地震工程学讲义

第一章 绪论

§1、1 地震与地震动

地震是一种自然现象，每年平均发生500万次左右的地震，绝大多数很小，不可以用灵敏仪器测量的约占99%；可以感觉到地为1%，其中，5级以上的强烈地震约1000次左右，能造成严重破坏的大地震（>7%），平均每年大约发生18次。

地震给人类带来灾难，给人类社会造成不同程度的伤亡事故及经济损失。如在20世纪，前80年（1900—1980）全球因地震造成的死亡人数高达105万人，平均每年死亡1.3万人。1990年伊朗鲁德巴尔地震造成5万多人丧生。1995年日本阪神地震紧急损失高达960亿美元就是例证。为了抗御与减轻地震灾害，有必要进行建筑工程结构的抗震分析与抗震设计。 1、1、1地震类型与成因

对于构造地震，可以从宏观背景和局部机制两个层次上揭示其具体成因。

宏观背景：

地球的构造：R=6371Km 约 6400Km 包括：地壳、地幔与地核。

地壳有各种不均匀的岩石组成，出地面的沉积层外，陆地下面的

地壳主要为：上不是花岗岩层，下部为玄武岩层；海洋下面的地

壳一般只有玄武岩层，革除厚薄不一。世界上大部分地震都发生

在这一薄薄的地壳内。

地幔主要有质地坚硬的橄榄眼组成，它具有粘弹性，由于地球内部放射性物质不断释放能量，从地下20Km~700Km ，地球内部温度有大约600℃~2000℃，在这一范围内的地幔中存在着厚约几百公里的软流层，物质对流，地球内部的压力也不均衡，900Mpa~370000Mpa ，地幔内部物质在热状态和不均衡压力作用下缓慢的运动着，即可能为地壳运动的根源。

地核是地球的核心部分，分为外核（厚2100Km ）和内核，其主要构成物质是镍和铁。据推测，外和可能处于液态而内核可能是固态。

通常认为，地球最外层是有一些巨大的板块组成，（六大板块和若干小板块），六大板块即欧亚板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、澳洲板块和南极板块。板块向下延伸的深度大约为70~100Km ，由于地幔物质的对流，板块也相互运动，板块的构造运动，是构成地震产生的根本原因。 地

震

诱发地震：主要用于人工爆破、矿山开采及工程活动（如兴建水库）所引发的

地震，一般不太强烈，仅有个别情况（如水库地震）会造成严重的地震灾害。 天

然

地

震 构造地震：由地壳构造运动所产生，次数多，占地震发生总数约90%，

释放的能量大，影响范围广，造成的危害严重。 火山地震：由火山爆发所引起。 陷落地震：由于地下空洞突然坍塌而引起。

强度低，影响范围小。

地震工程研究的主要对象是构造地震。

局部机制：地球板块在运动过程中，板块之间的相互作用力会是地壳中的岩层发生变形，当这种变形积聚到超过岩石所能承受的程度时，该处岩体就会发生突然断裂或错动，从而引起地震。

由于岩层的破裂往往不是演一个平面发展，而是形成有一系列裂缝组成的破碎地带，沿整个破碎地带的岩层不可能同时达到平衡，因此，再一次强力地震（即主震）之后，岩层的变形还有不断的零星调整，从而形成一系列余震。

地震往往发生在地应力比较集中，构造比较脆弱的地段，即原有断层的断点或转折点处，不同断层的交汇处。

震源：地球内部断层错动并引起周围介质震动的部位。

震中：震源正上方的地面位置。

震中距：地面某处至震中的水平距离。

浅源地震（<70Km）85%

中源地震（70~300Km）12%

深源地震（>300Km）3%

1、1、2地震波

地震波：地震引起的震动以波的形势从震源向各个方向传播并释放能量。

体波：在地球内部传播的波。

面波：沿地球表面传播的波。

纵波（P波）：介质质点震动的方向与波的前进方向一致。（压缩波或疏密波、初级波）

横波（S波）：介质质点震动方向与波的前进方向垂直。（剪切波或次级波）

纵波：一般周期较短振幅较小，在地面上引起上下颠覆运动。

横波：一般周期较长振幅较大，引起地面水平方向的运动。

面波瑞雷波（R波）：传播时，质点在波的

前进方向与地表法

向组成的平面内做

逆向的椭圆运动，

（产生类似于海浪

的周期性运动），它

是形成地面晃动的

主要原因。

乐夫、乐甫波（L波）：传播时，质点

在与波的前进方向

垂直的水平方向运

动，在地面上表现为

蛇形运动。

这两种波的振幅均随距地表深度

的增加而减小。

面波振幅大、周期长，比体波衰

减慢，可以传播到很远的地方。

地震波的传播速度，以纵波（体波）最快，横波次之，面波最慢。所以，在地震发生的中心地区人们的感觉是，县上下颠簸，后左右摇晃。当横波或面波到达时，地面震动最为猛烈，产生的破坏作用也大，在离震中较远的地方，由于地震波在传播过程中逐渐衰减，地面震动减弱，破坏作用逐渐减轻。

1、1、3地震动

地震动：由地震波传播所引发起的地面振动，震中区附近的地震动称为近场地震动，一般通过记录地面运动的加速度来了解地震动的特性。（不规则性）

§1、2 地震震级与地震烈度

1、2、1地震震级

地震震级：地震震级是表示地震本身大小的尺度，目前通常用里氏震级表示，其定义首先由里克特（Richter ）于1935年给出。

即 M =lgA

其中 M —里氏地震等级，1935年英国Charles Richter 博士提出的。

A —用标准地震仪（周期为0.85，阻尼系数为0.8，放大倍数为2800在距震中100Km

处纪录的以“µm ”（微米=10-6m ）为单位的最大水平地面位移。

例：A=1mm=100µm ，M=3

震级与震源释放能量的大小有关，震级每差一级，地震释放的能量将差32倍

lgE=1.5M+11.8

E —地震能。（单位尔格org ，1org=10-7J ）

微震 M<2 人们感觉不到

有感地震 M=2~4 人们有所感觉

破坏性地震 M ≥5 会引起地面工程结构的破坏

强烈地震 M>7（大地震） M>8 特大地震

1960年5月22日发生在治理的8.9级地震，是记录到的世界最大的地震。

1、2、2地震烈度

地震烈度：地震烈度与峰值加速度、速度和持续时间有关，是指某一区域的地表和各类建筑物遭受某一次地震影响的平均强弱程度。 地

震

动

的

三

要

素

峰值（最大振幅）：可以定量反映地震动的强度特性。 频谱：可以揭示地震动的周期分布特征。 持续时间：可以考察地震动循环作用程度的强弱。