第一章地震工程学概论讲稿

地下工程抗减震设计原理主要内容：1、地震工程学概论2、地下结构的震害分析（中国、日本、土耳其、台湾地震）3、地下结构物的震动特性（包括地层及地下结构物横、纵方向的振动特性）4、结构动力学基础5、反应位移法6、沉管隧道的抗减震设计7、盾构隧道的抗减震设计8、竖直地下结构的抗减震设计9、地下结构的减震措施教学日历

第一章

地震工程学概述一、地球的构造1．地壳2．地幔3．地核二、地震的分类

（1）构造地震（由于地壳的构造运动使得地壳的岩层在其薄弱部位突然发生断裂、错动而引起的地震）（2）火山地震（火山的喷发、震动引起）（4）诱发地震（由建造水库，向地下注液或从地下抽液，大型的采矿活动，工程爆破等足以破坏地应力平衡的人为干扰引起。）（3）陷落地震（地壳下空洞的自然塌陷引起）1、按地震成因分：2．构造地震成因

构造地震形成示意图3．地震序列地震序列:

在一定时间内相继发生在岩层破碎地带的一系列大小地震。主震:

某一序列地震中，最大的一次地震。前震：主震之前的地震。余震：主震之后的地震。4．常用术语地表建筑物震中距震源距震中震源极震区震源深度术语解释图震源：地层构造运动中，发生岩层断裂、错动的地方。震中：震源正上方的地面位置。震中距：建筑物到震中之间的距离。震源距：建筑物到震源之间的距离。震源深度：震中到震源的垂直距离。浅源地震：震源深度在60km以内，释放能量占全年地震的85%中源地震：震源深度在60~300km，占12%深源地震：震源深度大于300km，占3%极震区：在震中附近，振动最剧烈、破坏最严重的地区。地表建筑物震中距震源距震中震源极震区震源深度地震术语示意图三、地震的分布（1）时间分布：小地震杂乱无章，大地震有一定周期。统计表明：日本关东地区的大地震发生大约11年为周期；我国东南沿海地区的大地震发生周期为300—400年。（2）空间分布：小地震无规律可循，较大地震的震中呈条状分布，且基本上是沿板块的边缘分布。全球地震带：地震带主要分布在环太平洋带，阿尔卑斯—喜马拉雅带，大西洋中脊和印度洋中脊上。总的来说，地震主要发生在洋脊和裂谷、海沟、转换断层和大陆内部的古板块边缘等构造活动中国地震带：四、地震的命名地震按发生的年号+主要的地域命名。如：2008年5.12四川汶川大地震1976年中国唐山地震；1995年日本兵库县南部地震；1999年土耳其地震等。五、地震所造成的破坏1．地表破坏（1）山石崩裂（2）滑坡、塌方（3）喷砂冒水（4）地面下沉(或称为震陷)（5）地裂缝2．工程结构破坏（1）结构强度不足引起的破坏（2）结构塑性变形能力不足引起的破坏（3）结构丧失整体稳定性而引起的破坏（4）地基失效引起的破坏3．次生灾害水灾、火灾、毒气污染、海啸六、地震波1．地震波定义：由震源释放出来的地震能量是以波的形式向四周的地面传播的，这种波称为地震波。它是一种弹性波，可分为体波和面波。（1）体波定义：在地壳内部传播的地震波称为体波。可分为纵波和横波。纵波（P波）

：质点运动方向与波传播方向相同，又称压缩波。特点：周期较短，振幅较小横波（S波）

：质点运动方向与波传播方向垂直，又称剪切波。特点：周期较长，振幅较大波长质点振动方向波前进方向（a）纵波体波质点振动形式波前进方向质点振动方向（b）横波六、地震波纵波波速为：横波波速为：式中E——介质的弹性模量；G——介质的剪切模量；——介质的密度；——介质的泊松比。一般情况下，可以取泊松比＝0.22，则：

