工程地震与结构抗震地震危险性2

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

下面分别介绍地震构造法和历史地震法两种确定性方法以及两者结合起来对地震动参数的综合评定方法。111.地震构造法1）根据对研究区域范围内发生大地震的地质构造条件的认识，评定工程场地最大地震动参数的方法。它是地震危险性分析的一种确定性方法，主要就是研究地震地质构造背景。

需要有足够的地质勘查资料，构造与地震发生之间联系的判断。122）划分地震构造区单元划分；划分的判断：构造活动年代相同构造类型构造应力场地球物理场地震活动性实际就是在划分潜在震源区133）确定最大震级为尽量细地分析地震活动的非均匀性，将发震断层分段。用地震构造特征确定最大震级：断层长度，错动类型，历史活动，综合确定（需要经验）4）最大原则：综合考虑各潜在震源影响，取最大者142.历史地震法1）调查以往发生过的有影响的地震，取最大2）如何调查和分析历史地震资料，这是中国的特点详细收集；对比分析；去伪存真直接得到场地的烈度（历史地震烈度表）判断震中烈度，推断震级，再根据衰减关系判断它的基本假定是历史上曾经发生破坏性地震的地方,同样的地震有可能再次发生,这就是历史重演原则。

153）历史地震衰减资料因为是有具体区域，所以要查尽相关资料，反映区域特点特殊的衰减关系考虑烈度异常以上确定性方法中都将震源看成点源，没有考虑大震发震断层长度影响，如果直接以历史地震资料为基础，有可能避免。163.综合评定

基于核电厂这类重要工程设施，偏于保守。

1）最大原则

2）不确定性很大

3）给出的值一般偏大，但对龙门山断裂带，给出偏小。17二、地震危险性分析概率方法18地震危险性分析的概率方法是1968年由美国学者Cornell首先提出来的，这种方法主要包括四个环节

1.潜在震源划分。2．地震活动模型和参数统计。3．地震动衰减关系的确定。4．场地地震动的概率计算。

其中前面两个环节主要是建立描述地震发生的地点、时间和大小的概率模型并估计模型参数，后一个环节是依据建立起来的地震发生的概率模型和地震动参数的衰减关系计算场地地震动参数在一定时间内的超越概率。19

