的类型及性质粒度粒度粉、细砂土最易液化；高烈度时，亚砂土、轻粉、细砂土最易液化；高烈度时，亚砂土、轻亚粘土、中砂也可液化。亚粘土、中砂也可液化。我国我国90%90%发生在粉、细砂土、亚砂土中。发生在粉、细砂土、亚砂土中。粉粒含量粉粒含量40%40%时，极易液化；

48、时，极易液化；粘粒含量粘粒含量12.5%12.5%时，极难液化。时，极难液化。极易液化土的特征是：极易液化土的特征是：平均粒度平均粒度0.02-0.100.02-0.10mmmm，不均匀系数不均匀系数=2-8=2-8，粘粒含量粘粒含量10%10%密实度密实度 松砂极易液化，密砂不易液化。松砂极易液化，密砂不易液化。相对密度相对密度Dr50%Dr80%Dr80%时，不易时，不易液化。液化。成因及年代成因及年代多为冲积成因的粉细砂土，如滨海平原、河口三多为冲积成因的粉细砂土，如滨海平原、河口三角洲等。角洲等。沉积年代较新：结构松散、含水量丰富、地下水沉积年代较新：结构松散、含水量丰富、地下水位浅位

49、浅2 2）饱和砂土的埋藏分布条件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。（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。一般砂层上覆非液化土层愈厚，液化可能性愈小。一般埋深埋深大于大于10-1510-15m m就难以液化了。就难以液化了。地下水位埋深地下水位埋深愈大，愈不易液化。实际上，地下水愈大，愈不易液化。实际上，地下水埋深埋深3-43-4m m时，液化现象很少，一般把液化最大地下水时，液化现象很少，一般把液化最大地下水埋深定为埋深定为5 5m m。砂层越厚越易液化。砂层越厚

50、越易液化。3 3）地震活动的强度及历时地震活动的强度及历时 地震力（剪应力）地震力（剪应力）是砂土液化的动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。波及范围愈广。度以下地区很少有液化现象；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；度区只能使疏松的粉、细砂层液化；而而 度以上地区才能使粗粒及粘粒含量较高的度以上地区才能使粗粒及粘粒含量较高的土液化。土液化。强度很高的地区即震中区附近，因地振动以垂直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。为主，也不易产生液化。液化范围（液化最远点，