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第第1章章地震基础知识与工程结构抗震设防地震基础知识与工程结构抗震设防1.2 1.2 1.2 1.2 地震的一些基本概念地震的一些基本概念地震的一些基本概念地震的一些基本概念地地震震是是指指因因地地球球内内部部缓缓慢慢积积累累的的能能量量突突然然释释放放而而引引起起的地球表层的振动的地球表层的振动。地地震震是是一一种种自自然然现现象象，地地球球上上每每天天都都在在发发生生地地震震，一一年年约约有有500万万次次。其其中中约约5万万次次人人们们可可以以感感觉觉到到；能能造造成成破破坏坏的的约约有有1000次次；7级级以以上上的的大大地地震震平平均均一一年年有有十十几几次次。目目前前记记录录到到的的世世界界上上最最大大地地震震是是9.0级级，发发生生于于2011年年3月月11日日的的日日本地震。本地震。什么是地震？什么是地震？什么叫震源、震中、震中距？什么叫震源、震中、震中距？地球内部发生地震的地方叫地球内部发生地震的地方叫震源震源；震源在地面上的投影点称为震源在地面上的投影点称为震中震中；震中及其附近的地方称为震中及其附近的地方称为震中区震中区，也称，也称极震区极震区 ；从震中到地面上任何一点的距离称为从震中到地面上任何一点的距离称为震中距震中距。地震分类地震分类一一.按地震成因分类按地震成因分类-天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震1.1.构造地震构造地震 破坏性地震主要属于构造地震。据统计，构造地震约破坏性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占世界地震总数的90%以上。以上。92%的地震发生在的地震发生在地壳中，地壳中，其余的发其余的发生在地幔上部生在地幔上部地震地震天然地震天然地震人工地震人工地震2.2.火山地震火山地震 由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震，这类地震只占全世界地震的为火山地震，这类地震只占全世界地震的7%左右。左右。1914年日本樱岛火山爆发，产生的震动相当于一个年日本樱岛火山爆发，产生的震动相当于一个6.7级级地震。地震。3.3.陷落地震陷落地震由于地下溶洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为由于地下溶洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小，次数也很少。塌陷地震。这类地震的规模比较小，次数也很少。人工地震人工地震 因人为因素直接造成的地震是人工地震。因人为因素直接造成的地震是人工地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。力，有时也会诱发地震。1962年年3月月19日在广东河源新丰江水库坝区发生日在广东河源新丰江水库坝区发生了迄今我国最大的水库诱发地震，震级为了迄今我国最大的水库诱发地震，震级为6.1级。级。-天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震地震地震天然地震天然地震人工地震人工地震二二.按震源深浅分类按震源深浅分类浅源地震浅源地震震源深度小于震源深度小于60千米的称为浅源地震。千米的称为浅源地震。全世界全世界85%以上的地震都是浅源地震。以上的地震都是浅源地震。中源地震中源地震震源深度在震源深度在60至至300千米的称为中源地震。千米的称为中源地震。深源地震深源地震震源深度在震源深度在300千米以上的称为深源地震。千米以上的称为深源地震。浅源地震波及范围小，但破坏力大；深源地震波及范浅源地震波及范围小，但破坏力大；深源地震波及范围大，但破坏力小。围大，但破坏力小。2002 2002年年6 6月月2929日晨日晨1 1：2020发生于吉林的发生于吉林的7.27.2级地震，震源级地震，震源深度为深度为540km540km，无破坏。，无破坏。目前有记录的最深震源达目前有记录的最深震源达720公里。公里。地震分类地震分类 1960 1960年年2 2月月2929日发生于摩洛哥艾加迪尔城的日发生于摩洛哥艾加迪尔城的5.85.8级地震，级地震，深度为深度为3km3km。震中破坏极为严重，但破坏仅局限在震中。震中破坏极为严重，但破坏仅局限在震中8km8km内。内。地震波地震波地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。地震波分为体波和面波。地震波分为体波和面波。体波体波横波（横波（S S波）波）纵波（纵波（P P波）波）面波面波瑞利波瑞利波乐甫波乐甫波横波特点横波特点:周期长、振幅大、周期长、振幅大、波速慢波速慢,100-800m/s,100-800m/s纵波特点纵波特点:周期短周期短,振幅小振幅小,波速快波速快,200-1400m/s,200-1400m/s面波比体波衰减慢、振幅大、面波比体波衰减慢、振幅大、周期长、传播远。建筑物破坏周期长、传播远。建筑物破坏主要由面波造成。主要由面波造成。杂波P波开始S波开始面波开始地震波地震波图示地震图示地震P波波(纵波纵波)和和S波波(横波横波)运行时弹性运行时弹性岩石运动的形态岩石运动的形态地震波地震波1.3 1.3 震级与烈度震级与烈度一、一、一、一、地震震级地震震级地震震级地震震级1.1.1.1.