8．1．1 地震相关概念
(1)地震的定义.地震又称地动、地振动,是地壳快速释放能量过程中产生的振动,期间会产生地震波的一种自然现象.按地震形成的原因可分为火山地震、陷落地震和构造地震.其中,构造地震是由于地下深处岩层破裂、错动所形成的地震.这类地震发生的次数最多,约占全球地震总数的90％以上,破坏力也最大.
构造地震的本质原因是地球在长期运动过程中,地壳的岩层中产生和积累着巨大的地应力.当某处积累的地应力逐渐增加到超过该处岩层的强度时,就会使岩层产生破裂或错断.此时,积累的能量随岩层的断裂急剧地释放出来,并以地震波的形式向四周传播.地震波到达地面时将引起地面的振动,即表现为地震.
地震的发源处称为震源.震源在地表面的垂直投影点称为震中.震中附近的地区称为震中区域.震中与某观测点间的水平距离称为震中距.震中到震源的距离称为震源深度.当震源深度小于70km时,称为浅源地震;当震源深度为70~300km时,称为中源地震;当震源深度大于300km时,称为深源地震.
地震带是地震集中分布的地带,在地震带内地震密集,在地震带处地震分布零散.世界上主要有三大地震带,即环太平洋地震带、欧亚地震带、海岭地震带(大洋中脊地震活动带).我国正处在前两个大地震带的中间,属于多地震活动的国家,其中,以台湾省发生的大地震最多,新疆、四川、西藏地区次之.
(2)震级与烈度.
①震级.震级是以地震仪测定的每次地震活动释放的能量多少来确定的.震源释放的能量越大,震级也就越高.震级每增加一级,能量增大约30倍.国际上使用的地震震级——里克特级数,它的范围为1~10级.一般来说,小于2．5级的地震,人们感觉不到;5级以上的地震开始引起不同程度的破坏,称为破坏性地震或强震;7级以上的地震称为大震.
②烈度.烈度是指发生地震时地面及建筑物受影响的程度.在一次地震中,地震的震级是确定的,但地面各处的烈度各异,距震中越近烈度越高,距震中越远烈度越低.震中附近的烈度称为震中烈度.根据地面建筑物受破坏和影响的程度.地震烈度划分为12度.烈度越高,表明受影响的程度越强烈.地震烈度不仅与震级有关,同时,还与震源深度、震中距以及地震波通过的介质条件等多种因素有关.
③其他.震级和烈度虽然都是衡量地震强烈程度的指标,但烈度直接反映了地面建筑物受破坏的程度,因而与工程设计有着更密切的关系.工程中涉及的烈度概念除震中烈度外有以下几种:
a．基本烈度.基本烈度是指在今后一定时期内,某一地区在一般场地条件下可能遭受的最大地震烈度.基本烈度所指的地区是一个较大的区域范围.因此,又称为区域烈度. 1990年,中国地震烈度区划图规定在一般场地条件下50年内可能遭遇超越概率为10％的地震烈度称为地震基本烈度.
通常,在烈度高的区域内可能包含烈度较低的场地,而在烈度低的区域内也可能包含烈度较高的场地.这主要是因为局部场地的地质构造、地基条件、地形变化等因素与整个区域有所不同,这些局部性控制因素称为小区域因素或场地条件.一般在场地选址时,应进行专门的工程地质和水文地质调查工作,查明场地条件,确定场地烈度,据此避重就轻,选择对抗震有利的地段布置工程.所谓场地烈度是指区域内一个具体场地的烈度.而场地是指建筑物所在的局部区域,大体相当于厂区、居民点和自然村的范围.
b．多遇与罕遇地震烈度.多遇地震烈度是指设计基准期50年内超越概率为63．2％的地震烈度,也称众值烈度.罕遇地震烈度是指设计基准期50年内超越概率为2％~3％的地震烈度.
c．设防烈度.设防烈度是指按国家规定的权限批准的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度.地震设防烈度是针对一个地区而不是针对某一建筑物确定,也不随建筑物的重要程度提高或降低.
8．1．2 震害
构造地震活动频繁,影响范围大,破坏性强,对人类生存造成巨大的危害.全球每年约发生500万次地震,其中绝大多数属于微震,有感地震约5万次,造成严重破坏的地震约十几次.我国自古以来有记载的地震达8000多次,7级以上地震有100多次.
地震作用是通过地基和基础传递给上部结构的,因此,地震时,首先是地基和基础受到影响,然后建筑物和构筑物产生振动并由此引发地震灾害.
(1)地基的震害.由于地区特点和地形地质条件的复杂性,强烈地震造成的地面和建筑物的破坏类型多种多样.典型的地基震害有震陷、地基土液化、地震滑坡和地裂等.
①震陷.震陷是指地基土由于地震作用而产生的明显的竖向永久变形.在发生强烈地震时,如果地基由软弱黏性土和松散砂土构成,其结构受到扰动和破坏,强度严重降低,在重力和基础荷载的作用下会产生附加的沉陷.
在我国沿海地区及较大河流的下游软土地区,震陷往往也是主要的地基震害.当地基土的级配较差、含水量较高、孔隙比较大时震陷也大.砂土的液化也往往引起地表较大范围的震陷.另外,在溶洞发育和地下存在大面积采空区的地区,在强烈地震的作用下也容易诱发震陷.
②地基土液化.在地震的作用下,饱和砂土的颗粒之间发生相互错动而重新排列,其结构趋于密实,如果砂土为颗粒细小的粉细砂,则因透水性较弱而导致孔隙水压力加大,同时颗粒间的有效应力减小,当地震作用大到使有效应力减小到零时,将使砂土颗粒处于悬浮状态,即出现砂土的液化现象.
砂土液化时其性质类似于液体,抗剪强度完全丧失,位于液化土体上的建筑物将产生大量的沉降、倾斜和水平位移,建筑物自身将会开裂、破坏甚至倒塌.影响砂土液化的主要因素为地震烈度、震动的持续时间、土的粒径组成、密实程度、饱和度、土中黏粒含量以及土层埋深等.
③地震滑坡.在山区和陡峭的河谷区域,强烈地震可能引起山体滑坡、泥石流等大规模的岩土体运动,从而直接导致建筑物的破坏和人员伤亡.
④地裂.地震导致岩面和地面的突然破裂和位移会引起位于附近或跨断层的建筑物的变形和破坏.
(2)建筑物基础的震害.建筑物基础的常见震害有以下几种:
①沉降、不均匀沉降和倾斜.地震作用下,软土或液化土层中的基础易产生沉降、不均匀沉降和倾斜,黏性土土层上的基础受到影响较小.软土地基可产生10~20cm的沉降,也有达到30cm以上者;如地基的主要受力层为液化土或含有厚度较大的液化土层,强震时则可能产生数十厘米甚至1m以上的沉降.
②水平位移.常见于边坡或河岸边的建筑物,在地震作用下会出现土坡失稳和岸边地下液化土层的侧向扩展等现象.
③受拉破坏.地震时,受力矩作用较大的桩基础的外排桩受到过大的拉力时,桩与承台的连接处会产生破坏,杆、塔等高耸结构物的拉锚装置也可能因地震产生的拉力过大而破坏.
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