汶川地震裂缝整理
(完整版)汶川地震桥梁破坏
4)基础震害 桥梁基础震害是国内外许多地震的重要震害现象之一,
大量震害资料表明:地基失效(如土体滑移和砂土液化)是 桥梁基础产生震害的主要原因。扩大基础的震害一般由地基 失效引起,桩基础的震害,除了地基失效这一主要原因外, 还有上部结构传下来的惯性力所引起的桩基剪切、弯曲破坏, 更有桩基设计不当所引起的震害。
桥梁典型震害 地震直接作用于桥梁,可使桥梁整体或部
分构件损毁,称为直接震害。地震引发的次 生害,如滑坡、崩塌、泥石流、堰塞湖等, 也可导致桥梁整体或部分构件损毁,称为间 接震害。 按照损毁的范围和严重程度,可进行如下分类: 全桥损毁,主要包括: 强烈地震作用、场地地基破坏、水毁等导致全桥倒塌; 滑坡、崩塌、泥石流等掩埋桥梁; 堰塞湖等淹没桥梁; 主梁、桥墩、基础等关键性构件不可修复性损毁。 部分孔跨损毁,主要包括: 部分墩、台损毁导致部分孔跨倒塌; 部分孔跨落梁。
映秀变电站小桥
百花大桥墩柱和系梁破坏 新房子大桥墩柱和锥坡破坏
庙子坪岷江大桥主墩开裂
映秀岷江大桥墩柱撞伤
成灌高速赔桥桥台侧墙开裂
寿江大桥桥台病害
锥坡病害
都汶高速公路龙池互通锥坡开裂
挡块破损
成灌高速跨线桥锥坡下沉
都汶高速公路庙子坪大桥主桥挡块严重破损
庙子坪大桥引桥挡块严重破损
震具有强度大、频率高、震源浅的特点。从地质构造上看,都是断裂剧烈活动区。
映秀震后情况
什邡震后情况
:10万平方公里(川、甘和陕) :4000-5000亿
:10个县(市) :41个县(市、区)
:186个县(市、区)
地震后的村庄(映秀)
北川震后情况 茂县震后情况
震后北川县城
震后什邡红白镇房屋倒塌
震后映秀镇城民房倒塌
中国四川汶川大地震(精)
四川省北川县县城内垮 塌的建筑物 四川省北川县县城周边 山体滑坡现场
四川北川地震灾区一位 老人坐在垮塌房屋旁
北川中学生在武警 官兵帮助下救助被 压同学
四川北川县县城边受损严 重的公路上撤离
武警战士在四川 省北川县搜救被 困群众
四川眉山医务人员投入避 震救灾工作 成都区 县医院 将病人 转移至 空旷地 带
医护人员在抢救都江 堰市聚源镇中学学生
四川南充市的大 学生踊跃献血
南充市民在街头准备为 地震灾区伤员献血
新华网成都5月13日电 (记者侯大伟、黎大东、 丛峰)5月12日19时30分, 记者驱车赶到了都江堰市 的聚源中学。中学一栋六 层高的教学楼除了两边楼 梯间以外,已经全部垮塌, 由于地震时学生正在上课, 四层楼的24个班级的学生 大多被埋在废墟下面。
救援 人员 在都 江堰 聚源 中学 冒雨 进行 工作
5月13日,救援人员继续在四川都江堰市聚源 镇聚源中学冒雨进行救援工作,虽然地震造成 大量伤亡,但仍有迹象表明废墟中有幸存者。
被震裂的道路
汶川县情概况:
自然地理 汶川县位于四川省西北部、阿坝 州境东南部的岷江两岸。是阿坝州的南大门,有 “川西锁钥”和“西羌门户”之称。是大禹的故 乡。县城-威州镇,居县北部杂谷脑河与岷江交汇 地,海拔1326米,距省会成都159公里,距州府 马尔康204公里。县境东西宽84公里,南北长105 公里,总面积4084平方公里。
专家称汶川地震能量堪比400颗广岛原子弹
2008年05月13日06:00 环球网
2008年5月12日14时28分,四川汶川发生里氏 7.8级地震。震级与32年前唐山大地震相同。 2006年7月28日,中国地震局原副局长、中国老 科学技术工作者协会副会长、地震分会会长何永年 曾做客新华网与广大网友30年后共同回顾唐山大地 震时。他当时在解释唐山大地震破坏性为什么如此 巨大时表示,“唐山大地震是7.8级,能量相当大, 地震是由于岩石圈的岩石突然破裂释放出的能量, 相当于400颗美国1945年投在广岛的原子弹。”
汶川地震建筑震害分析及设计改进建议
汶川地震建筑震害分析及设计改进建议[引言]汶川大地震后,福建省设协结构与抗震专业委员会组织结构专家到成都、彭州(彭州市区、通济镇、白麓镇、小鱼洞)、都江堰、绵竹市、汉旺镇等地进行震害调查,涉及的结构型式有钢筋混凝土框架、框架-剪力墙、砌体、排架、钢结构等,为了认真总结震害经验教训,分析结构的破坏机理,提出设计的改进建议,对新建筑的设计有重要的指导意义。
一、汶川地震基本参数:根据地震部门提供的数据,这次地震的基本参数如下:震级M8.0,断层为龙门山断裂,震源深度14KM,断裂长度185KM(主震),烈度分布6~11度。
这次地震震害给人的总体感觉,随地形分布,西北高震害严重,东南底震害较轻。
二、典型震害及实景照片:图1都江堰都江之春楼盘有一幢纯框架结构的七层建筑,底层空旷,上部有隔墙,图2楼梯梯板拉裂的震害图3 水泥厂结构的震害图4 白鹿镇中学在地震断裂带两侧教学楼的震害图5 都江堰都江之春楼盘底层柱破坏图6 汉旺镇东方汽轮机厂,框架结构的办公楼隔墙震害图7 汉旺镇东方汽轮机厂单层厂房震害图7 小鱼洞大桥的震害三、结构概念设计问题:1、多道抗震防线:结构必须有多道抗震防线,这是抗震设计中非常重要的一个基本概念。
在这次汶川地震中也充分表现出来,有些建筑倒塌,而有些建筑不倒,下面从空旷建筑倒塌来看结构有多道抗震防线的必要性:这次震害学校教学楼较为严重,一般说来,钢筋混凝土框架结构的抗震性能要优于砌体结构,但这次震害表明空旷的学校(框架结构)教学楼倒塌(如映秀镇漩口中学教学楼,建于2007年3月),而附近的4层砌体结构办公楼,尽管破坏非常严重,但并没倒塌。
为什么在强震作用下,性能比较好的钢筋混凝土框架结构反而不如抗震性能相对较差的砖混结构?其主要原因就是纯框架结构只有一道防线,在大震时,一旦这道防线突破,结构就丧失了全部的承载力而倒塌;而砌体结构住宅和办公楼,由于小开间布置,纵、横墙体较多,按照规范设置构造柱和圈梁,其整体性和延性较好。
汶川地震钢筋混凝土框架结构震害及对策
工程抗震与加固改造2009年10月度。
由此可见,部分地区的实际地震烈度已达到本地区设防水准的罕遇地震,部分地区则大大超过当地设防水准的罕遇地震。
从各地的震害看,经过抗震设计的房屋基本上经受住了地震考验。
在中低影响烈度区,如德阳市、绵阳市和广元市,影响烈度虽然已达到设计的罕遇地震,但建筑物基本完好或轻微破坏。
而高影响烈度区,影响烈度达到或超过设计罕遇地震的地区,如都江堰市,有一些建筑倒塌或严重破坏,倒塌建筑分散,没有出现集中大面积倒塌的现象。
在震中区的北川县和映秀镇,地震影响烈度高达11度,全部倒塌和部分倒塌的建筑数量较多,但仍可看倒数量不少的未倒塌房屋,这些房屋为研究特大地震时房屋的抗倒塌,提供了很好的案例。
在倒塌和严重破坏的结构中,钢筋混凝土框架结构一直是被认为抗震性能较好,因此其破坏倒塌的原因受到结构工程师的格外关注。
本文通过框架结构震害介绍和分析,探讨汶川地震中钢筋混凝土框架产生倒塌和破坏的原因以及解决办法,以期对设计人员有所帮助。
2框架结构震害震区的框架结构用于商业建筑、办公楼、学校教学楼和住宅,总体看框架结构表现良好,特别是高层框架发生倒塌破坏的很少。
如都江堰国堰宾馆为12层框架结构(图1),地震中结构只是柱头和梁端上有些裂缝,填充墙部分损坏,而它抵御的是8~9度的实际地震烈度。
3。
6层的低层框架的表现不如高层框架,出现了多种破坏类形。
图1都江堰国堰宾馆Fig.1GuoyanHotelinDujialigyan2.1框架结构整体倒塌图2为都江堰市完全倒塌的3层框架,调查发现,框架柱截面较小,梁截面较大,同时梁中的配筋明显比柱中配筋大得多(图3)。
