工程地质学：第三章 地震工程地质研究

第三章

地震工程地质研究第一节概述地震:在地壳表层,因弹性波传播所引起的振动作用或现象。earthquake

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：0<70km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：7>M>=5破坏性地震小地震：5>M>=3,2-4级有感地震微地震：3>M>=1

超地震：M<=1按地震M级大小

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。本章介绍此类地震。

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一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13

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。而且绝大部分能量的集中释放，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1966年的邢台地震，1970年通海地震，1975年海城地震。（我国这些地震震源深都在13km左右）。我国有3000多年地震记录历史，发明了地震仪，编制了地震区划图，制定了抗震规范，建立了地震监测台网，组建了诸多地震研究工作机构及一大批从事地震的科技工作者。

工程地质研究：区域稳定性问题，建筑抗震，建筑场地选择，地震稳定性，抗震措施工程地质论证——为规划设计提供依据。(南投集集镇)集集大地震为20世纪末期台湾伤亡损失最大的天灾，发生时间为1999年9月21日凌晨1时47分12.6秒，震中位于台湾南投县集集镇，震源深度8公里，里氏规模达7.3。此次地震是因车笼埔断层的错动，并在地表造成了长约100公里的破裂带。全岛均感受到严重摇晃。共持续102秒。由于台湾省的台中县、南投县为主震中区域，受灾特别严重。死亡人数已逾2000人，伤者6534人。地震前后水平位移监测结果(GPS)地震前后垂直位移监测结果(GPS)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)时间：2008年5月12日14时28分04.0秒

纬度：31.0°N

经度：103.4°E

深度：14km

震级：里氏震级8.0级，矩震级7.9级

最大烈度：11度

震中位置：四川省汶川县映秀镇

汶川地震地震成因：

印度板块向亚洲板块俯冲，造成青藏高原快速隆升导致地震。高原物质向东缓慢流动，在高原东缘沿龙门山构造带向东挤压，遇到四川盆地之下刚性地块的顽强阻挡，造成构造应力能量的长期积累，最终在龙门山北川—映秀地区突然释放。逆冲、右旋、挤压型断层地震。四川特大地震发生在地壳脆—韧性转换带，震源深度为10千米—20千米，持续时间较长，因此破坏性巨大。

地震类型：

汶川大地震为逆冲、右旋、挤压型断层地震。

震源深度：

汶川大地震是浅源地震，震源深度为10千米～20千米，因此破坏性巨大。

遇难：69229人

受伤：374643人

失踪：17923人

法媒称共有87449人在这次地震中丧生。加勒比岛国海地当地时间2010年1月12日16时53分（北京时间13日5时53分）发生里氏7.0级地震（根据中国地震台网测定，海地当地时间2010年1月12日下午发生里氏7.3级强烈地震），首都太子港及全国大部分地区受灾情况严重，截至2010年1月26日，海地地震进入第15天，世界卫生组织确认，此次海地地震已造成11.3万人丧生，19.6万人受伤。此次地震中遇难者有联合国驻海地维和部队人员，其中包括8名中国维和人员遇难。当地时间2010年2月27日3时34分，智利发生8.8级地震，震源位于海底59.4公里，地点位于马乌莱地区外海，这是该国50年来遭受最严重的灾难

当地时间2011年2月22日中午12时51分，新西兰第二大城市克莱斯特彻奇发生里氏6.3级强烈地震，震源深度距离地表仅有4公里。造成至少75人死亡。名称：4·14玉树地震时间：2010年4月14日5:39:57地理位置：青海省玉树藏族自治州玉树县拉秀乡日麻村震中经纬度：北纬33.1度，东经96.6度震源深度：6千米震级：里氏7.1级伤亡人数：截止4月25日下午17时玉树地震造成2220人遇难，失踪70人玉树地震发生在东羌塘块体东北缘与巴彦喀拉块体之间，近东西向玉树—鲜水河断裂带上，为一左行走滑断层。此次地震是印度板块向欧亚板块俯冲挤压应力场下，在青藏高原内部不同块体之间应力释放造成的。与“５·１２”四川汶川特大地震相比，玉树地震区地形高差相对小，滑坡、泥石流等次生地质灾害相对较弱。

