地震与扭波

地震波发生于地下，通过岩土质点的弹性振动进行传播，当地震波传到地面附近，受震物体有了扩展空间，则形成集团运动，使浅部地层发生旋扭，使地面上的物体产生三维扭动，地震仪所记录的只是地震仪所在地的物体集团运动的强度和周期变化，它既测不出集团运动的三维扭动轨迹，更测不到真正的地震波，由此得出一个错误理论，认为地震是先上下跳动（纵波所为），然后水平单向摇摆（横波所为），并据此采用了摇床作地震模拟实验，进行理论研究，皆与实际情况相悖。

在无法直接测出集团扭动三维轨迹之前，只能根据地震破坏遗迹进行分析，获取他们在破坏之前的运动信息。

1976年7月28日唐山7.8级地震后，我们对唐山震害进行了大量实地观察，结合海城地震、溧阳地震和龙陵地震资料，总结出地震破坏的十大规律，搞清了地震破坏机制，并在此基础上，通过应力分析，发现了扭波，进而提出针对扭波设防抗震的八项措施。

1979年发表了第一篇论文，题为"扭波与地震"，此后又发表了多篇论文，有几十家报刊杂志作了报导。

由于人所共知的原因，扭波理论至今仍未被权威专家所接受。

1995年1月17日日本神户发生了7.2级大地震，一家电视台的监视器录下了该办公室遭地震破坏的全过程，桌子、椅子都在旋扭，最大转角达170度。

证明了我们在二十年前根据颓垣断壁分析出的扭波正确无误。

可是在二十年后，日本和美国的地震学家，在物体受震发生扭转运动的实况录像面前，仍然把地震破坏说成是由纵波和横波造成的。

实在遗憾。

为了改变这一不正常状况，现将1992年发表的一片论文"扭波的发现与设防抗震"重新发表，以正视听。

地震机制--扭波的发现与设防抗震原载于《新疆地质》增刊1992目录前言一、地震破坏的规律和存在的问题1、地震破坏的若干规律（1）线性物体直立如初（2）钢筋铁架抗震最佳（3）裂开旋扭同时并存（4）破裂形式如同老化（5）间隔破裂轻重分带（6）断裂两盘不受损伤（7）地面平整，起伏罕见（8）四面开花铅直坠落（9）地下建筑保存良好（10）人体抗震胜过厂房2、存在的问题（1）地震破坏的10条规律与纵波、横波及面波理论相悖（2）五个关键问题二、弹性波的成生机制1、弹性振动2、弹性波（1）弹性波的成生机制（2）弹性波的传播（3）弹性场与弹性波转向（4）横扭波与纵扭波三扭波与地震破坏1 扭波的破坏作用2 扭断类型横扭裂纵扭裂3 地震破坏的分带性4 扭波破坏与重力关系5 地旋四针对扭波设防抗震1 截波2 活端3 底小4 加筋5 结牢6 轻质7 加箍8 地下参考文献前言中国是最早记录地震和记录古代地震最多的国家，也是首先发明地震仪和首先进行地震预报的国家。

晋太康三年（282年）在魏襄王（公元前318－前296年）的墓中，出土了一部竹简，竹简上刻写着上至皇帝，下迄魏襄王二十二年（公元前297年）的历史，人称《竹书纪年》，里面记有4次地震，其中最早的一次是夏帝发七年（公元前1831年）泰山震。

在这以后的许多有关古籍中，都有对地震的记载，从公元前1831－1955年3800年中，大约记录了9000次地震，其中约有1000次是破坏性地震。

经整理不仅勾划出我国的地震区，同时还揭示出地震活跃期和平静期的周期性变化规律。

在国外，最早作地震记录的是日本，其记载是允恭天皇五年（416年）日本河内地震，比中国晚2247年。

东汉著名的科学家张衡（78－139年）首创了世界上第一台地震仪"候风地动仪"，安放在洛阳城内，正确的报出了东汉永和三年（138年）二月初三在陇西所发生的地震，陇西位于今甘肃兰州、临洮一带，在洛阳以西700km。