图4为底部1—2层倒塌的5层框架结构,该建筑临街,底层层高较高,作为商业用房,比较空旷,2层以上为居民住宅。
图5为6层单跨框架,2~5层近一半倒塌,这种结构形式在2001年颁布的高规中已明文规定不宜采用。
图2完全倒塌的3层框架Fig.2IntegralCollapseofthreestoryframe图3倒塌框架梁柱节点Fig.3Thejointofcolumnandbeamofthecollapseframe2.2框架结构产生薄弱层破坏这是本次地震中框架破坏数量较多一种形式。
龙门山断裂映秀-北川断裂
映秀-北川断裂2008年5月12日14时28分,在龙门山发生了8. 0级特大地震。
此次地震不仅在震中区及其附近地区造成灾难性的破坏,而且在四川省和邻近省市大范围造成破坏,其影响更是波及到全国绝大部分地区乃至境外,是新中国建立以来我国大陆发生的破坏性最为严重的地震之一。
汶川大地震发震断裂为龙门山断裂带的中央主断裂-映秀-北川断裂。
1映秀-北川断裂概况1.1地质背景映秀-北川断裂所在的龙门山是青藏高原东缘边界山脉,北起广元,南至天全,长约500 km,宽约30 km,呈北东-南西向展布,北东与大巴山相交,南西被鲜水河断裂相截。
龙门山式构造由一系列大致平行的叠瓦状冲断带构成,具典型的逆冲推覆构造特征,具有前展式发育模式,自西向东发育汉川-茂汉断裂、映秀-北川断裂和彭县一灌县断裂。
由于该地区地质过程仍处于活动状态,变形显著,露头极好,地貌和水系是青藏高原隆升过程的地质纪录,因此龙门山不仅是研究青藏高原与周边盆地动力学(盆原动力学)的典型地区,而且是验证青藏高原是以地壳加厚还是左行挤出来吸收印亚大陆碰撞后印度大陆向北挤入作用的关键部位,同时也是研究青藏高原东缘活动断层和潜在的地震灾害的关键地区。
2映秀-北川断裂特点及影响2.1映秀-北川断裂的断层类型、地表破裂、变形特征及活动方式龙门山映秀-北川断裂属于逆冲一走滑型地震。
结果表明映秀-北川断裂的地表破裂带从映秀向北东延伸达180- 190 km,走向介于NE30°-50°之间,倾向北西,地表平均垂向断距为2.9 m,平均水平断距为3.1 m;地表最大错动量的地点位于北川县擂鼓镇,垂直断错为6.2士0.1 m,水平断错为6.8士0.2 m,逆冲分量与右行走滑分量的比值为3:1-1:1,表明该断裂以逆冲-右行走滑为特点,逆冲运动分量略大于或等于右行走滑运动分量。
根据近南北向的分段断裂可将映秀-北川断层的地表破裂带划分为两个高值区和两个低值区,其中两个高值区分别位于南段的映秀-虹口一带和中北段的擂鼓-北川县城-邓家坝一带。
汶川地震建筑物破坏原因分析以及加固技术综述
汶川地震建筑物破坏原因分析汶川地震建筑物破坏原因分析以及加固技术综述摘要:2008年5月12日下午14时28分,我国四川汶川发生7.8级特大地震,我国多个省份都有震感,这是建国以来,发生在我国境内的震级最大的一次地震!其对建筑物的破坏程度也是相当之大的,如果对建筑物地震破坏的原因进行了分析,就可以针对建筑物地震破坏的原因,探寻提高建筑物的抗震性能的手段和方法,指导抗震救灾和灾后重建工作,指导对建筑物的抗震设计和指导对施工质量进行控制等。
关键词:汶川地震建筑物破坏原因抗震设防加固技术5.12汶川发生地震后,建筑物都受到了不同程度的破坏,但整体来讲破坏还是很严重的。
由于个人各种条件限制,并没有能够对地震灾区后破坏的建筑物和未破坏的建筑物或者是破坏较轻的建筑物进行调查,但是通过查阅一些资料还是可以从中找出地震造成建筑物破坏的原因和规律的。
1.下面就5.12汶川地震造成建筑物破坏的原因进行简要的分析:1.1 建筑物所在地区的地震烈度成建筑物破坏的主要原因[1]地震烈度越高,对建筑物破坏的程度越大。
比如5.12汶川地震的震中映秀镇的地震烈度达到11度,而汶川县城的地震烈度为9度左右,因此映秀镇的建筑物破坏就比汶川县城的建筑物破坏更为严重。
5.12汶川地震之所以造成地震重灾区建筑物极其严重的破坏,主要是由于这次地震的烈度远远超过了当地的抗震设防烈度。
我国长期以来经济欠发达,属于发展中国家,目前我国对建筑物的抗震设防原则是小震不坏、中震可修、大震不倒。
一般情况下,大于、等于7级的地震(约为9度左右)为大地震,大于、等于8级的地震即为巨大地震。
每次地震只有一个震级,在震中的地方用震级表示,地震向四周扩散影响到的地方就用地震烈度表示。
每次地震的震中地震烈度最高,从震中向四周扩散,地震烈度逐渐减小。
5.12汶川地震的震级为8级,属于巨大地震,所以大部分地震重灾区的地震烈度都达到了9度以上。
一般超过9度的地震或者地震烈度超过设防烈度两度以上时就可以造成房屋大量倒塌。
汶川地震地裂缝发育特征及治理方法研究
2016年第10期西部探矿工程*收稿日期:2016-04-28修回日期:2016-04-29基金项目:聊城大学大学生科技文化创新(SF2014123)。
第一作者简介:王浩男(1994-),男(汉族),山东德州人,聊城大学建筑工程学院本科生,土木工程专业。
汶川地震地裂缝发育特征及治理方法研究王浩男*,倪振强(聊城大学建筑工程学院,山东聊城252000)摘要:地裂缝是地震荷载下在地面造成的地面开裂或断裂现象,根据其特征与成因可以分为地震构造地裂缝和地震重力地裂缝2类。
通过对这些地裂缝集中区域的研究,总结出一般地震地裂缝的发育程度与地震震级、地震烈度、震源深度与断层滑移程度和地形地貌等有着密切联系。
由于地震裂缝的危害性,当我们在岩土工程的勘察与施工中发现时,都应该予以重视,并提出合理的处理方案。
关键词:汶川地震;地裂缝;发育特征;治理方法中图分类号:P642文献标识码:A 文章编号:1004-5716(2016)10-0015-031概述地震地裂缝指地震在地面上所造成的没有明显位移的裂隙,是地表岩土体在地震荷载的强烈作用下,或由于地表地震应力释放,导致地表或岩层中形成开裂或断裂的现象。
地震裂缝在6级以上强震中是一种常见的破坏现象,大都发生在现代松散沉积物中,有时密集成具有一定方向的裂隙带。
这些裂隙带的产生有的明显受地形控制,有的与构造活动有关。
当这种现象发生在斜坡地带时,就可能发展成为滑坡、崩塌等山地灾害[1-3]。
2008年在我国四川省汶川县发生了Ms8.0大地震,强烈的地震诱发了大量崩塌、滑坡、地裂缝等次生山地灾害。
其中地震地裂缝是破坏最为严重的次生山地灾害之一,也是威胁灾区重建的重要因素。
目前,国内外学者对地震地裂缝的研究相对较少,研究集中在单个具体灾害项目上。
本文在前人研究基础上,以汶川地震地裂缝的成因机理和发育特征为基础,对地震地裂缝进行了详细研究,并提出了相应的工程治理对策。
这对提高地震地裂缝的认识水平,对提高山地灾害科学的发展和指导地震地裂缝灾害的防治具有重要意义[4-6]。
汶川MS8.0地震地表破裂带
2 最 大 同震 位 移
这 次汶 川 8 0地震 地 表破 裂 的同震 位 移 在不 同 的地 点 各不 相 同 , . 垂直 位错 和 水 平位 错
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历史大地震回顾
历史大地震回顾一、汶川地震(2008.05.12)2008年5月12日14时28分04.0秒,北纬31.0度,东经103.4度,发生了震级为里氏8.0级,最大烈度为11度的大地震。
汶川地震是中国自我国建国以来最为强烈的一次地震,直接严重受灾地区达10万平方公里。