北京时间2011年3月11日13时46分日本东北部海域发生大规模地震。地震引发的巨大海啸袭击了环太平洋沿海大部分国家和地区，造成巨大人员伤亡和财产损失。另外，由海啸间接引起的福岛第一核电站核泄漏事故对于环境的破坏无法估计。据世界银行估计，地震和海啸造成的经济损失约为1220亿美元至2350亿美元之间，而日本政府估计的数字则达到了3090亿美元。日本首相菅直人对此称：“这是日本自二战结束65年以来最为悲伤和困难的时刻”。震源深度为32公里(USGS)。震中距最近的仙台市约130km，距首都东京约373千米。震级通过多次修订最终确定为Mw9.0级.地震释放了1.9±0.5×1017焦耳能量，相当于93200亿吨TNT炸药、6亿颗广岛原子弹爆炸产生的能量。地震造成日本本州岛向东北移动了2.4m，地轴偏移了25cm，由此加速了地球自转速度，使白天缩短了1.8μs。地震造成了长约500km、宽约200km的破裂带，破裂时间长达2分钟之久。

·时间：2012年9月7日

·地点：云南、贵州

·震级：11时19分在云南省昭通市彝良县、贵州省毕节市威宁彝族回族苗族自治县交界发生5．7级地震，震源深度14公里。12时16分，云南彝良县发生5.6级地震。

(一)人员受灾情况此次地震造成80人死亡，733人受伤。云南省昭通市彝良县、昭阳区、大关县的24个乡镇，贵州省威宁县的7个乡镇受灾，此范围内的灾区人口约67万人。

(二)房屋和设施破坏情况据初步调查结合专家经验判断，位于震中附近的云南省彝良县洛泽河、角奎两镇砖木结构、土木结构、石木结构房屋约占70%，毁坏比例约30%；砖混结构、框架结构房屋约占30%，毁坏与严重破坏比例约10%。震区交通设施大量破坏，主要受滚石、滑坡崩塌影响，昭彝公路、彝良县城至洛泽河镇公路多处塌方、崩塌，严重堵塞交通，电力系统与通信系统也遭受破坏，一度出现供电与通信中断。(三)灾情特点一是房屋抗震性能弱。彝良县内各乡镇设防烈度为Ⅴ度或Ⅵ度，农村多数房屋为土木和砖木结构，抗震性能差，毁坏较为严重。二是震害叠加。该地区1小时内连续发生2次5级以上地震，此后又发生多次余震，导致破坏加重。三是震区人口密度较大。震区人口密度近200人/平方公里，高于云南省平均人口密度117人/平方公里。四是地震地质灾害严重。震区地处滇东北高原乌蒙山区，自然环境恶劣，地质构造复杂，最高海拔2780米，最低520米,对高差2260米。震后震区滚石、崩塌和滑坡现象普遍。滚石和崩塌体造成大量人员伤亡、房屋和基础设施破坏。

第二节地震基础知识

一、几个概念：

1、震源：地壳内部振动的发源地（能量E、深度H）2、震中：震源地在地面上的垂直投影3、震中距：地面震点距震中的距离4、震源深度：震中到震源的距离5、地震区（烈度>6度区）；地震作用；远场（烈度衰减2度以上）,近场地震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）a.瑞利波b.勒夫波

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，使建筑晃动最大。地震部门最关心P、S波。

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。7.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。(C.F.Richter)M＝LogAA：距震中100公里处标准地震仪在地面所记录的震波最大振幅。（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+1.5M地震震级划分：微震（2级以下）、有感地震（2~4级）、破坏性地震（5级以上）、强烈地震（7级以上）8烈度(I)：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

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）。等级：I——Ⅻ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地上出现裂缝、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

《中国地震烈度表（1999）》使用说用（１）VI-X度，判定地震烈度以房屋震害为主，人的感觉仅供参考；>X度以地表现象来确定；XI、XII度的评定，需要专门研究。