而欧洲在1880年才制成地震仪，其原理和张衡地动仪基本相似，比中国晚1700多年。

在数千年以前，我国就力图从自然界本身去找地震原因。

《竹书记年》在记述夏帝发十年的地震时写道"五星错行，夜中陨星如雨，地震。

"春秋战国时期，阳伯父认为"天地之气，不失其序……阳伏而不能出，阴迫而不能蒸，于是有地震"。

《庄子》则提出海水周流相薄说，认为："海水三岁一周，流波相薄，故地动"。

东汉杰出的思想家王允，最早提出了地震是地壳本身的"自动"现象，他不止一次的说："地固将自动"。

沈括认为，天地之变"率皆有法"，"物理有常，有变"。

根据地震前兆预报地震，在我国历史上也有许多记录，并总结出一套预报地震的经验。

据山西省《虞乡县志》记载，清嘉庆二十年（1815）年，山西平陆地区曾根"淫雨后大热，宜防地震"的经验，预报出九月二十日午夜二时发生的一次强烈地震，据《清代地震档案史料》记载，清咸丰四年（1855年）十二月十一日，辽宁金县旗民根据地声，预报出即将发生的一次破坏性地震："未震之时，先闻有声如雷，故该处旗民早已预防，俱各走避出屋，以未曾压毙多人，只伤男妇子女共七名"。

宁夏《隆德县志》曾把地震前兆归纳为"地震六端"：一、井水本湛静无波，倏忽挥如墨汁，泥渣上浮，势必地震。

二、池沼之水，风吹成荇交萦，无端泡沫上腾，若沸煎茶，势必地震。

三、海面遇雨，波浪高涌，奔腾洴汹，此常情；若日晴和，台飓不作，海水忽然绕起，汹涌异常，势必地震。

四、夜半晦黑，天忽开朗，光明照耀，光异日中，势必地震。

五、天晴日暖，碧空清净，忽见黑云如缕，蜿入长蛇，横亘空际，久而不散，势必地震。

六、时置盛夏，酷热蒸腾，挥汗如雨，蓦觉清凉，如受冰雪，冷气袭人，肌为之粟，势必地震。

这6条对地震前的天气异常，海啸、地光、地震云等地震前兆都作了精辟的概括。

日本人最近几年才开始研究地震云，所得结果与以上描述基本一致。

自1996年以后，我国已报准18次破坏性地震，如1975年的辽南海城地震（7.3级），1976年的云南龙陵，路西地震（7.5－7.6级）和四川松潘地震（7.2级）。

这在世界上也是屈指可数的。

从世界水平来看，地震机制问题还没有完全得到解决，根据表面现象作地震预报，只能对部分地震有效，不可能把所有地震都预报出来，1976年唐山地震未能报出，是很自然的，在地震研究方面，还有一大段路要走。

地震波有3种，除众所周知的纵波和横波以外还有扭波。

扭波是地震破坏的主要动力，扭波的发现揭开了地震破坏的内幕，为制定抗震措施提供了理论依据。

一、地震破坏的规律和存在的问题70年代中国接连发生了十几次强烈地震，生命财产遭到严重破坏，仅1976年唐山7.8级地震就死亡24.2万人，重伤16.4万人，从而引起人们对地震的强烈关注。

唐山地震后，在观察中发现《地震烈度表》〔1〕所附的样板图样（图版 1）与事实有很大出入。

例如，样板图上面的是电线杆和楼房随地震烈度的增加逐渐倾斜，倾角逐渐增大XI－XII度时全部倒塌。

实际上唐山地震并非如此，唐山路南区的破坏最严重，房屋全糟破坏，大多数塌平，按其它指标烈度定为XI度，可是电线杆仍然直立如初（图版2,4,5）〔2〕,另外无论是7层大楼还是平顶小屋坍塌后留下的断墙残壁基本上都是直的（图版 3）〔2〕，并不是先倾斜后破裂。