Vp=1.67Vs

通常，纵波称为P波(即Primary，初波)，横波称为S波(即Secondary，次波)。P波速度比S波速度快，总是率先到达。假定地球介质为弹性各向同性，根据弹性波动理论得到：六、地震波（2）面波：是体波经地层界面多次反射后形成的次生波，它只沿地球表面传播。特点：振幅大，周期长，波速约为横波波速的0.9倍可分为瑞雷波（Rayleigh波）和乐甫波（Love波）（a）

R波：在地面上呈滚动形式。（b）

L波：在地面上呈蛇形运动形式。六、地震波当震源离记录地点较远时，可以观察到：（1）纵波首先到达，其振幅很小，周期也短；（2）横波其次到达，横波到达后，振幅与周期都明显放大；（3）面波到达后，所记录的地震波的振幅陡然放大。地震波记录图六、地震波（3）地震记录地震记录：在工程抗震领域，主要是指地震时的地面运动加速度记录。一条完整的加速度记录：通常包括东西、南北、上下三个方向的地面运动加速度分量。地震加速度记录三要素：1）加速度峰值

2）频谱特性

3）地震动持续时间六、地震波七、地震强度指标（震级）1、地震强度通常用震级和烈度来衡量。2、震级（Magnitude）是表示地震本身大小的尺度。它与震源所释放的能量的大小有关。目前，国际上通用的是里氏震级，它等于标准地震仪记录到的地面最大水平位移（微米）的常用对数。七、地震强度指标3、震级M与震源释放的能量E（尔格）间有下列经验关系：4、震级相差一级，地震所释放的能量相差31.6倍。七、地震强度指标2级以下的地震称为微震；2--4级地震为有感地震；5级以上的地震称为破坏性地震；7级以上的地震为强烈地震或大地震。8级以上属于特大地震，不多见。目前世界上已记录到的最大地震震级为1960年5月智利发生的8.9级。七、地震强度指标（烈度）1、地震烈度（Intensity）是度量某一地区地面和建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。对应于一次地震a．震级只有一个b．烈度随震中距离的远近而有所不同烈度与震级大小、震源深度、震中距离有关、还与该地区地层的土质及该地区的地形地貌有关。七、地震强度指标（烈度）2、烈度是一个定性指标，我国目前采用1999年颁布的《中国地震烈度表》。3．地震烈度表地震烈度表：是评定地震烈度大小的标准和尺度。我国地震烈度：分12度1999中国地震烈度表Ⅰ度－Ⅴ度以地面上人的感觉及其他震害现象为主；Ⅵ度－Ⅹ度以房屋震害和其他震害现象综合考虑为主，人的感觉仅供参考；Ⅺ度－Ⅻ度以地表震害现象为主。工程抗震设防的依据一般采用烈度，目前的发展趋势是直接采用地面运动加速度。八、抗震设防烈度1、一般采用基本烈度来表明某地区可能遭遇到的地震强度。2、基本烈度是指未来50年内在一般场地条件下可能遭遇的超越概率为10%的地震烈度值。3、设防烈度一般采用基本烈度,重要城市采用基本烈度加1。4、规定：抗震设防烈度为6度及以上时，必须进行抗震设计。（成都：7度，北京：8度）5、地震烈度区划图：是指在地图上按地震基本烈度的差异划分出不同区域的图。小震：多遇烈度时的地震，50年超越概率63.2%中震：基本烈度时的地震，50年超越概率10%大震：罕遇烈度时的地震，50年超越概率2~3%三种烈度的超越概率示意图要求查阅：

2001年

《中国地震动参数区划图》---地面运动加速度1999年中国地震烈度表1990年

《中国地震烈度区划图》---基本烈度十、工程结构的抗减震设计概念

1、以减轻地震灾害为目的的工程理论和实践称为工程抗减震。2、对地震区的工程结构依据工程抗减震的要求进行专门设计，称为工程抗减震设计。一般包括三方面：（1）抗减震概念设计；（2）抗减震结构计算；（3）抗减震构造措施。工程结构的抗减震设计概念

1、抗减震概念设计：指基于震害经验建立的抗减震基本设计原则和思想。2、抗减震结构计算：分析地震作用，计算确定工程结构及构件的地震效应，即在地震作用下结构产生的内力和变形。3、抗减震构造措