（２）一般房屋用土构架和土、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。由于我国城市目前一般都已设防，有的乡村也开始设防，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，对表列各烈度的震害程度和震害指数予以提高或降低。（3）表中震害指数是对上述“一般房屋”而言。“完好”为０，“毁灭”为１，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。（4）使用本表时可根据地区具体情况，作出临时的补充规定。（5）烟囱指工业或取暖用的锅炉房烟囱。（6）表中数量词的说明：个别：１０％以下；少数：１０％～５０％；多数：５０％～７０％；大多数：７０％～９０％；普遍：９０％以上。（7）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。震害指数等级划分表序数震害类型震害描述iⅠ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ倒平

墙倒架歪

墙倒架正

局部墙倒房屋全部倒塌

墙体全部倒塌，房架倾斜显著

墙体大部分倒塌，房架基本未倾斜

主要墙体局部倒塌1.0

0.8

0.6

0.4ⅤⅥ裂缝严重轻微主要墙体无塌落，但严重裂缝，须修复才能使用

墙体无塌落，但有小裂缝，未经修复仍可使用0.27

0.130.20完好基本无损或完好0

（1）

地震基本烈度（I基）：一定时间（100年）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。依据建筑物重要性、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。Ⅵ度及其以下区域不设防。几个烈度概念：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：端点、拐点、交汇点、分枝点和错列点等。3.构造应力条件现代构造运动强烈的部位，应力集中构造应力场包括1、3的大小、方向，构造应力方向与断层的关系。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、第四纪新生代盆地常发生强震。（一）地震发生的地质条件（二）地震的分类根据介质断裂特征和构造应力状态的不同，可将地震分为四类:

(1)单一主震型即均匀介质且无应力高度集中。主震前后均无断裂存在和发生，故无前震和余震，即使有亦很小。

(2)主震-余震型即均匀介质内主震前未发生断裂，地壳外力逐渐施加，当应力集中到一定程度后突发主震；主震后仍有应力集中，余震系列较多。1976年唐山M7.9地震即属这种类型。

(3)前震-主震-余震型即不均匀介质内，在主震前发生小破裂即前震，主震后有应力降；由于应力调整，有较多余震出现。大多数地震属此类型。

(4)群震型即在介质极不均匀而局部应力集中非常显著的情况下，一系列强度不大的中小地震连续出现，没有主震。图3－4地震主要类型频率曲线图

a－主震-余震型；b－前震-主震-余震型；前震中有C和D两种类型；C－群发地震型

一）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

这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弧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。（三）地震分布特征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是多为强震，所以以前未被人注意，20世纪60年代以前不把它作为一个地震带，海底扩张和板块构造的发展才使人们注意到这一地震带。这一带的所有地震均产生于岩石圈内，震源深度小于30km，震级除少数例外均不超过5级。图中黄色部分：环太平洋地震带；蓝色部分：欧亚地震带）；绿色部分：海岭地震带

地球的七大洲四大洋

二)我国地震地质的基本特征

1、我国强震空间分布及地震区带划分我国大于6级的强震的空间分布极不均匀，大致以105度为界。西部地震广泛分布，东部地震相对稀少，震级均未达到8级。在上述两地震区域内强震分布也是极不均匀的，东部分布于华北及东南沿海一带，而西部分布面积大，但塔里木、准噶尔和鄂尔多斯盆地等则地震分布较为零星。2、我国强震发生的地质条件(1)强震与活动断裂带的关系

不同方向的断裂的交汇部位活动性深大断裂的转折部位活动性深大断裂的端部或其锁闭段(2)强震与断陷盆地的关系

倾斜断陷盆地的较深、较陡一侧活动断裂的最大断距段上；两盆地间或盆地内部由横向断裂控制的横向隆起带两侧；断陷盆地的锐角尖端，或断陷盆地带内多组断裂交汇部位；受不同方向多组断裂控制，内部构造又比较强烈的复合盆地的次级凹陷带上，如1966年邢台地震。（3）强震产生的深部构造条件我国大陆板块内地震多发生在地壳内10-25km深处，在我国西部还发生在地壳内31-37km。由此可见，地壳深部构造活动和受力状态，对地震的孕育和发生，是更为直接的因素。不同级别的断裂如盖层断裂、基底断裂、岩石圈断裂和超岩石圈断裂，层间断裂在深部的活动往往是地震发生的主要原因。3、我国大陆地震活动与现代构造应力场与形变场的关系

