场地的地震效应

9.2.1　场地的地震效应

地震时，地震波从震源向地表传播过程中，经过不同的传播介质（岩土层）后，到达地表的地震反应往往有较大差异，相邻场地的烈度有时可以相差1～2度，或在大范围内出现小范围的地震异常区。因此，一次地震造成的震害主要受下列因素影响：震源包括地震强度、破裂特征、传播介质、结构特点、局部地质条件。对于一个已知工程场地来说，地震震害主要与场地条件密切相关，这就是所谓场地的地震效应。

场地条件主要包括土质条件、地形地貌条件、基岩条件、断裂等，场地地震效应可分为直接效应和诱发效应（图9.1）。直接效应主要是由于场地条件的差异对地面运动的放大作用及共振作用，诱发效应则是指在地震力的作用下，导致场地岩土体的破坏或失稳，由此诱发产生的破坏效应。在抗震设防方面，对直接效应主要是采取结构措施，对诱发效应则主要依据合理地选择场地和地基处理方法来达到抗震设防的目的。

图9.1　场地地震效应分类

1）放大作用及共振作用

地震波由震源传至基岩，再传至土层，地震波一经传入土层立即得到增强，且越到地表，增强越大，这就是所谓放大作用。图9.2是日本1968年东松山地震时土层放大效应的实测结果。一般说来土层愈厚，放大作用也愈大，有时可放大2～3倍。因此，地表的地震反应谱值需高于基岩的反应谱（图9.3）。

图9.2　土中最大加速度与深度的关系

图9.3　放大效应和共振作用

共振作用是指场地土的卓越周期与建筑物的自振周期相近时所产生的共振破坏作用。若某一周期的地震波与地表土层的固有周期相近时，该周期称为卓越周期。一般说来覆盖层硬而薄时，卓越周期短，为0.1～0.2s，覆盖层松而厚时，卓越周期长，可达0.8～1.0s。图9.3中地表反应谱的第二个高峰就是因共振效应造成的。

2）斜坡效应

地震时常伴有滑坡、崩塌、泥石流等，在我国东部地区经常发生的是滑坡、崩塌，这些斜坡破坏往往加重震害。通过对国内外近百次地震滑坡的统计分析，可以得出地震滑坡崩塌的主要规律（参见表9.1）：

（1）几乎各种类型的滑坡均会发生，但发生最多的是岩崩、堆积层滑坡和岩层滑坡；

（2）随着地震烈度的增大，产生的地震滑坡增多，一般说来，产生地震滑坡的最小烈度为6度；

（3）地震滑坡在平面上分布有一定范围且常沿发震断裂呈带状分布；

（4）产生地震滑坡的最小地形坡度为土坡大于15°，岩坡大于25°，岩崩大于40°；

（5）平原地震滑坡总的来说是地震液化的伴生效应；

（6）地震滑坡可以在地震的同时发生，但多数滑坡是在地震时出现岩体破坏，在震后降雨等水动力作用下发生滑动的；

（7）已出现滑坡崩塌的地方仍然是地震滑坡发生多的地方；

（8）地震时斜坡稳定安全系数对地震系数的敏感性一般呈直线关系，即地震系数大，安全系数小。

表9.1　各类斜坡效应发生的统计结果

依据这些统计结果，结合地区的滑坡发育规律和地震活动情况，可以对一个地区的斜坡效应作出基本预测。

3）地基效应

地震使松散土体振动压密下沉、饱和砂土液化、淤泥等软弱土体塑流，从而使上部工程建筑引起破坏。造成这类破坏的土体深度多发生在场地的地基范围内，故这类破坏称为地基效应。我国东部广大平原地区，特别是沿海、沿湖、大河流冲淤积平原等地，松散沉积物广泛分布，因而地基效应最为发育，是建筑震害加重的主要原因。这种效应主要有两类，即地震液化与震陷。地震液化分析与评价详见下一节内容。

震陷主要指地震作用下建筑物产生的附加沉降，在实验室内表现为振动前后试件高度的减小。实践证明，只有在软弱地基上才会产生明显的震陷。震陷是在地震过程中和地震后立即产生的，是一种剪切塑性破坏而非固结变形。我国最典型的震陷发生在唐山地震时的天津沽新港，震陷值达10～30cm，最大为50cm。震陷与土体特性、基础类型密切相关，研究时主要有现场动荷载试验和室内动三轴试验模拟等方法。我国用于震陷分析的计算原理主要有软化模型和等效节点力原理。一般情况下，当场地影响烈度为7度时，可以不考虑震陷影响，当场地烈度大于8度时，可按表9.2经验值估计。

表9.2　地震震陷估计表