影响范围包括震中50km范围内的县城和200km 范围内的大中城市。
北京、上海、天津、宁夏、甘肃、青海、陕西、山西、山东、河北、河南、安徽、湖北、湖南、重庆、贵州、云南、内蒙古、广西、西藏、江苏、浙江、辽宁、福建、台湾等地等全国多个省市有明显震感。
中国除黑龙江、吉林、新疆外均有不同程度的震感。
其中以陕甘川三省震情最为严重。
甚至泰国首都曼谷,越南首都河内,菲律宾、日本等地均有震感。
据民政部报告,截至21日12时,四川汶川地震已确认69197人遇难,374176人受伤,失踪18222人。
二、陕西华县地震(1556.01.23)1556年1月23日24时左右,明代嘉靖三十四年十月十二日夜,陕西省华县附近,北纬34.5度,东经109.7度,一场8.0级的地震突然降临。
全国101个县有震灾记载,面积达28万平方公里。
有感范围达15个省(区),200多个县,震撼了大半个中国。
这次地震之后又引起了饥荒和瘟疫造成了空前巨大的人员伤亡,共计死亡83万人,是世界上人员死亡最多的一次大地震。
三、美国旧金山地震(1906.04.18)1906年4月18日凌晨5点20分,美国旧金山市,北纬38.0度,西经123.0度,8.3级强烈地震发生,死亡60000余人,另有数百人下落不明,数千人受伤,震后全城大火蔓延,街区一个个被烧毁,灾后发生秩序混乱,导致34人被打死,更有甚者是灾后有很多人大发国难财,这次地震及地震引起的次生灾害给旧金山市带来巨大的损失,有500多个街区被毁,7.5万人逃离旧金山市,物质损失5亿美元,许多家保险公司为赔偿而破产。
四、日本关东地震(1923.9.1)1923年9月1日,北纬35.0度,东经139.5度,以东京--横滨为中心的广阔都市地带发生强烈地震,本次地震中有14.3万人死亡,20万人受伤,60万座建筑物被毁,50万人无家可归。
“5·12”汶川地震对土石坝的损害及应急处置
第39卷第22期2008年11月 人 民 长 江Y angtze River Vol.39,No.22Nov.,20084收稿日期收稿日期国家重点基础研究发展计划(3计划)资助项目(B 6);国家自然科学基金项目(56)作者简介张家发,男,长江水利委员会长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,教授级高级工程师。
文章编号:1001-4179(2008)22-0009-03“512”汶川地震对土石坝的损害及应急处置张家发 程展林 文松霖 张 伟(长江水利委员会长江科学院,湖北武汉430010)摘要:基于四川汶川地震灾区开展水库震损核查工作的实践,归纳了土石坝的震损现象,指出了各自的危害,初步分析了产生的原因,提出了应急处置措施,包括实际已采取的措施,以及从专业理论角度考虑可以采用的措施,针对有关研究和震区水利工作提出了建议。
由于不可能在短期内对震损大坝做到彻底加固,每个震损工程都由地方政府领导作为责任人,配备专人观察水库的运行情况和震损现象的发展,制定了水库下游人员撤离的预案,以防止大坝溃决造成人员伤亡。
关 键 词:土石坝;震损现象;裂缝;滑坡;应急处置措施;汶川地震中图分类号:P315.9 文献标识码:A 2008年5月12日四川汶川大地震主震达8.0级,最大地震烈度达Ⅺ度[1],余震频繁,截止2008年8月22日12:00统计4级以上余震达261次。
地震造成的生命财产损失主要由建筑物倒塌和山体崩塌、滑坡等地质灾害造成。
历史上其它地震中由于水库大坝或堰塞坝溃决、火灾以及疫情传播等造成的次生灾害,在本次地震中都得以幸免。
这是政府及社会各界适时地应急响应和艰苦努力的结果,是减灾工作的重大胜利。
长江科学院在震后及时派出十几位专家参加了水利部抗震救灾指挥部前方5个工作组和1个专家组(水电站组)的工作,与来自全国同行业的100多位专家和震区水利技术人员一起开展了水库震损情况及堰塞湖险情核查工作。
本文主要反映地震对土石坝损害的主要现象及其危害,分析震损原因,归纳提出应急处置措施,包括实际已采取的措施,以及从专业理论角度考虑可以采用的措施。
汶川地震道路震害调查与分析
2 . 4 地 震引 起道路 震害 的特 点规 律
从 震 害 的特 点 规 律 方 面 着 手 。 这 对 于震 害的 预 防 具 有 很 高的
道 路 震 害是 道 路 建 成 后 的 隐患 , 如 何 防 治震 害 的发 生 . 要 7 0 k m。每 一条 大断 裂 的 西 盘 向 东超 迭 、 仰 冲, 而 东南 盘相 对 向
区, 年 降水量多为 1 3 0 0 ~ 1 8 0 0 m m, 最大达 2 0 0 0 ~ 2 5 0 0 mm. 经 常 引发 泥 石 流 。 由 于丰 富 的 大 气 降水 . 该地区地下水丰富 . 埋 藏 较 浅, 时常 有 水从 半 山腰 流 出 , 加 之 气候 温 和 而 凉区处 于 著 名 的 龙 门山 构 造 带 上 。 龙 门山 构 造 带 位
于 青藏 高原 东部 边 缘 上 , 是 经 过 强 烈 地 壳运 动 形 成 的 。目前 仍 然是 处 于 活动 状 态 的 内陆造 山 带 。 该 地震 带 长约 4 0 0 k m, 宽约
参 考价 值 。 因 此及 时对 震 害 特 点 规律 做 总 结尤 为 重 要 。 此 次 在 承 性 活 动 . 从 而 引 发 大 地 震 。 正 因为 这 样 特 殊 的 地 质 构 造 , 使
调 查 和 分析 的基 础 上 ,汶 川 地 震 造 成 道 路 震 害的 主 要 特 点 规 得 灾 区道 路 受 灾里 程 基 数 大 . 部 分路 段 出现 较 大 的 路 面 错 位 、
石 比 较破 碎 , 岩 石碎 屑 的 坡 面移 动 比 较 强 烈 , 这就 为滑坡 、 崩 塌 灾 害 的发 生 创 造 了前 提 条 件 路 线 经过 该 地 区 , 必 然 会 开挖 山 体 . 使得岩体 暴露 . 同时
砌体墙体地震裂缝的分类与处理措施
浅析砌体墙体地震裂缝的分类与处理措施摘要:简述砌体结构墙体在地震作用后产生地震裂缝的主要形式,分析了处理这些地震裂缝的主要方式。
关键词:砌体结构;地震裂缝;处理措施1 前言2013年4月20日上午8时2分四川省雅安市芦山县发生7.0级地震,这是继2008年汶川地震后在四川境内又一次的强烈地震,此次地震导致大量教学楼、校舍、住宅的损毁。
近来年我国地质灾害频发,特别是5.12汶川8.0级地震,是我国自建国以来破坏性最强、波及范围最广的一次地震,受灾总面积约50万平方公里,直接经济损失8451亿多元。
汶川大地震之后,通过对灾区建筑结构的震害调查,我们得知:在整个建筑工程中占80%以上的砌体结构相对于剪力墙结构(包括框架-剪力墙结构和框架-筒体结构)和框架结构而言,破坏较为严重。
地震虽导致了大量房屋的倒塌,但仍有一部分房屋坏而未倒,当前所迫切需要的就是对于地震中没有倒塌,经过处理仍能继续使用的建筑物有针对性的进行处理,以满足承载力的要求和正常使用的要求。
本文将主要对砌体结构墙体地震裂缝的类型及处理措施进行简单介绍。
2 砌体结构墙体由于地震作用产生裂缝的分类砌体结构主要由砖、石等块体用砂浆砌筑而成,自重大,整体性差,因此它的抗震性与钢结构和钢筋混凝土结构相比要差很多。
地震烈度为 6 度时,就会对砌体结构的建筑物造成破坏,对设计上有问题或施工质量较差的房屋就会引起裂缝;地震烈度为7~8度时,砌体结构的墙体大多会产生不同程度的裂缝,标准低的一些房屋还会发生倒塌现象;地震烈度为9度时,房屋普遍受到破坏,多数局部倒塌,少数整体倒塌。