根据大量震源机制解及地震时地表断层错动方式分析，我国广大地区主压应力以近水平方向者为主。主压应力仰角小于30度者占80%以上，且以东经105º为界，可区分出两大应力系统。西部为近南北向-北北东向挤压应力场。东部为大面积的近东西的水平挤压应力场。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4、我国现代地壳垂直形变与地震活动的相关性研究

中国大陆垂直形变的总趋势是南升北降，最大上升量在喜马拉雅山地区，年速率达10mm左右。下降最强烈的新疆准噶尔盆地，年速率为-3到-4mm。

大致以银川-昆明一线为界，西部线条密集，等值线多呈东西或北西西走向，与主要断裂线方向一致，其地形变断裂线多由3-4条等值线组成的梯度带绘出，表明其活动强度较大。东部线条相对稀疏，等值线走向多为北北东向-北东向，部分为东西向及南北向，也与构造线吻合较好。东部地区的垂直变形大致分为三区：华南-西南区，华北区和东北区。5、我国大陆板块内现代运动特征

我国大陆处于欧亚大陆的东部，是一个被周围板块挤压围限的区域，影响板内变形和运动状况的边界动力环境十分复杂：（1）有印度板块与欧亚大陆在喜马拉雅一带的碰撞及向亚洲内部的继续挤压；（2）西太平洋板块向亚洲大陆的俯冲与挤压；（3）菲律宾板块向西的俯冲和在台湾一带的汇聚；（4）日本海、东海东部冲绳海槽及南海盆地的弧后局部扩张。

在周边板块碰撞或俯冲的推动下，板块之间就产生了不同形式、不同规模和速率的相互错动。大体上又可分为西部板内聚敛为主的挤压区，东部东北、华北的拉张裂陷区和东南部处于西部挤压与北部围限下整体稳定滑移区。西部挤压区东南部滑移区东及东北部张裂区三、震源机制和震源参数1.震源机制：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P波的方向。1948年日本福井地震的P波初动象限分布

＋＋－－＋＋－－1313单力偶双力偶节面节线断层面节线震源断层P波的初动具有明显的象限分布特点。平移断层正断层逆断层2.震源参数

：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、震源断层长度、宽度、断层错距、震源应力方向等。

求解：（1）震源机制解（2）等震线的几何特征（3）根据第二章介绍的经验式，据震级等计算断层长度、错距（4）根据地震前后大地变形推求断层位置、方向、错距、类型等

1）等震线的几何特征

1556年关中大地震等震线图

最内一根等震线的长轴方向就是震源断层面的走向

当地震区两侧的等震线基本对称时，则断层面近乎直立。而等震线不对称时，断层面则向波及得宽的那个方向倾斜；

2）地表地震断层和裂缝线大地震时在地面产生的地震断层和形变带的走向代表了震源断层面的走向。根据地表最长断层长度与地震震级之间所建立的经验关系式，近似求出震源断层的长度。根据地表最大位移与地震震级间所建立的经验关系式，近似求出震源断层的错动幅度：3）大地测量资料震源断层走向可根据地面沉陷带的延伸方向或升降交界带的延伸方向求得。第三节地震效应

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；建筑物类型及结构。振动破坏效应——引起建筑物破坏地面破坏效应——地面破裂及地基液化、沉陷等斜坡破坏效应——滑坡等三种破坏的效应一、振动破坏效应地震地面运动建筑物振动建筑物破坏(强度、刚度、整体性不够产生破裂或倒塌）——地震力地震（a,v,A)两种分析方法1.静力法2.动力分析法由于地震力作用直接引起建筑物的破坏——振动破坏效应假设：1）建筑物是刚体，即建筑物的各部分作为一个整体（一个质点），具有相同的加速度。2）建筑物受力振动加速度和地面加速度是相同的3）将地震力视为由地面振动a0max引起建筑物的惯性力，即地震力就是建筑自身的惯性力，固定不变。建筑物受到的地震力P为：其中