定义定义定义定义 能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约差约32倍；相差二级，能量相差倍；相差二级，能量相差10001000倍。倍。反映一次地震本身大小的等级，用反映一次地震本身大小的等级，用M M表示表示式中式中A A表示标准地震仪距震中表示标准地震仪距震中100km100km纪录的最大水平地纪录的最大水平地动位移，单位为微米。动位移，单位为微米。2.2.2.2.震级与能量的关系震级与能量的关系震级与能量的关系震级与能量的关系一个一个6 6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。级地震相当于一个两万吨级的原子弹。能量能量E E的单位：尔格（的单位：尔格（1 1尔格尔格=）3.3.3.3.按震级的地震分类按震级的地震分类按震级的地震分类按震级的地震分类序号地震分类震级范围破坏现象1微震小于2级人感觉不到，只有仪器才能记录下来2有感地震24级 人能感觉到3破坏性地震5级以上地震 能够引起不同程度破坏4强烈地震或大震 7级以上地震 有破坏5特大地震8级以上地震 有破坏由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成的破坏的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，破坏力不一破坏力不一定就小。定就小。二、二、二、二、地震烈度地震烈度地震烈度地震烈度 一般而言，震级越大，烈度就越大。同一次地震，震一般而言，震级越大，烈度就越大。同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。影响烈度的因素，除了中距小烈度就高，反之烈度就低。影响烈度的因素，除了震级、震中距外，还与震源深度、地质构造和地基条件等震级、震中距外，还与震源深度、地质构造和地基条件等因素有关。因素有关。1.1.1.1.定义及影响因素定义及影响因素定义及影响因素定义及影响因素 一次地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度，一次地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度，简称为烈度。用简称为烈度。用I I表示。表示。2.2.2.2.地震烈度表地震烈度表地震烈度表地震烈度表地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。我国在我国在19901990年制定了年制定了中国地震烈度表中国地震烈度表。中国地震烈度表中国地震烈度表将地震烈度分为将地震烈度分为1-121-12度。度。无感无感1室内室内个别个别静止中的人静止中的人感觉感觉2悬挂物微动悬挂物微动门、窗轻微作响门、窗轻微作响室内室内少数少数静止中的人静止中的人感觉感觉3悬挂物明显摆动，器皿作响悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响门、窗作响室内多数人感觉。室室内多数人感觉。室外外少数少数人感觉。人感觉。少数少数人梦中惊醒人梦中惊醒43（2-4）31（22-44）不稳定器物翻倒不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝出现微细裂缝室内室内普遍普遍感觉。室外感觉。室外多数多数人感觉。人感觉。多数多数人人梦中惊醒梦中惊醒56（5-9）63（45-89）河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头损坏损坏个别砖瓦掉落、个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝墙体微细裂缝惊惶失措，仓皇逃出惊惶失措，仓皇逃出613（10-18）125（90-177）河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软河岸出现坍方。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土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏轻度破坏轻度破坏局部破坏局部破坏开裂，但不妨碍使用开裂，但不妨碍使用大多数大多数人仓皇逃出人仓皇逃出725（19-35）250（178-353）干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏中等破坏中等破坏结构受损，结构受损，需要修理需要修理摇晃颠簸，行走困难摇晃颠簸，行走困难850（36-71）500（354-707）干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌严重破坏严重破坏墙体龟裂，墙体龟裂，局部倒塌，修复困难局部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人坐立不稳。行动的人可能摔跤可能摔跤9100（72-141）1000（708-1414）山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁多数砖烟囱从根部破坏或倒毁倒塌倒塌大部倒塌，不大部倒塌，不堪修复堪修复骑自行车的人会摔倒。骑自行车的人会摔倒。处不稳状态的人会摔处不稳状态的人会摔出几尺远。有抛起感出几尺远。