多次震害调查发现,砌体结构地震裂缝按形状可以分为以下几种:(1)“x”形裂缝:地震引起的墙体裂缝大多呈“x”形,且经常在门窗角、窗间墙等薄弱部位出现并向外扩展。
(2)水平裂缝:水平地震作用会在墙体上产生沿墙长度方向的水平裂缝。
这一类的裂缝在地震烈度为7~8度时就会出现。
(3)垂直裂缝:由于水平地震作用使墙体发生横向水平位移,会在纵墙或纵横墙交接处产生垂直裂缝,按砌体质量不同大体上分为三种情况。
框架结构抗地震倒塌能力的研究汶川地震极震区几个框架结构震害案例分析
框架结构抗地震倒塌能力的研究汶川地震极震区几个框架结构震害案例分析一、本文概述本文旨在深入研究框架结构在地震中的抗倒塌能力,特别是在汶川地震极震区的实际震害案例分析基础上,探讨框架结构的抗震性能和失效机制。
汶川地震是中国历史上一次具有极大破坏性的地震,其极震区的震害情况尤为严重,为我们提供了宝贵的震害数据和实际案例。
本文通过分析这些案例,旨在提升对框架结构抗震性能的理解,为未来的抗震设计和防灾减灾提供科学依据。
文章首先将对框架结构的基本特性和抗震设计原理进行概述,为后续的分析和讨论提供理论基础。
随后,将详细介绍汶川地震极震区的几个典型框架结构震害案例,包括震害现象、破坏程度和影响因素等。
通过对这些案例的深入分析,我们将揭示框架结构在地震中的倒塌机制和薄弱环节,探讨现有抗震设计方法的优点和不足。
在此基础上,文章将进一步研究提高框架结构抗地震倒塌能力的有效措施和方法。
结合震害案例的分析结果,我们将探讨如何优化框架结构的抗震设计,提高结构的延性、耗能能力和整体稳定性。
还将关注新型抗震材料和技术的应用,以期在未来抗震设计和防灾减灾工作中取得更好的效果。
本文将对研究成果进行总结,并提出对未来研究方向的展望。
通过本文的研究,我们期望能够为提升我国框架结构抗震性能提供有益的建议和参考,为保障人民群众生命财产安全做出积极贡献。
二、框架结构的抗地震倒塌能力分析框架结构作为一种常见的建筑结构形式,其抗地震倒塌能力一直是工程界和学术界研究的重点。
在汶川地震极震区的震害案例分析中,我们可以发现,框架结构的抗地震倒塌能力受到多种因素的影响,包括结构设计、材料性能、施工质量、地震动特性等。
从结构设计的角度来看,合理的抗震设计是提高框架结构抗地震倒塌能力的关键。
在汶川地震中,一些遵循了现行抗震设计规范的框架结构表现出了较好的抗震性能,能够在地震中保持结构的整体性和稳定性。
然而,也有一些框架结构由于设计上的不足,如结构布置不合理、节点连接不牢固等,导致在地震中出现了严重的破坏甚至倒塌。
汶川地震裂缝整理
产生部位
在调查中发现,大多数楼梯踏步板都在1 /3~1 /2的部位发生破坏。【10】
产生原因
由于楼梯间的山墙较高,梯段构件侧向刚度较大,而且交叉布置,楼梯休息平台与楼梯错层,地震时最容易破坏。在横向地震作用下,楼梯板与休息平台板之间,水平力形成力偶,使梯段往复受拉,梯段受拉弯破坏,休息平台被剪坏。
汉旺镇某沿街建筑窗下墙破坏
水平裂缝
5)
产生部位
靠近楼屋盖的梁板附近的墙体上下两端,同时,在一些承重砖柱上也发现水平裂缝,裂缝基本贯穿,开裂部位多集中在柱端,严重时会导致砖柱在裂缝部位错位、墙体压酥,从而基本丧失承载力。【2】
产生原因
由于地震作用使墙体受弯受剪,或在地震作用下水平错动引起。
案例:
楼板处墙体开裂青川县某砌体结构房屋入口处砖柱的贯穿水平裂缝导致砖柱错位【2】
这两个案例有力的证明了横墙间距的大小直接影响房屋抗震性能的好坏的设计理论是正确的,即横墙问距越小,房屋的抗震性能越好,反之越差。
从这我们也看出学校教学楼建筑不应采用抗震性能差的多层砖混教学楼,而应当采用抗震性能好的框架结构或框剪结构。经济条件较差的地区即使要修建,层数也不应超过2层。
3)
产生原因:
窗户洞口的设置使墙体横截面积突然减少,在地震作用下,墙体受到的剪力超过墙体的抗剪强度,以致产生X形裂缝或水平裂缝。
其它裂缝
9)
产生部位
突出屋面的小楼(楼梯间、电梯间、水箱间、屋顶凉亭、塔楼)、女儿墙、阳台栏杆。【2】
产生原因
房屋立面设计不规则,顶部有刚度突变,在地震时产生的“鞭梢效应”导致顶部结构破坏。有些房屋的走廊护栏、女儿墙、挑檐等是用砖砌筑而成的,在地震时全部掉落,这是因为缺乏抗震构造措施,在水平地震作用下,砖砌护栏与楼板接触部位抗剪强度低而导致的。
汶川地震砌体房屋破坏现象及分析
汶川地震砌体房屋破坏现象及分析【摘要】近年来,我国先后出现了汶川、玉树等大地震,造成极震区80%~90%以上房屋建筑倒塌或严重破坏,其中砌体房屋震害严重,即使未倒塌也出现严重破坏不能继续使用,造成了巨大的人员伤亡和经济损失。
因此,砌体结构房屋抗震性能的好坏直接关系到人民群众生命和财产安全。
当汶川大地震发生后,针对该地区砌体结构房屋的震后破坏现象进行广泛深入的调查,分析汶川地震后砌体结构房屋震害现象、砌体结构房屋的破坏类型和产生原因,探讨砌体房屋震害规律和影响砌体结构抗震性能的主要因素。
【关键词】汶川地震;砌体房屋;震害规律1.砌体结构在汶川地震中的震害表现全世界的地震灾害对建筑物的破坏性极大。
我国是一个幅员辽阔,人口密集的国家,大多数乡镇农村仍然以砖石砌体结构房屋为主。
2008年5月12日汶川地震约7万人死亡2万人失踪,一些建筑群或临街建筑成片倒塌。
在都江堰市、绵竹县等高烈度区砌体结构震害也比较严重,部分房屋倒塌,多数严重破坏或中等破坏。
汶川地震灾害调查,砌体房屋的主要震害有墙体开裂、房屋整体倒塌、房屋局部倒塌几种情况。
根据汶川地震大量的震害调查结果,多层砌体房屋的主要震害可以归纳为墙体开裂、房屋局部倒塌、房屋整体倒塌。
1.1墙体开裂地震作用后,砌体结构房屋中往往会出现大量的裂缝,但这些裂缝在较长时间内还不稳定,容易引发墙体破坏甚至倒塌。
砌体结构房屋中大多数墙体出现剪切破坏导致的裂缝。
第一种类型是主拉应力引起的剪切破坏裂缝,是墙体在地震产生的剪力作用下,墙体内的主拉应力超过材料的抗拉强度,引起墙体损坏,其裂缝形态是在墙体的中部,即剪应力最大区域首先产生裂缝,向两端沿约45o方向发展,裂缝表现为中间宽、两头尖,存在向两端发展的趋势,裂缝初期一般不会发展到墙体边缘。
这类裂缝一般是先在墙体上出现斜向或交叉斜裂缝,进而出现滑移、错位、破碎、散落,直至丧失承受竖向承载力而倒塌。
1.1.1墙体交叉斜裂缝:主要由于水平地震力墙体中引起的主拉应力超过墙体的抗拉强度所致。
汶川地震震害分析及建议
2008年 5月 12日 14时 28分, 四川汶川县 发生里氏8. 0级地震, 震中位于汶川县映秀 镇 (东经 103.4 北纬31.07), 震源深度 14km。 汶川地震是我国自建国以来最为强烈的一 次地震, 直接严重受灾地区达 10万平方公里, 包括震中 50km 范围内的县城和 200km范围 内的大中城市。全国大部分地区有明显震 感, 泰国首都曼谷, 越南首都河内, 菲律宾、 日本等地也有震感。截至 6月 24日, 地震 已 造成 69185 人遇 难, 18467 人 失踪
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若合理设置构造柱和圈梁, 砖混结构也能有效 抵御地震破坏, 在震害调查中也发现基本没有受到 破坏的砖混结构。因此, 对于砌体结构, 如何保证 结构的整体性和侧向承载力是抗震设计的关键。