当amax为水平矢量，水平地震系数kc，相应地为垂直地震系数k/c；g为重力加速度；A为振幅；T为振动周期。PW1.静力法P′=WKc′

我国规定Kc’=(1/2-1/3)Kc

一般：不考虑Kc’,但在有倾覆、滑动危险的结构，如挡土墙、水坝等，需用Kc’核算。在高烈度（VI度以上）区必须考虑地震力核算的稳定性。（1）工业与民用建筑，建筑物的破坏主要与水平地震力作用下的水平滑动及结点脱开有关，故实际上为稳定性课题，其表达为：

式中：f、c为地基与基础间或滑动面上的摩擦系数及粘聚力；W为建筑物的重量；A为建筑物基础底面或滑动面的面积；Kc为水平地震系数。

（2）水坝应考虑两种情况：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，上两式中：HS为由库水及渗透水流等形成的水平推力；

为地震加大了的静水压力；

为铅直地震系数；其它符号意义同上。2.动力分析法

实际情况：a、A、方向随时间变化，建筑与地面物理特性不同，不同建筑也不同，如（a、T等）。故广泛用动力分析法考虑地震对建筑物的作用与场地工程地质条件、建筑物结构特点、地震历时等因素。地面与建筑为一个动态系统。三种方法：模型模拟、计算机模拟分析、简化反应谱计算机模拟分析——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。将建筑控制在弹性变形限度内。

简化反应谱法认为建筑为一个质点M，为一个弹性系数为K的弹性体，由自振周期T和阻尼决定，要考查在受到不同时刻的地震加速度a0后，建筑所表现的加速度a的大小。原理：由质点受振动后的性能可建立微分方程，该方程中包括了质点a及地面a0，解方程时，按简化的办法输入一次地震的不同时刻的a0，得到一系列amax值，得到一个特定T、阻尼下反应谱曲线。给amax标准化，定义动力系数β，物理含义是质点对a0的放大倍数。不同阻尼时的加速度反应谱

在动力分析中，有两个重要的参数，它们是卓越周期T0和地震影响系数α。《建筑抗震设计规范》

1）卓越周期——地震发生时，由震源发出的地震波传至地表岩土体，迫使其振动。由于表层岩土体对不同周期的地震波有选择放大作用，某种岩土体总是以某种周期的波选择放大得尤为明显而突出，使地震记录图上的这种波记录得多而好。这种周期即为该岩土体的卓越周期（特征周期）。卓越周期的实质是波的共振，即当地震波的振动周期与地表岩土体的自振周期相同时，由于共振作用而使地表振动加强。——卓越周期可由表土层剪切振动微分方程式推导获得:T0=4H/Vs

式中H为表土层厚度，Vs为表土层的剪切波（横波）速度。卓越周期——脉动观测绘制的频度—周期关系曲线基岩的卓越周期为0.15秒左右，更新统的坚实土层0.2－0.5秒，全新统较松软土层0.3－0.8秒，巨厚的全新统松软土层0.5－1.1秒。

按我国规定，将场地按岩土体性质不同分为4类，并分近震和远震。土质愈松软，卓越周期值愈大，对建筑物损坏愈严重。2）地震影响系数是按反应谱理论进行建筑物抗震设计的基本参数。它表示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反应与重力加速度比值的统计平均值，即：

一般位于地震烈度Ⅵ度区以上的建筑物，即可进行截面抗震验算。其公式为：式中：FEK为结构的水平抗震作用标准值，α1为对应于结构基本自振周期的水平地震影响系数，We为结构等效总重量。3）地面振动持续时间强震持续时间愈长，建筑物破坏愈严重。土质愈软，土层愈厚，振动历时也愈长。二地面破坏效应地面破裂效应地基基底效应地震断层地面裂缝沉降砂土液化地基滑移1.地面破裂效应

