工程地震与结构抗震-地震危险性

地震危险性分析SeismicHazardAnalysis（SHA）(工程场地)地震安全性评价

SeismicHazardAssessment

1地震危险性分析地震危险性分析是对某一特定的工程场址，评定在工程有效使用期内遭遇一定地震动强度的危险性。

目的：通过计算分析给出评价场点(site)未来一定时间内遭遇到的地震动(I,Y,S)超过给定值的概率，提供场地的地震动输入。为合成地震动提供参数。2地震危险性分析实质上是中长期地震预报向工程抗震设防方面的延伸与拓展。通过地震危险性分析，把对研究地区的地震活动规律性的认识、对场址周围地震活动和地震发生的地质条件的认识等地震预报的信息融入到预测工程场址的设计地震动参数中去。

3评定某个地点的地震危险性，需要作以下三个方面的工作：

一、确定该地点周围未来一定时间内可能发生破坏性地震的地点、强度和性质；

二、通过地震观测资料和历史地震等震线的分析，了解地震波传播途径的地区特性，确定衰减关系；

三、详细勘察场地条件，对场地土质条件进行分析测试，研究局部场地条件对地震动的影响。

通过上述三方面的工作，便能在统一考虑地震环境和场地条件的基础上确定设计地震动参数，即地震危险性评定结果。4地震危险性分析途径框图

地震危险性分析确定地震动衰减关系潜在震源区划分及地震活动性参数确定地震统计区划分及地震活动性参数确定工程场地地表设计地震动参数确定地震活动大地构造地球物理场基岩地震动时程合成场地工程地质条件勘探、波速测试和土样动力试验场地土层地震反应分析断层活动场地地震地质灾害及影响分析综合评价结论和建议交叉学科5震源地震波传播场地土层区（局部）基岩区（区域地质）地表及基岩地形目的：工程场地的地震动6影响地震动及地震地质灾害的因素地震、地质环境：震源特性区域地质条件：地壳介质

对地震动的影响空间上缓慢变化局部场地条件：地形，土层，（近地表）断层

对地震动的影响空间上显著变化

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地震危险性分析研究工作的发展地震危险性研究起自四十年代。随着科学技术的发展，为满足蓬勃发展的工程建设的需要，地震危险性评定工作大致经历了两个重要的发展阶段：

第一阶段自50年代初期到70年代后期，所用的方法称之为确定性方法，即地震基本烈度鉴定方法。基本烈度确定后，其场地影响采用场地分类法，按照有关抗震设计规范对场地进行分类以确定设计地震动参数。8

第二阶段自70年代后期至今,发展了一种地震危险性分析的新方法,即概率方法。新方法的特点是建立地震发生的概率模型,在统一考虑地震环境和场地条件的基础上确定与设防水平相应的地震动参数。9一、地震危险性分析确定性方法