2. 3 框架 -砌体混合结构
• 这类结构形式有多种, 如底框砖混结构 (底部框架 上部砖混, 竖向混合 ), 底层部分框架、部分砌体 上部砖混, 以及部分框架 -部分砖混 (水平混合 )。 这类结构的体系大多比较混乱, 由于经济原因, 大 多尽可能少用混凝土框架, 框架和砌体承重墙抗侧 力构件的承载力和变形能力很不协调, 平面抗侧刚 度极不均匀。这类结构的震害现象主要为底部框 架由于变形集中而破坏, 或上部砌体结构破坏。下 图为框架 -砌体混合结构的震害情况。
典型震害图片及防治措施来自• • 摘自网•
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1 建筑震害等级划分 2 各类结构形式的震害 3结论和建议 4典型震害及防治
1 建筑震害等级划分 • ( 1)可以使用, 即结构的承重结构基本保持完好, 少量非结 构构件损伤, 继续使用不会引起承重结构的破坏, 损伤的非 结构构件不会造成对生命和财产的威胁; • ( 2)加固后使用, 即承重结构发生一定的损伤, 部分非结构 构件破坏, 继续使用可能将会引起承重结构的损伤加大, 或 是剩余的非结构构件不稳定, 对生命和财产产生威胁; • ( 3)停止使用, 即承重结构发生严重损伤, 仅能保持自身结 构稳定, 不能继续使用; • ( 4)立即拆除, 即承重结构发生非常严重的损伤, 随时可能 发生倒塌。
2008年汶川大地震的时空破裂过程
中国科学D辑:地球科学 2008年 第38卷 第10期: 1186~1194 《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESS2008年汶川大地震的时空破裂过程张勇①②,冯万鹏②,许力生②*, 周成虎③,陈运泰①②†①北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871;②中国地震局地球物理研究所, 北京100081;③中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101* 联系人, E-mail: xuls@† 责任作者, E-mail: chenyt@收稿日期: 2008-07-25; 接受日期: 2008-08-13国家基础研究发展计划(编号: 2004CB418404-4, 2001CB711005)和国家自然科学基金(批准号: 40574025, 40474018)资助摘要利用全球地震台网(GSN)记录的长周期数字地震资料反演了2008年5月12日四川汶川M S8.0地震的震源机制和动态破裂过程, 并在反演所得结果的基础上定量分析了汶川大地震同震位移场的特征, 探讨了汶川大地震近断层地震灾害的致灾机理. 反演中采用了单一机制的有限断层模型, 使用了从全球范围内挑选的、方位覆盖较均匀的21个长周期地震台垂直向记录的P波波形资料. 通过反演得出: 汶川大地震的发震断层走向为225°、倾角为39°、滑动角为120°, 是一次以逆冲为主、兼具小量右旋走滑分量的断层; 这次地震所释放的标量地震矩为9.4×1020 ~2.0×1021 Nm, 相当于矩震级M W7.9~8.1. 汶川大地震是在破裂长度超过300 km的发震断层上发生的、破裂持续时间长达90 s的一次复杂的震源破裂过程. 整个断层面上的平均滑动量约2.4 m, 但断层面上滑动量(位错)的分布很不均匀. 有4个滑动量集中且破裂贯穿到地表的区域, 其中最大的两个, 一个在汶川-映秀一带下方, 最大滑动量(也是本次地震的最大滑动量)所在处在震源(初始破裂点)附近, 达7.3 m; 另一个位于北川一带下方, 一直延伸到平武境内下方, 其最大滑动量所在处在北川地面上, 达5.6 m. 其余2个滑动量集中的区域规模较小, 一个在康定以北下方, 最大滑动量达 1.8 m; 另一个位于青川东北下方, 最大滑动量达0.7 m. 汶川地震整个断层面上的平均应力降约18 MPa, 最大应力降约53 MPa. 由反演得到的断层面上滑动量分布计算得出的汶川大地震震中区地表同震位移场表明, 汶川大地震地表同震位移场的分布特征与该地震烈度分布的特征非常一致, 表明了汶川大地震的大面积、大幅度、贯穿到地表的、以逆冲为主的断层错动是致使近断层地带严重地震灾害在震源方面的主要原因. 关键词汶川大地震地震破裂过程同震位移根据中国国家地震台网测定, 2008年5月12日14时28分4秒(北京时间), 在我国四川省汶川县境内的映秀镇附近(31.0°N, 103.4°E, 震源深度15 km)发生了面波震级M S8.0地震. 地震引发大规模的山体滑坡和泥石流, 造成了多处河流淤塞, 形成了3000个以上的堰塞湖(卫星影像图1(b)和(c)); 汶川大地震使位于龙门山断裂带附近的上百座城镇遭受严重破坏, 大量房屋损毁, 公路桥梁坍塌(卫星影像图1(d)和(e)), 造成了近9万人死亡或失踪.汶川大地震震中位于青藏高原东缘的龙门山断裂带上. 龙门山断裂带是一条长约500 km、宽约30~50 km 沿NE-SW方向展布的巨大断裂带, 其断1186中国科学 D 辑: 地球科学 2008年 第38卷 第10期图1由MODIS 卫星影像((a)~(e))显示出的汶川大地震(红色圆圈)造成沿龙门山断裂带山体滑坡、泥石流及堰塞湖(影像(b), (c))以及附近城镇遭受严重破坏、大量房屋损毁倒塌、公路桥梁坍塌(影像(d), (e))的情景. 图1(a)中带锯齿的浅黄色线表示逆冲断裂, 锯齿所指的方向表示断层面的倾向; 1表示茂县-汶川断裂, 2表示映秀-北川断裂, 3表示彭县-灌县断裂层滑动以逆冲为主、兼具右旋走滑分量[1]. 按照由西向东的顺序, 龙门山断裂带主要包含龙门山后山断裂(茂县-汶川断裂)、中央断裂(映秀-北川断裂)和山前断裂(彭县-灌县断裂)(图2). 这些断裂都以逆冲滑动为主、兼具一定的右旋走滑分量; 在龙门山断裂带的东北段, 右旋走滑分量更大[1]. 在龙门山断裂带上, 近期中、小地震(震级M <7的地震)活动频繁[2], 但历史上未有发生过7级以上大地震的记载. 与上述龙门山断裂带上的地震活动特征形成强烈反差, 在我国西南地区、包括龙门山断裂带附近区域的断裂带上, 不但历史上而且近期均发生过多次强烈地震[3,4](图2),但震级都不超过8级, 其中震级最大的一次为1933年8月25日发生在茂县叠溪的M S 7.5级地震. 汶川大地震的发生是平静多年的龙门山断裂带的一次集中的能量释放.地震发生后, 作者利用全球地震台网(Global Seismographic Network, 简写为GSN)的长周期数字地震资料, 反演了汶川大地震的震源机制和动态破裂过程, 在震后数小时内测定完毕并随即于翌日公布了相关的震源参数(/汶川地震专题/地震情况/初步研究及考察结果(一).pdf), 及时地为抗震救灾工作提供了重要参考. 分析结果表1187张勇等: 2008年汶川大地震的时空破裂过程图2(a) 2008年汶川大地震震中(白色八角星)位置和震中区的主要断裂(深紫色线)、历史地震(黄色圆点)和沿龙门山断裂带及其附近的主要城市(白色圆点). 