指地震时断层错断及地面裂缝引起的破坏。强烈地震均会出现。在地表出现地震断层和地裂缝。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。位置一般按已有的主干断层线或分支断裂线出现。

AD、AB、AD最易出现的断裂及范围。主要产生于上盘。走滑型正断型逆断型

产生的可能性：与断层活动方式、震源深度、M、覆盖层厚度等有关。（1）断裂活动就可能产生地表断裂。（2）与上部土层厚度有关。临界厚度

—土层剪损应变临界值，硬土5%，软土10%。—下部断裂错动垂直位移（m），一般<3m。

一般覆盖层30-50m以上很少出现地表断裂。

（3）M>7.2级几乎都产生，M=6级、震源10-30Km时，很少产生。地表断裂宽度：由一条主干断裂带构成，可能为狭长断面，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>正断层>走滑。对于倾角45-90度断层，宽度约等于

地裂缝是指因强烈地震而在高烈度区(>Ⅷ度)地面上出现的非连续性变形现象。按形成机制，地裂缝又可分为构造性的和非构造性的两种。构造性地裂缝对应于一定的震源机制，具有明显的力学属性和一定的方向性；分布受地震断层控制。非构造性地裂缝是由于地震力作用而使某一部位岩土体沿重力方向产生的相对位移，所以也叫做重力性地裂缝；它的分布常与微地貌界限吻合。

构造性地裂缝的错动效应，可引起跨越的某些刚度较小的地面工程设施发生结构性损坏，也可能使某种地基失稳或失效。但这些震害效应不是毁灭性的。

重力性地裂缝的表现形式有两种:①由于斜坡失稳造成土体滑动，在滑动区边缘产生张性地裂；②平坦地面的覆盖层沿着倾斜的下卧层层面滑动，导致地面产生张性地裂。此种形式大多发生在土质软弱的古河床内填筑土层的边界上。它对建筑物的危害不容忽视。重力性地裂缝产生的条件是:①古河床堆积松散砂层的震陷；②由于砂层的震陷而引起上覆填土的垂直沉陷、位移；③浅部填土层的振动具有地面运动的放大作用特征，在填土层的倾斜界面上产生斜向滑移。古河道填平场地上重力性地裂示意图

2.地基基底效应强烈震动作用下，土体较大变形移动，使地基承载力下降或丧失，由此造成建筑物的破坏。按形成机制，分三类：地基强烈沉降或不均匀沉降、地基水平滑移和砂基液化

（3）斜坡破坏效应斜坡破坏效应包括地震导致的滑坡、崩塌或泥石流等，主要发生在山区和丘陵地带。地震时巨大的滑坡和崩塌，会摧毁斜坡上、下的建筑物，酿成严重灾害。公元前373年希腊亥利斯城由于地震滑坡而滑入海中，居民全部葬身大海。我国1920年宁夏海原8.5级大地震，死亡20余万人，其中大部分是由于黄土滑坡和窑洞坍塌所致。1964年美国阿拉斯加8.4级地震，滨海的安克雷季市发生多处滑坡，其中最大的滑坡发生在塔那根地区，滑坡体长2500m，宽180―360m。有的地方滑入海中达600m。滑坡后缘多形成地堑，其上建筑物毁坏甚多；前缘地基隆起，也造成大量建筑物毁坏。滑坡发生的主要原因是厚层灵敏粘土层的破坏和透镜状薄砂层的振动液化。如果地震前长期降雨，则地震发生时不但滑坡、崩塌灾害会加剧，而且还易发生泥石流，震害将更加惨重。阿拉斯加地震前后，安科雷季市塔那根地区地层剖面图