概率方法最基本的假定是，地震是一个随机事件，即未来地震发生的时间、地点和大小都是不确定的，并可以用一定的概率分布来描述。这是符合客观实际的。因为人们还不能准确的预知未来地震发生的时间、地点和大小，同时，由于受震源机制、地震波传播途径和局部场地条件等诸多因素的影响，工程师所关心的地震动参数也是有很大的不确定性。20在这个基荐本假定下脚，一般来忙说地震发铁生过程可犯以用一个落三维随机螺过程｛堂｝来描垃述，其中i表示发生罢一次地震罚事件,哈表示地旬震i的震源财位置,杠表示印地震i的发生糊时间,请是地震i的震级长。地震发生低过程的完摸整的统计袖分析需要临考虑这3党个参数的霉联合概率辞分布。21一般说来蜻，这样的斗分布模型昂将会是非耍常复杂的流，并且在竟缺少地震无数据的情杀况下，建处立这样的党模型也是护非常困难酒的。在实冲际应用中趁，通常将歼这3个参剂数独立开想来而分别扫研究其统浩计特征。22在现在仪的地震突危险性桥分析概秀率方法桑中，一般通过划问分潜在河震源区析来描述尾地震发俭生的空间分布润的非均匀穗性，而在同河一个潜在服震源区内稍，假定地助震发生的空间分布芳是均匀的；用由古登胳堡—里希祥特(Gu旧tenb初erg—星Rich冻ter)震级—频填度关系导出的震庄级分布来贝描述地震遣大小的不改确定性；用泊松(P轻oiss竿on)过寻程描述地户震发生闹时间的爷不确定托性。23将地震则看成一宽个随机奏事件，嚼是地震构三要素牢（时、乎空、强代）的联霜合概率霸分布。空间分布桐：划分潜悼在震源区皇处理非均穿匀性时间分眼布：假片定是泊创松模型强度分鸦布：符见合古登案堡-里室希特（糊G-R黎)公式陵的概率惭模型两个概须率分布内模型：薪时间、固强度241区辣域地震构椅造评价工耗作范围a.一欠般情况下穿：取工程泊场地外延150k制mb.≥8级的莲远场潜考源：适颂当扩大c.弱地震活且动区：适灿当扩大工作范围252近哀场区地灾震构造驱评价工塘作范围近场区考范围的构确定应替以能够译解决近聋场区主弱要断层既活动性绒鉴定和跑发震构完造判定绿等主要疯问题为罚原则，纵一般情退况下，挑近场区银范围可么界定为场址及其超外延25完公里，但出脾现下列耽情况之泥一者，仅应适当饲扩大：a.工程熄场地及其榆外延25窗km范围替内，断裂乘基本被第莫四系所覆督盖，但在邮这个范围飞外缘有较封明显的地提质和地貌优现象出露声；26b.工程情场地及其伯外延25腹km范围钻内，与地旅震构造条忘件贝评孕价密切相伶关的地质歇和地貌证患据不充分崭，但在这享个范围外搭缘有其典渣型的或有芽力的证据省存在；c.骆I级工围作中，嘱工程场稠地及其左外延2习5km缓范围外添缘有指格向近场区域的断庭裂存在；d.相兆关行业伍对近场承区范围芳有大于耐25k创m的要屋求，如笔水电抗芒震设计芝规范要吉求近场种区为半粉径30肥km的储范围。27问题的提洒法设在场点柱周围一定营范围内（监半径为1观50km宇）划分出萍N个潜在护震源区，嚷各潜在震伤源区的地伯震活动性杂参数（年平均发萌生率，震级—剃频度关系葡中的b值霞，震级上倍限Mu，震极反下限Mo，地震空肿间分布函草数fimj，地震动亮衰减关系炉，等震线帖长轴取向等）经站统计可痰以给出傍；假定辛各潜在药震源区衔发生震扭级大于驻的地震错这一随充机事件五符合泊纺松过程胃。求在未够来一定遵时间内晌场点的含地震动宴越过给单定值的精概率是颂多少？281、潜剥在震源债区划分29潜在震源伸区（Pot舱enti绣alS口eism伯icS混ourc飞ePS离S）是指散未来具有案发生破坏敢性地震潜督在可能的尚地区。它舞划分为三壁种，即点目源模型、讲线源模型共和面源模杂型。第一种是C.找A.C初orn吧ell宋19些68年捧最初提腹出潜在树震源区铲概念时凳使用的棕。后二种是洪华生谅经过对C螺orne浇ll工作区的发展而景提出的。锅在实际工竹作中把P圾SS常划吵分为I型体线源（有卵明确的发格震断层方联向，长度蜂及位置）筑，II型淋面源（有暗明确的发惩震断层的晨方向及长梁波，但位饼置不确定忙），II论I型面源面（发震断落层方向，刊长度及位务置均不确毁定），衰漠减模型中痛采用圆衰鸣减模型和猴椭圆衰减父模型，前踏者是Co忙rnel偷l和洪华祸生采用了迎，后者是谨我国在编狮制三代图让（199吧0）时采睡用的。301）潜在屋震源区定聋义未来–菊时间段潮随要求而六变可能–竭与时间抢段相关破坏性脚–4级落以上2）划趟分原则两个原陪则（是宿目前能刊够接受岁、局限护、无奈足的原则解，可能坏有失误杰的原则墓）地震构拔造类比裙原则地震活书动重复霜原则3）划分郑步骤：三旱步划分区塌、带；颠细分潜男在震源铅区31322.震康级-频度闯关系，b炼值表示地搂震发生永次数与沉震级之构间的统兽计关系渠。古登推堡（B缠.Gu酬den窃ber武g）和剧里希特框（C.滚F.R挤ech牺ter罪）于1额944写年提出宾的，所督以也称发古登堡驻-里希艳特关系笼（G-丝式R关系睛）。尽箩管这种躁关系的择物理基泪础至今扣仍不是调很清楚竖，但已亚证实可飞应用于扑全球或铜区域尺单度上一阔个较宽标的震级株范围内投。N为们地震次铜数，M荡为震级粮，N为皂等于和狸大于某帜个震级合的地震植发生累佛计次数33G-R关拥系中的常崖数b值是一个部重要参数若，它代表泽着一个地律震区带内乐大小地震间发生频度千的比例关愧系；b=1意味撤震级小1兽级、发生全次数多1中0倍，b=0.7盈意味震级递小1级、剩发生次数惕多5倍。歪它与该地悦震区带内正的应力状想态和地壳蜡岩石破裂蔽强度有关形，随地区敬的不同而河有所不同贷。34110100100056789新疆中部（1915～

台湾（1952～1972）

华北（1740～）

震级M

地震频度lgN

35在地震烘危险性打分析的荷概率方稠法中，税需要用轿一个随贱机过程膨模型来出描述地拍震发生停时间的蜓不确定补性。到冲目前为逝止，在饺世界上真许多国析家得到颜广泛应寸用的仍圣是较为缘瑞简单的幸泊松模朝型。3.泊叙松过程(地震的剥发生在时泥间和空间阴上都具有盆随机性)烛需满足1）独立者性：事件币可以在任臭一分段内掘独立地发屿生，不受暮其他无搭归接分段内绪事件数的吴影响。2）平稳炕性：在一叙分段内，摩事件发生烟的概率与Δt的大假小有关，取而与此分棵段在全体博中的位置撞无关。3）不重壶复性（普通性）垫：在一瞬谊间，事件避或者发生掏，或者不矩发生，不发可能有两语个或两个康以上的事夏件发生。36地震危险申性分析要只求给出一记场地遭遇诱到超过地震动(绩加速度、狐速度、位臣移、反应状谱等)给定值饮的概率山，或称责为超越概贞率373839对(5)孟、(6)犁式的注解4041场地基岩酸水平向峰福值加速度畜超越概率含曲线42在现行的饮《建筑抗稳震设计规毫范》中，堡对一般工宰程民用建沾筑，提出横了抗震设鼠防的三个弱水准的要谷求，即“验小震不坏捞，中震可贤修，大震姿不倒”的榨要求。三蜂个水准相控当于与地雪震危险性星分析的超筑越概率值丢为：①50年超咐越概率为孙63%，护相当于年野超越概率公为1.9谎689×袜10-2，相应振的烈度呜称为第光一水准恒烈度（采众值烈扯度）；②50年超腥越概率为屯10%，工相当于年培超越概率打为2.1择05×1寻