有抛起感10地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏毁坏毁灭毁灭11地面剧烈变化，山河改观地面剧烈变化，山河改观12个别：个别：10%以下以下少数：少数：10%50%多数：多数：50%70%大多数：大多数：70%90%普遍：普遍：90%以上以上速度速度加速度加速度其它现象其它现象一般房屋一般房屋人的感觉人的感觉烈烈度度3.3.3.3.基本烈度基本烈度基本烈度基本烈度 一个地区未来一个地区未来5050年内一般场地条件下可能遭受的具有年内一般场地条件下可能遭受的具有10%10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。相当于相当于475475年一遇的最大地震的烈度。年一遇的最大地震的烈度。各地区的基本烈度由各地区的基本烈度由中国地震动参数区划图中国地震动参数区划图 （GB18306-2001)GB18306-2001)确定。确定。（下图是原中国地震烈度区划图）（下图是原中国地震烈度区划图）基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。中国地震烈度区划图中国地震烈度区划图 按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度称为设防烈度。的地震烈度称为设防烈度。规范规定：一般情况下，可采用规范规定：一般情况下，可采用中国地震动参数区划图中国地震动参数区划图中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的城市，可中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度进行抗震设防。按批准的抗震设防烈度进行抗震设防。4.4.4.4.设防烈度设防烈度设防烈度设防烈度设防烈度的取值依据：设防烈度的取值依据：规范规定：规范规定：抗震设防烈度为抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计度及以上地区的建筑必须进行抗震设计规范附录中列出了安徽省主要城镇的抗震设防烈度。规范附录中列出了安徽省主要城镇的抗震设防烈度。如：如：1.1.抗震设防烈度为抗震设防烈度为7 7度，设计基本地震加速度值为度，设计基本地震加速度值为0.15g:0.15g:五河县，泗县；五河县，泗县；设计地震分组均为第一组。设计地震分组均为第一组。2.2.抗震设防烈度为抗震设防烈度为7 7度，设计基本地震加速度值为度，设计基本地震加速度值为0.10g:0.10g:合肥市，蚌埠市，阜阳市，淮南市，安庆市，六安市；合肥市，蚌埠市，阜阳市，淮南市，安庆市，六安市；设计地震分组均为第一组。设计地震分组均为第一组。3.3.抗震设防烈度为抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为度，设计基本地震加速度值为0.05g:芜湖市，铜陵市，马鞍山市；设计地震分组均为第一组芜湖市，铜陵市，马鞍山市；设计地震分组均为第一组;宿州市设计地震分组为第三组宿州市设计地震分组为第三组;淮北市设计地震分组为第二组。淮北市设计地震分组为第二组。建筑所在地区在设计基准期（建筑所在地区在设计基准期（5050年）内出现的频度最年）内出现的频度最高的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度，用高的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度，用IsIs表示。其超表示。其超越概率为越概率为63.2%63.2%，重现期为，重现期为5050年。年。5.5.5.5.多遇烈度多遇烈度多遇烈度多遇烈度 6.6.6.6.罕遇烈度罕遇烈度罕遇烈度罕遇烈度 建筑所在地区在设计基准期（建筑所在地区在设计基准期（5050年）内具有超越概率年）内具有超越概率2%-3%2%-3%的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为20002000年。年。三种烈度地震之间的关系三种烈度地震之间的关系三种烈度地震之间的关系三种烈度地震之间的关系Chapter 1三、地震烈度、震级与地震影响的关系三、地震烈度、震级与地震影响的关系三、地震烈度、震级与地震影响的关系三、地震烈度、震级与地震影响的关系（1）5.05.4级地震，震中烈度多为六度，其面积小于级地震，震中烈度多为六度，其面积小于500平方公里。平方公里。（2）5.5 5.9级地震，震中烈度多为七度，其面积不超过级地震，震中烈度多为七度，其面积不超过200平方公平方公 里；六度区面积也只有数百平方公里。里；六度区面积也只有数百平方公里。（3）6.0 6.4级地震，震中烈度多数为八度，其面积几十平方公里；七级地震，震中烈度多数为八度，其面积几十平方公里；七 度区不超过度区不超过200平方公里，六度区数百平方公里，如震中烈度为七平方公里，六度区数百平方公里，如震中烈度为七 度，则与度，则与5.55.9级地震结果相同。级地震结果相同。（4）6.5 6.9地震，震中烈度一半为八度，结果与地震，震中烈度一半为八度，结果与6.0 6.4级地震一样；级地震一样；另一半为九度，其面积小于另一半为九度，其面积小于100平方公里，八度区不超过平方公里，八度区不超过500平方公里，平方公里，七度区则在七度区则在1500平方公里以内。平方公里以内。（1）5.0 5.9级地震造成人员伤亡者占级地震造成人员伤亡者占24%。而仅引起人员死亡的地震。而仅引起人员死亡的地震 更少，只占更少，只占11.5%。一次。