这说明，人们对地震破坏的认识还有一定差距，有进一步研究的必要。

通过对现场调查，结合溧阳地震、海城地震和龙陵地震，我们初步摸到了一些规律。

1、地震破坏的若干规律⑪线性物体直立如初唐山市和丰南县地震烈度为X－XI度，厂房和住宅几乎全部破坏，但其中有许多线性物体被完整地保存下来。

例如：①所有树木均安然无恙，均未直接受害（图版 2，4，5）。

②绝大多数电线杆直立如初（图版 2，5；图版 6，7）。

唐山河北矿治学院翻砂车间是钢筋水泥厂房。

地震后柱断、梁弯、顶塌，但厂房门前的两根电线杆直立如初，房后的树木也依然如故（图版 2）。

唐山开滦医院原是新建的7层大楼，地震时大部分塌平，但紧靠它的树木和电杆仍安然无恙。

残留的一角也是直立的（图版3）。

40cm宽的钢筋混凝土房柱被折断，而在同一地区的电杆和树木安然无恙（图版 7）。

唐山XI度区胜利桥墩倒梁落，而桥旁树木、电杆完好如初（图版 5）。

③唐山65m高的微波转播铁塔巍然屹立在大片废墟之中（图版 8）；震后仍能使用（潜望镜的方向性要求很高不能相差几秒）。

这说明地震对它几乎无丝毫影响。

④40m高的用钢筋混凝土建造的唐山车站水塔依然如故。

⑤天津化工厂厂房坍塌，而直立的反应塔和高大烟囱及电杆均保存完好。

在线性物体中也有破坏较重的，主要是没有钢筋的砖砌烟囱和砖砌水塔，沿个别砖缝破裂后引起整段脱落。

⑫钢筋铁架抗震最佳①唐山两座铁路钢架天桥和开滦煤矿的十几对钢架竖井均完好无损（图版 9）。

②唐山路南区65m高钢架电视转播塔屹立如初（图版 8）。

③唐山启新水泥厂办公楼砖砌窗柱破碎散落，而柱内钢筋完好，支撑着上层建筑（图版 10）。

④唐山一些早年电杆，受震后水泥破裂脱落，钢筋无恙，电线杆仍然直立（图版 11）。

⑬裂开旋扭同时并存无论是墙裂缝、地裂缝还是烟囱裂缝，凡是裂缝都有旋扭，以柱状体的断裂扭转最为明显。

例如：①唐山启新水泥厂的一栋三层库房，一楼和二楼基本完好，三楼的所有窗柱全部断裂，旋转方向和角度各不相同，现存旋转角度最大的一个右转40o（图版 12）；旋转角更大的当时即已脱落，无从查考。

②唐山河北矿冶学院翻砂车间，各墙柱均断裂旋转，旋转方向和旋转角度各个不同（图版 2）。

③唐山文化宫门柱断裂旋转（图版 13）。

④唐山十中地裂缝右行旋转1.2m（图版 14）。

⑤唐山文化宫烟囱水平旋转（图版 15）。

⑥辽宁海城县委会烟囱断成4节，最上一节右旋40o（图版16）。

⑦辽宁营口市砖砌烟囱水平断成5节，皆扭转错位（图版17）。

⑧河北宁河火车站局部铁轨发生水平扭转，其他铁轨和电杆均无损伤（图版 18）[2]。

⑨河北丰南火车站一条铁轨发生反复扭曲，右侧的铁轨和站台也发生变形，其它铁轨以及树木和电杆均保存完好（图版 19）[2]。

⑩云南龙陵镇安中学1976年7.3级地震后两个篮球架都发生了水平旋转。

一个左旋14o，一个左旋18o，最大平移1.22m （图版 20）[2]。

(11)唐山地震京榆公路滦河大桥桥面塌落同时旋扭（图版21）[2]。

⑭破裂形式如同老化地震造成的破坏主要是沿着物体本身的脆弱带发育，不论是地面上的建筑物，地表的道路还是地下的地层都是如此。

例如：①沿建筑物四角断裂（图版 12；图版 13）。

②沿门窗四角向外裂开（图版 22；图版 12）。

③沿支柱顶底面切断扭转（图版 13）。

④平行砖缝断裂（图版 15，16，17）。

⑤平行或垂直马路延长方向断裂（图版 23）。

⑥垂直水泥场地的边界线断裂。

⑦平行河边、塘边断裂。

地震所造成的断裂形式与非地震的"自然老化"和人为破坏所造成的断裂基本一致，地震只是加快了老化断裂的发展速度，是急性发作。