地震危险性分析的确定性方法有多种，如上个世纪70年代我国以地震活动性为主编制区划图所采用的方法。这里介绍的确定性方法与编制区划图时所采用的确定性方法有所不同，是针对地震安全性评价工作分级为I级的重要建设（例如核电厂中涉及核辐射外泄安全的部分结构，要求万无一失）。10下面面分分别别介介绍绍地震震构构造造法法和和历历史史地地震震法法两种种确确定定性性方方法法以以及及两两者者结结合合起起来来对对地地震震动动参参数数的的综综合合评评定定方方法法。。111.地地震震构构造造法法1））根根据据对对研研究究区区域域范范围围内内发生生大大地地震震的的地地质质构构造造条条件件的的认认识识，评评定定工工程程场场地地最最大大地地震震动动参参数数的的方方法法。。它是是地地震震危危险险性性分分析析的的一一种种确确定定性性方方法法，，主主要要就就是是研研究究地地震震地地质质构构造造背背景景。。需要要有有足足够够的的地地质质勘勘查查资资料料，，构构造造与与地地震震发发生生之之间间联联系系的的判判断断。122））划划分分地地震震构构造造区区单元元划划分分；；划分分的的判判断断：：构构造造活活动动年年代代相同同构构造造类类型型构造造应应力力场场地球球物物理理场场地震震活活动动性性实际际就就是是在在划划分分潜在在震震源源区区133））确确定定最最大大震震级级为尽尽量量细细地地分分析析地地震震活活动动的的非非均均匀匀性性，，将将发发震震断断层层分分段段。。用地地震震构构造造特特征征确确定定最最大大震震级级：：断层层长长度度，，错错动动类类型型，，历历史史活活动动，，综综合合确确定定（（需需要要经经验验））4））最最大大原原则则：综综合合考考虑虑各各潜潜在在震震源源影影响响，，取取最最大大者者142.历历史史地地震震法法1））调调查查以以往往发发生生过过的的有有影影响响的的地地震震，，取取最最大大2））如如何何调调查查和和分分析析历历史史地地震震资资料料，，这这是是中中国国的的特特点点详细细收收集集；；对对比比分分析析；；去去伪伪存存真真直接接得得到到场场地地的的烈烈度度（（历历史史地地震震烈烈度度表表））判断断震震中中烈烈度度，，推推断断震震级级，，再再根根据据衰衰减减关关系系判判断断它的的基基本本假假定定是是历历史史上上曾曾经经发发生生破破坏坏性性地地震震的的地地方方,同样样的的地地震震有有可可能能再再次次发发生生,这这就就是是历历史史重重演演原原则则。。153））历历史史地地震震衰衰减减资资料料因为为是是有有具具体体区区域域，，所所以以要要查查尽尽相相关关资资料料，，反反映映区区域域特特点点特殊殊的的衰衰减减关关系系考虑虑烈烈度度异异常常以上上确确定定性性方方法法中中都都将将震震源源看看成成点点源源，，没没有有考考虑虑大大震震发发震震断断层层长长度度影影响响，，如如果果直直接接以以历历史史地地震震资资料料为为基基础础，，有有可可能能避避免免。。163.综综合合评定定基于核核电厂厂这类类重要要工程程设施施，偏偏于保保守。。1）最最大原原则2）不不确定定性很很大3）给给出的的值一一般偏偏大，，但对对龙门门山断断裂带带，给给出偏偏小。。17二、地地震危危险性性分析析概率率方法法18地震危危险性性分析析的概概率方方法是是1968年由由美国国学者者Cornell首首先提提出来来的，，这种种方法法主要要包括括四个个环节节1.潜在震震源划划分。。2．地地震活活动模模型和和参数数统计计。3．地地震动动衰减减关系系的确确定。。4．场场地地地震动动的概概率计计算。。其中前前面两两个环环节主主要是是建立立描述述地震震发生的的地点点、时时间和和大小小的概率率模型型并估估计模模型参参数，，后一一个环环节是是依据据建立立起来来的地地震发发生的的概率率模型型和地地震动动参数数的衰衰减关关系计计算场场地地地震动动参数数在一一定时时间内内的超超越概概率。。19概率方方法最最基本本的假假定是是，地地震是是一个个随机机事件件，即即未来来地震震发生生的时时间、、地点点和大大小都都是不不确定定的，，并可可以用用一定定的概概率分分布来来描述述。这是符符合客客观实实际的的。因因为人人们还还不能能准确确的预预知未未来地地震发发生的的时间间、地地点和和大小小，同同时，，由于于受震震源机机制、、地震震波传传播途途径和和局部部场地地条件件等诸诸多因因素的的影响响，工工程师师所关关心的的地震震动参参数也也是有有很大大的不不确定定性。。20在这个个基本本假定定下，，一般般来说说地震震发生生过程程可以以用一一个三三维随随机过过程｛｛｝｝来来描述述，其其中i表示发发生一一次地地震事事件,表表示示地震震i的震源源位置置,表表示示地震震i的发生生时间间,是是地震震i的震级级。地震发发生过过程的的完整整的统统计分分析需需要考考虑这这3个个参数数的联联合概概率分分布。。21一般说说来，，这样样的分分布模模型将将会是是非常常复杂杂的，，并且且在缺缺少地地震数数据的的情况况下，，建立立这样样的模模型也也是非非常困困难的的。在在实际际应用用中，，通常常将这这3个个参数数独立立开来来而分分别研研究其其统计计特征征。22在现在在的地地震危危险性性分析析概率率方法法中，一般般通过划划分潜潜在震震源区区来描描述地地震发发生的的空间分分布的的非均均匀性性，而在在同一一个潜潜在震震源区区内，，假定定地震震发生生的空间分分布是是均匀匀的；用由古古登堡堡—里里希特特(Gutenberg—Richter)震级——频度度关系系导出的的震级级分布布来描描述地地震大大小的的不确确定性性；用泊松(Poisson)过程程描述地地震发发生时时间的的不确确定性性。