浅紫色矩形框表示本研究所采用的平面断层模型在地面上的投影, “海滩球”为本文得到的汶川大地震震源机制解(走向225°/倾角39°/滑动角120°)在震源球下半球的等面积投影. (b) 汶川大地震的构造背景明, 这次地震的断层长度超过300 km, 破裂开始于汶川县的映秀镇地面下方约15 km 处, 终止于震中东北方向的青川县, 地震破裂持续时间长达90 s, 最大滑动量发生于汶川和北川附近.1188中国科学 D 辑: 地球科学 2008年 第38卷 第10期本文将叙述作者以单一机制有限断层模型反演方法[5]反演全球地震台网记录的长周期数字地震资料得到的汶川大地震的震源机制和动态破裂过程, 并在反演所得结果的基础上定量分析汶川大地震同震位移场的特征.1 数据本文选取震中距在55°~90°(1°约为111.1 km)范围内的台站的直达P 波的长周期波形记录反演汶川大地震的震源机制和动态破裂过程. 为使台站相对于震中的方位分布均匀, 我们按照大约5°的方位角间隔选取了21个台站(图3)的资料用于反演.鉴于水平向P 波记录受干扰较大, 反演中只使用信噪比高的垂直向记录, 并只采用0.002~0.2 Hz 的3阶Butterworth 带通滤波器对波形记录进行滤波以确图3 2008年汶川大地震震中(八角星)和本研究中使用的长周期地震台(三角形)的空间分布三角形旁的字母表示台站名称保波形记录包含尽可能完整的震源信息. 采用全球标准的速度结构模型[6], 利用反射率法[7]计算相应的格林函数.2 断层面参数的确定地震发生后, 美国哈佛(Harvard)大学(http://www. /CMTsearch.html)、美国地质调查局(USGS)(/eqcenter/eqinthenews/ 2008/us2008ryan/#scitech)以及陈运泰等(http://www. /汶川地震专题/地震情况/初步研究及考察结果(一).pdf)很快测报了这次地震的矩张量解的反演结果(表1). 3种结果一致表明, 汶川地震是一次以逆冲为主、具有一定右旋走滑分量的断层错动. 不过, 上述结果都是在假设震源时间函数为三角形函数的前提下得到的, 不涉及震源破裂时间过程的复杂性. 为研究震源破裂时间过程的复杂性, 我们运用新发展的方法[8], 通过对震源时间函数的适当约束, 在假定矩张量的各分量都具有相同时间历史的前提下进行波形反演, 直接得到震源时间函数和矩张量的6个独立元素, 进而确定断层面参数[9].反演结果表明(表1), 这次地震释放的标量地震矩M 0=2.0×1021 Nm, 相当于矩震级M W =8.1, 最佳双力偶解的两个节面的参数分别为: 节面Ⅰ, 走向220°/倾角32°/滑动角118°; 节面Ⅱ, 走向8°/倾角63°/滑动角74°. 这一结果与全球矩心矩张量(GCMT)结果相近, 但略有差异[9].反演得到的节面Ⅰ的走向(220°)与倾向(倾向西北)与龙门山断裂带的走向(NE-SW)与倾向(倾向西北)一致, 也与NE-SW 走向的余震震中分布一致. 据此可以确定节面Ⅰ(走向220°/倾角32°/滑动角118°)为汶川地震的断层面. 在以下叙述的工作中, 将以这个结果作为震源破裂过程反演的初始模型.表1 汶川大地震的地震矩M 0、矩震级MW 和断层面解节面Ⅰ 节面Ⅱ T 轴 B 轴 P 轴来源 M 0/1021 NmMW走向 /(°) 倾角 /(°) 滑动角/(°) 走向/(°) 倾角/(°) 滑动角/(°) 方位/(°) 倾角/(°) 方位 /(°) 倾角 /(°) 方位 /(°) 倾角/(°)哈佛大学 0.94 7.9 229 33 141 352 70 63 227 57 2 25 114 9 美国地质 调查局 0.75 7.9 23859 1282 47 45 202 57 36 31 110 16刘超等[9]2.0 8.1 220 32 118 8 63 74 245 69 16 14 302 6 本文0.94 7.9 22539 1208 57 68 230 69 21 18 103 201189张勇等: 2008年汶川大地震的时空破裂过程3 矩阵方程与反演参数震源破裂过程反演的研究工作开始于20世纪80年代初期, 经过20多年的发展, 逐渐形成了多种不同的反演方法, 其中包括Kikuchi 和Kanamori [10]与Hartzell 和Heaton [11]发展的波形反演方法. 这些方法都对子断层的震源时间函数(地震矩率的时间历史)的“形状”作了假定, 在一定程度上限制了破裂传播模式与破裂传播速度反演的客观性. 本文采用作者在研究2007年云南宁洱地震时所发展的方法[5], 在未对子断层的震源时间函数作任何先验假设的前提下, 以资料方程、空间光滑方程、时间光滑方程和地震矩最小约束方程构成如下的矩阵方程:001230[],00G U D s T Z λλλλλ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦(1) 式中, U 为经过处理后的地震台站的记录资料, G 为格林函数矩阵, 为所有子断层震源时间函数, 是破裂过程反演待求解的参数, D 为空间光滑约束矩阵, T 为时间光滑约束矩阵, Z 为地震矩最小约束矩阵. λ0, λ1,λ2和λ3代表不同方程组的权重, 其中s 0λ是一个稀疏矩阵, 而λ1, λ2和λ3为常数. 采用非负约束的共轭梯度法[12]求解式(1)所示的矩阵方程.取沿走向方向长510 km(在震中东北和西南方向分别为305和205 km)、沿倾向长50 km 的矩形区域作为断层面, 将这个510 km×50 km 的面积均匀划分为51×5 = 255个子断层. 每个子断层长10 km, 宽10 km. 鉴于震源(初始破裂点)深度为15 km, 在此断层模型中, 将初始破裂点置于沿走向第31个、沿倾向第3个的子断层. 对每个子断层的破裂时间和破裂速度做了限定每个子断层破裂时间不超过25 s 、破裂速度不超过4.5 km/s 的约束. 反演中, 对子断层地震矩率函数的时间历史不作任何限制, 也没有预先给定子断层的破裂起始时间[13]. 在考虑各台站资料的权重时, 通过调整λ0, 给予各台站资料相同的权重以拟合所有的观测数据, 并调节各台站资料的最大幅值在1左右. 在此基础上, 约束方程的权重可以以λ0作为参考. 经过多次调整参数和反演试解, 最终选取λ1 = 30, λ2 = 80, λ3 = 0.4.按本节叙述的方法, 我们以上节提及的、反演得到的节面Ⅰ(走向220°/倾角32°/滑动角118°)作为时空破裂过程反演的初始模型, 运用试错法对不同的震源机制时空破裂过程进行反演, 最后得出残差最小的断层面解为: 走向225°/倾角39°/滑动角120°(表1第4行与图2中的“海滩球”).4 静态滑动量分布由图4可以看出, 汶川大地震的断层面上的滑动量的分布很不均匀. 有4个滑动量集中的区域. 最大的一个滑动量集中的区域在汶川-映秀一带下方, 沿断层走向长达180 km, 沿断层倾向宽达50 km. 最大滑动量达7.3 m, 位于震源(初始破裂点)附近. 第二大滑动量集中的区域位于北川一带下方, 一直延伸到平武境内下方, 沿断层走向方向长达60 km, 沿断层倾斜方向宽达35 km, 最大滑动量达5.6 m. 第三大滑动量集中的区域在康定以北下方, 位于震中西南120~170 km 之间, 最大滑动量达1.8 m. 除此之外, 在青川东图4 2008年汶川大地震断层面上的静态(最终)滑动量分布白色八角星表示震源(初始破裂点)的位置, 白色线条和线条上的白色数字分别为滑动量等值线和滑动量幅值(单位: m). 