一次5级多地震中死亡人数最多为级多地震中死亡人数最多为117人，而死人，而死 亡亡29人以上的地震都发生在夜间。人以上的地震都发生在夜间。（2）6.0 6.9级地震有级地震有43%造成人员伤亡，而只有人员死亡仅占造成人员伤亡，而只有人员死亡仅占35%，一次地震死亡人数最多为一次地震死亡人数最多为600人。人。震级与伤亡的关系震级与伤亡的关系震级与伤亡的关系震级与伤亡的关系1.4 1.4 设计地震分组设计地震分组请思考：图中的两座建筑在经历不同周期特点的地震作请思考：图中的两座建筑在经历不同周期特点的地震作 用下，那座建筑更易破坏？用下，那座建筑更易破坏？设计地震分组是新规范新提设计地震分组是新规范新提出的概念，用以代替旧规范设计出的概念，用以代替旧规范设计近震、设计远震的概念。近震、设计远震的概念。在宏观烈度大体相同在宏观烈度大体相同条件下，处于大震级远离条件下，处于大震级远离震中的高耸建筑物的震害震中的高耸建筑物的震害比中小级震级近震中距的比中小级震级近震中距的情况严重的多。情况严重的多。设计地震分三组设计地震分三组 对于对于类场地，第一、二、三组类场地，第一、二、三组的设计特征周期分别为：的设计特征周期分别为：0.35s0.35s、0.40s0.40s、0.45s.0.45s.6度近震6度远震7度近震7度远震1.4 1.4 设计地震分组设计地震分组1.5 1.5 地震地面运动的一般特征地震地面运动的一般特征 1.1.1.1.地面运动最大加速度地面运动最大加速度地面运动最大加速度地面运动最大加速度 2.2.2.2.地面运动的周期地面运动的周期地面运动的周期地面运动的周期 3.3.3.3.强震的持续时间强震的持续时间强震的持续时间强震的持续时间地面运动的一般特征可用地面运动加速度记录曲线来说明。地面运动的一般特征可用地面运动加速度记录曲线来说明。地面运动的一般特征可用地面运动加速度记录曲线来说明。地面运动的一般特征可用地面运动加速度记录曲线来说明。1.6 1.6 地震的破坏作用（震害现象）地震的破坏作用（震害现象）由地震的原生现象如地震断层错动，以及地震由地震的原生现象如地震断层错动，以及地震波引起的强烈地面振动所造成的灾害。主要有：波引起的强烈地面振动所造成的灾害。主要有：1、地面破坏。、地面破坏。如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等；如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等；一、直接灾害：一、直接灾害：2、建筑物与构筑物的破坏、建筑物与构筑物的破坏 如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；2、建筑物与构筑物的破坏、建筑物与构筑物的破坏 如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；2、建筑物与构筑物的破坏、建筑物与构筑物的破坏 如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；2、建筑物与构筑物的破坏、建筑物与构筑物的破坏 如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；3、山体等自然物的破坏。如山崩、滑坡等；、山体等自然物的破坏。如山崩、滑坡等；4、海啸。、海啸。海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，可造成沿海地区海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，可造成沿海地区的破坏；的破坏；二、次生灾害：二、次生灾害：二、次生灾害：二、次生灾害：直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平衡、稳直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平衡、稳定状态，从而引发出的灾害。有时，次生灾害所造成的伤定状态，从而引发出的灾害。有时，次生灾害所造成的伤亡和损失比直接灾害还大。亡和损失比直接灾害还大。1923 1923年日本关东地震，东京年日本关东地震，东京市内市内227227处起火，处起火，3333处未能扑处未能扑灭造成火灾蔓，旧市区烧毁约灭造成火灾蔓，旧市区烧毁约50%50%；横滨市烧毁；横滨市烧毁80%80%，死亡，死亡1010万。万。主要的次生灾害有：主要的次生灾害有：1、火灾、火灾 由震后火源失控引起；由震后火源失控引起；2、水灾。、水灾。由水坝决口或山崩拥塞河道等引起；由水坝决口或山崩拥塞河道等引起；3、毒气泄漏。、毒气泄漏。由建筑物或装置破坏等引起；由建筑物或装置破坏等引起；4、瘟疫。、瘟疫。由震后生存环境的严重破坏而引起由震后生存环境的严重破坏而引起.三、工程结构破坏现象三、工程结构破坏现象1、结构丧失整体性、结构丧失整体性2 2、承重结构强度不足、承重结构强度不足3 3、结构变形过大导致倒塌、结构变形过大导致倒塌4 4、结构构件连接支撑失效、结构构件连接支撑失效三、工程结构破坏现象三、工程结构破坏现象1、结构丧失整体性、结构丧失整体性2 2、承重结构强度不足、承重结构强度不足3 3、结构变形过大导致倒塌、结构变形过大导致倒塌5 5、地基失效、地基失效6 6、非结构构件破坏、非结构构件破坏4 4、结构构件连接支撑失效、结构构件连接支撑失效三、工程结构破坏现象三、工程结构破坏现象1、结构丧失整体性、结构丧失整体性2 2、承重结构强度不足、承重结构强度不足3 3、结构变形过大导致倒塌、结构变形过大导致倒塌