23将地震震看成成一个个随机机事件件，是是地震震三要要素（（时、、空、、强））的联联合概概率分分布。。空间分分布：：划分分潜在在震源源区处处理非非均匀匀性时间分分布：：假定定是泊泊松模模型强度分分布：：符合合古登登堡-里希希特（（G-R)公式式的概概率模模型两个概概率分分布模模型：：时间间、强强度241区区域地震震构造评评价工作作范围a.一一般情况况下：取取工程场场地外延延150kmb.≥8级的远远场潜源源：适当当扩大c.弱地震活活动区：：适当扩扩大工作范围围252近场场区地震震构造评评价工作作范围近场区范范围的确确定应以以能够解解决近场场区主要要断层活活动性鉴鉴定和发发震构造造判定等等主要问问题为原原则，一一般情况况下，近近场区范范围可界界定为场址及其其外延25公里里，但出现现下列情情况之一一者，应应适当扩扩大：a.工程程场地及及其外延延25km范围围内，断断裂基本本被第四四系所覆覆盖，但但在这个个范围外外缘有较较明显的的地质和和地貌现现象出露露；26b.工程程场地及及其外延延25km范围围内，与与地震构构造条件件评评价密密切相关关的地质质和地貌貌证据不不充分，，但在这这个范围围外缘有有其典型型的或有有力的证证据存在在；c.I级工作作中，工工程场地地及其外外延25km范范围外缘缘有指向向近场区域的断断裂存在在；d.相关关行业对对近场区区范围有有大于25km的要求求，如水水电抗震震设计规规范要求求近场区区为半径径30km的范范围。27问题的提提法设在场点点周围一一定范围围内（半半径为150km）划划分出N个潜在在震源区区，各潜潜在震源源区的地地震活动动性参数数（年平均发发生率，震级——频度关关系中的的b值，，震级上上限Mu，震极下下限Mo，地震空空间分布布函数fimj，地震动动衰减关关系，等等震线长长轴取向向等）经统统计可以以给出；；假定各各潜在震震源区发发生震级级大于的的地震这这一随机机事件符符合泊松松过程。。求在未来来一定时时间内场场点的地地震动越越过给定定值的概概率是多多少？281、潜在在震源区区划分29潜在震源源区（PotentialSeismicSourcePSS）是是指未来来具有发发生破坏坏性地震震潜在可可能的地地区。它它划分为为三种，，即点源源模型、、线源模模型和面面源模型型。第一种是C.A.Cornell1968年最最初提出出潜在震震源区概概念时使使用的。。后二种是洪华生生经过对对Cornell工作作的发展展而提出出的。在在实际工工作中把把PSS常划分分为I型型线源（（有明确确的发震震断层方方向，长长度及位位置），，II型型面源（（有明确确的发震震断层的的方向及及长波，，但位置置不确定定），III型型面源（（发震断断层方向向，长度度及位置置均不确确定），，衰减模模型中采采用圆衰衰减模型型和椭圆圆衰减模模型，前前者是Cornell和洪华华生采用用了，后后者是我我国在编编制三代代图（1990）时采采用的。。301）潜在在震源区区定义未来––时间间段随要要求而变变可能––与时时间段相相关破坏性––4级以上上2）划分分原则两个原则则（是目目前能够够接受、、局限、、无奈的的原则，，可能有有失误的的原则））地震构造造类比原原则地震活动动重复原原则3）划分分步骤：：三步划分区、、带；细细分潜在在震源区区31322.震震级-频频度关系系，b值值表示地震震发生次次数与震震级之间间的统计计关系。。古登堡堡（B.Gudenberg）和里里希特（（C.F.Rechter））于1944年年提出的的，所以以也称古古登堡-里希特特关系（（G-R关系））。尽管管这种关关系的物物理基础础至今仍仍不是很很清楚，，但已证证实可应应用于全全球或区区域尺度度上一个个较宽的的震级范范围内。。N为地地震次数数，M为为震级，，N为等等于和大大于某个个震级的的地震发发生累计计次数33G-R关关系中的的常数b值是一个个重要参参数，它它代表着着一个地地震区带带内大小小地震发发生频度度的比例例关系；；b=1意味味震级小小1级、、发生次次数多10倍，，b=0.7意味震震级小1级、发发生次数数多5倍倍。它与与该地震震区带内内的应力力状态和和地壳岩岩石破裂裂强度有有关，随随地区的的不同而而有所不不同。34110100100056789新疆中部（1915～

台湾（1952～1972）

华北（1740～）

震级M

地震频度lgN

35在地震危危险性分分析的概概率方法法中，需需要用一一个随机机过程模模型来描描述地震震发生时时间的不不确定性性。到目目前为止止，在世世界上许许多国家家得到广广泛应用用的仍是是较为简简单的泊泊松模型型。3.泊松松过程(地震的的发生在在时间和和空间上上都具有有随机性性)需满满足1）独立立性：事事件可以以在任一一分段内内独立地地发生，，不受其其他无搭搭接分段段内事件件数的影影响。2）平稳稳性：在在一分段段内，事事件发生生的概率率与Δt的大大小有关关，而与与此分段段在全体体中的位位置无关关。3）不重重复性（（普通性））：在一一瞬间，，事件或或者发生生，或者者不发生生，不可可能有两两个或两两个以上上的事件件发生。36地震危险险性分析析要求给给出一场场地遭遇遇到超过过地震动(加速度度、速度度、位移移、反应应谱等)给定值的的概率，，或称为为超越概率率373839对(5)、(6)式的的注解4041场