萨尔瓦多地震引发泥石流1200多人遇难汶川地震产生泥石流第四节场地工程地质条件对震害的影响及地震小区划

一、强震区岩土体破坏特点

1、地震力作用时间短、强度大，力的大小和方向不断变化，导致岩土体破坏复杂；

2、破坏形式：剥落（山剥皮）、地裂缝与地震断层、崩塌（山崩、岩崩）、崩裂、滑塌和滑坡、岩体松动等。

3、地震形成的崩塌体不同于重力崩塌体，地震崩塌体与崩塌母岩相距一定距离，类似爆破堆积体。

4、地震后，岩土体松动，容易产生次生灾害，形成灾害链。

地震—崩塌—滑坡—泥石流灾害链；暴雨山洪—崩塌—滑坡—泥石流灾害链；冰雪消融—崩塌滑坡—冰川泥石流灾害链；二、场地工程地质条件对震害的影响目前为止，将地震烈度和地震力作用运用于工程设计中时，都没有很好考虑一个场地实际地质条件的影响。实际上，例如场地条件的差别，可能使同一基本烈度区不同场地的实际烈度相差2-3度。解决途径：①按场地条件进行动力分析；②场地烈度小区划主要影响因素：岩土类型、地形地貌、断裂、地下水。

1.岩土类型及性质（1）强度及刚度震害程度：岩性：时代：

以基岩为准，高1-2倍小

大基岩——密实砾石——粘土——饱水砂——淤泥、填土老

新原因：①介质对波的吸收放大作用，软土对低频率周期波选择放大作用较大，A↑，T↑，a↑，持续时间↑，对长周期建筑（如高层建筑）破坏大。②地基震动破坏效应不同。基岩强度高，震动下一般不致破坏，土体相反。（2）松软土层厚度

土层厚度越大，震害越大，但对于不同建筑影响程度不同，如下图：原因：地震波多次反射，长周期波叠加旧金山地震，土层对10层房屋最大底部剪力

1923年日本关东大地震，冲积层愈厚，木架房屋的震害愈大。原因：软层的隔震作用，软层埋深25m以上越厚影响越显著；阻尼增大，吸收许多短周期波成分，减弱了地面反应。

（3）土层结构

软硬层结构不同，震害有着明显的差别（软层一般剪切波速100m/s左右；或相对而言，当某层Vs比相邻层小30%时，也视为软层）

土层对建筑物的破坏作用，是因为它对长周期波放大（软土自身周期较长），某一类土层往往对某一类周期的波放大明显。实质是这种土层有自身的固有周期，他与同周期的地震波产生共振作用，因而提出“卓越周期”慨念。

由土层剪切震动微分方程式推得：H—土层厚度（m）；Vs—土层剪切波（横波）速度通过测定土层的剪切波速可以获得土层的T0设计上，尽可能不要把与土样卓越周期相同周期的建筑建于该土层处。2、地形条件

局部地形对震害影响显著。一般，孤立突出地形、台地边缘、地形较高处（高差30-50m明显增大）较之平地的地震烈度高0.5-2度。原因：孤立处产生驻波作用，地形越高这种作用越明显。实际工作中：地形坡度7度以下，不考虑影响。丘陵区，坡中点以下不考虑影响。云南永善地震时，位于一狭长山脊上的卢家湾6队房屋破坏情况表明：山脊端部孤立突出的小山丘烈度高达Ⅸ度，靠近大山的根部为Ⅷ度，而山脊中间鞍部仅有Ⅶ度(图3－21)。这些资料有力地说明了局部地形地貌的影响。据计算，这三处的地面加速度分别为0.67g，0.4g和0.27g。

3、地下水影响

地下水位埋深越浅，震害越大，1-5m的影响最大。对软土层及砂层土层影响最大。一般饱水土比不饱水土烈度偏高0.4-0.6度。4、地质构造——断裂影响

发震断裂是引起地基和建筑物结构振动破坏的地震波的来源，又由于断裂两侧的相对错位，因此震害应较其它地段更重些。考虑到断裂错位造成地基失效的破坏作用是不易抵御的，所以不能以提高发震断裂烈度的方式来处理，而应在场地选择中加以解决。非发震断裂是指场地内与震源无构造联系的断裂。非发震断裂无加重震害的趋势。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。二、地震小区划1.烈度小区划—静态小区