图上方的箭头给出了各重灾县、市在断层线(断层面与地面的交线)上投影的位置. 图中纵坐标与横坐标采用不同的比例1190中国科学 D 辑: 地球科学 2008年 第38卷 第10期北也存在一个较小的滑动量集中区域, 其最大滑动量为0.7 m. 整个断层面上的平均滑动量约为2.4 m.根据图4所示的断层面上的静态(最终)滑动量分布, 采用布龙(Brune)震源模型[14,15]计算了断层面上的应力降, 得出断层面上的最大应力降为53 MPa, 平均应力降为18 MPa. 这个结果与板内地震的典型应力降(约10 MPa)在数量级上是一致的, 但其数值大约是板内地震的典型应力降的2倍[16]. 从应力降的数量级来看, 汶川大地震与典型的板内地震没有明显的不同.5 破裂的时空变化图5表示地震断层面上的滑动量随时间和空间的变化图像. 从破裂开始(发震时间)到发震后12 s, 破裂主要表现为双侧破裂形式, 即同时向东北和西南两个方向扩展, 其中5 s 时错动最快. 随后停顿了大约4 s. 在发震后16~30 s 期间, 在震中东北方向约80 km 处开始新的破裂, 并快速向着西南方向传播. 在这个阶段破裂涉及的范围大, 是汶川大地震的一个主要过程. 在发震后30~42 s, 在震中东北方向和西南方向都有一些零星的破裂, 但规模较小、幅度较弱.在接下来的图5 2008年汶川大地震断层面上的滑动量随时间变化的快照八角星表示震源(初始破裂点)的位置. 图中每个矩形子图表示在长510 km 、宽50 km 的断层面上、在矩形内左下角所示的发震后的时刻的累积滑动量的分布. 发震后的第90 s 的累积滑动量即静态滑动量分布(参见图4). 红色细线表示地震破裂过程中破裂前锋随时间变化的进程, 旁边的黑色数字表示相应的破裂传播速度的数值(单位: km/s)1191张勇等: 2008年汶川大地震的时空破裂过程6 s 内, 没有明显的破裂发生. 在发震后的48~58 s 内,在震中东北140 km 的北川附近和震中西南150 km 的康定附近下方相继发生破裂. 在发震后60~66 s 内, 震中东北200 km 处下方的断层面上有一次较小的破裂事件. 此后, 在震中西南方向的破裂基本结束, 而在震中东北280 km 处则零星地发生了一些破裂.如前所述, 汶川大地震的震源过程错综复杂, 断层面上位错的分布也很不均匀. 图5的红色细线表示了地震破裂过程中破裂前锋随时间的变化的进程(图5). 从图5可以看出, 在整个地震破裂过程中破裂前锋的扩展速度(破裂传播速度)是随时间和空间变化的. 我们对几个典型的时段估算了相应的破裂传播速度的数值(如图5中表示破裂前锋的红色细线旁的黑色数字所示). 根据破裂前锋沿断层走向的扩展情况, 可以估算出朝东北方向和朝西南方向的平均破裂速度分别约为3.4和2.2 km/s.6 震源时间函数根据图5的破裂时空分布图像, 可以计算出如图6所示的地震矩的释放率随时间变化曲线(震源时间函数)[4]. 由震源时间函数的时间积分可以得到整个地震过程中释放的标量地震矩为9.41020 Nm, 相当于矩震级为M W 7.9. 汶川大地震的整个时间过程有5个主要的能量释放阶段, 即由5次子事件组成. 第一次子事件发生在发震后的最初14 s, 在这个时间段内释放了汶川大地震释放的全部地震矩的约9%的地震矩; 第二次事件介于发震后14~34 s 之间, 是最主要的一次事件, 释放了全部地震矩的约60%的地震矩; 第三次事件开始于发震后34 s, 结束于43 s, 释放了全部地震矩的约8%的地震矩; 第四次事件为发震后43~58 s, 释放了全部地震矩的约17%的地震矩; 第五×图6 2008年汶川大地震的震源时间函数次事件开始于发震后58 s 至全部地震破裂过程结束(发震后90 s), 仅释放了全部地震矩的约6%的地震矩.7 地表位移场与近断层地区震灾的致灾机理在均匀各向同性完全弹性半空间中任一矩形断层引起的位移可以用解析式表示[17~19]. 据此可以计算有限断层震源模型引起的同震位移场. 将反演地震破裂过程得到的255个10 km×10 km 的正方形子断层的位错(滑动量)在震中区地表面引起的同震位移叠加, 便可得到汶川大地震在震中区引起的同震位移场(图7). 图7表示汶川大地震在震中区引起的同震位移场的空间分布. 作为比较, 图中还给出了汶川大地震的等震线[20]. 从震中区同震位移场的水平向位移(图7(a))可以看到非常清楚的右旋运动, 即断层的西北盘向东北方向运动以及断层的东南盘向西南方向运动. 从震中区同震位移场的垂直向位移(图7(b))可以清楚地看到, 在NE-SW 走向的汶川大地震发震断层的上盘(西北盘), 地面隆升, 而在下盘(东南盘), 地面下沉. 需要特别指出的是, 由图7可见, 我们计算得出的地表水平向和垂直向同震位移的空间分布的特征都与震中区等震线的特征非常接近. 计算得出的地表垂直与水平位移最大的两个地区即汶川和北川地区正好对应于本次地震中受灾最严重的、烈度都同为Ⅺ度的两个极震区. 在汶川地区, 地面最大水平向位移为3.2 m, 最大垂直向位移为2.8 m; 在北川地区, 地面最大水平相位移为 2.9 m, 最大垂直向位移为2.6 m. 地面最大位移均发生于出露至地表的断层面上. 在最大相对位移即位错所在地点(震中东北约50 km 处), 计算得出的的滑动量为6.1 m, 与地震现场调查的结果非常接近. 这些情况表明, 汶川大地震贯穿到地表面的逆冲断层错动是近断层地区震灾的主要原因.8 讨论与结论我们在全球范围内从全球地震台网的数字地震资料中挑选了21个方位分布较均匀的长周期台站的垂直向P 波记录, 通过波形反演得到了2008年5月12日M S 8.0地震的时空破裂过程. 反演结果的质量在一定程度上可以从观测波形与理论(合成)波形的拟合程度得到反映. 为此, 我们利用反演得到的动态破裂1192中国科学D辑: 地球科学 2008年第38卷第10期图7 2008年汶川大地震断层错动引起的同震位移场与等震线[20](a) 水平向位移; (b) 垂直向位移图8 全球地震台网(GSN)记录的观测地震图与理论地震图的比较每个子图中, 上方的粗实线表示观测地震图, 下方的细实线表示理论地震图. 子图左方的数字从上到下依次为: 观测地震波形的最大振幅、观测地震图与理论合成地震图之间的相关系数、理论地震波形的最大振幅. 地震波形振幅的单位为m. 子图右边的字符从上到下依次为对应的台站名、分量名和震相名1193张勇等: 2008年汶川大地震的时空破裂过程过程模型计算了所用的21个台站所在观测点的理论(合成)地震图, 并与相应的观测地震图进行了对比. 从图8可以看出, 理论(合成)地震波形与观测地震波形的拟合很好, 大多数(多达13个台站)的理论(合成) 地震波形与观测地震波形的相关系数在0.8以上, 有3个台站的理论(合成)地震波形与观测地震波形的相关系数在0.7~0.8之间. 可以认为, 反演得到的汶川大地震动态破裂过程模型较好地解释了观测地震图.由反演得到的静态(最终)滑动量分布模型计算得出的地表同震位移场与野外地震灾害调查的结果对比表明, 计算得到的地表位移场的分布特征与沿断层的地震灾害分布特征非常接近, 地表位移值较大的两个地区正好对应于两个极震区, 显示了极震区与贯穿到地面的逆冲断层错动的密切联系.若干细节尚待进一步深入研究. 例如, 本文的反演结果表明, 在震中西南的康定东北方向也有明显的、滑动量最大达1.8 m的断层错动, 这点尚有待野外地震调查的印证. 又如, 尽管本文反演得到的汶川大地震动态破裂过程模型比较好地解释了观测地震图, 但在有的台站, 理论(合成)地震图与观测地震图的拟合程度并不高, 其原因有待查明.本文通过反演得到了汶川M S8.0大地震的震源机制解、震源时间函数和断层面上滑动量随时间和空间的变化过程, 并利用反演得到的断层面上的静态位错模型计算了震中区地表位移场. 反演得到的震源机制和破裂过程表明, 汶川大地震是一次以逆冲断层错动为主的地震事件, 地震破裂过程以朝北东向破裂为主的不对称双侧破裂方式进行, 最大错动量达到7.3 m, 且大幅度、大面积的破裂在多个区域贯穿到地表. 根据反演得到的静态(最终)滑动量分布模型计算的震中区地表位移场特征与地震的烈度分布特征具有很好的一致性, 表明了汶川大地震的大面积、大幅度、贯穿到地表的以逆冲为主的断层错动是致使近断层地区严重地震灾害在震源方面的主要原因.致谢作者对中国科学院遥感应用研究所王世新研究员在图1准备中给予的帮助以及两位审稿专家提出的建设性意见表示衷心的感谢.参考文献1 陈国光, 计凤桔, 周荣军, 等. 龙门山断裂带晚第四纪活动性分段的初步研究. 地震地质, 2007, 29(3): 657—6732 Yang Z X, Waldhauser F, Chen Y T, et al. Double-difference relocation of earthquakes in central-western China, 1992—1999. J Seis-mol, 2005, 9: 241—264[DOI]3 闵子群, 主编. 中国历史强震目录(公元前23世纪—公元1911年). 地震出版社, 1995. 1—5144 闵子群, 主编. 中国历史强震目录(公元前1912年—公元1990年, M S≥4.7). 地震出版社, 1995. 1—6365 张勇, 许力生, 陈运泰, 等. 2007年云南宁洱M S6.4地震震源过程. 中国科学 D辑: 地球科学, 2008, 38(6): 683—6926 Kennett B L N, Engdahl E R. Travel times for global earthquake location and phase identification. Geophys J Int, 1991, 105: 429—465[DOI]7 Kennett B L N. Seismic Wave Propagation in Stratified Media. Cambridge: Cambridge University Press, 1983. 1—3398 张勇. 震源破裂过程反演方法研究. 北京: 北京大学博士学位论文, 2008. 1—1589 刘超, 张勇, 许力生, 等. 一种矩张量反演新方法及其对2008年汶川Ms8.0地震序列的应用. 地震学报, 2008, 30(4): 329—33910 Kikuchi M, Kanamori H. Inversion of complex body waves. Bull Seism Soc Am, 1982, 72: 491—50611 Hartzell S H, Heaton T H. Inversion of strong ground motion and teleseismic waveform data for the fault rupture history of the 1979Imperial Valley, California, earthquake. Bull Seism Soc Am, 1983, 73: 1553—158312 Ward S N, Barrientos S E. An inversion for slip distribution and fault shape from geodetic observations of the 1983, Borah Park,Idaho, earthquake. J Geophys Res, 1986, 91(B5): 4909—4919[DOI]13 Chen Y T, Xu L S. A time domain inversion technique for the tempo-spatial distribution of slip on a finite fault plane with applica-tions to recent large earthquakes in Tibetan Plateau. Geophys J Int, 2000, 143(2): 407—416[DOI]14 Brune J N. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes. J Geophys Res, 1970, 75: 4997—5009[DOI]15 Brune J N. Correction. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes. J Geophys Res, 1971, 76: 5002[DOI]16 Kanamori H. Mechanics of earthquakes. Ann Rev Earth Planet Sci, 1994, 22: 207—237[DOI]17 陈运泰, 林邦慧, 林中洋, 等. 根据地面形变的观测研究1966年邢台地震的震源过程. 地球物理学报, 1975, 18(3): 164—18218 陈运泰, 黄立人, 林邦慧, 等. 用大地测量资料反演的1976年唐山地震的位错模式. 地球物理学报, 1979, 22(3): 201—21619 Okada Y. Surface Deformation due to shear and tensile faults in a half-space. Bull Seism Soc Amer, 1985, 75(4): 1135—115420 国家汶川地震专家委员会. 汶川地震灾区地震地质灾害图集. 中国地图出版社, 2008. 1—1051194。
汶川震害经验总结
汶川震害经验总结1、震害经验震害经验可归纳如下:(1)钢筋混凝土圈梁、构造柱和现浇楼板是防止房屋倒塌的重要措施,未设置圈梁、构造柱的房屋震害比较严重,甚至出现了整体倒塌、局部倒塌。
由此可见,设置圈梁和构造柱的必要性,并且构造柱截面要有足够的尺寸,否则地震时很容易破坏,丧失拉结、约束砖墙的功能。
(2)和横墙承重结构相比,纵墙承重结构的震害严重,应尽量避免纵墙承重。
横墙较少的空旷房屋震害严重,会议室、教室等大空间部位的承重纵墙,容易发生预制楼板等构件下落的危险。
在住宅楼中预制板搭在外纵墙上,是常见的做法,但这不是好的支承方式。
纵墙是砖混结构中的薄弱环节,它非常容易倒塌。
唐山地震已有深刻的教训,这次汶川大地震中再次出现这种情况。
为了设置教室、会议室等大空间,往往以混凝土大梁代替横墙,梁端搁在纵墙上。
这种单摆浮搁的支承方式加上纵墙上常常震裂震散,很容易导致楼面坠落。
震区一些学校教学楼一垮到底,恐怕与采用纵墙抬梁的结构体系有关。
早在唐山地震中就有过这个教训,当时提出大梁应设混凝土柱支承的措施。
与此相似,采用单柱内框架也要特别慎重从事,因为一条腿独立,解决不了两头垮的问题。
(3)纵横墙拉结不好的砌体结构震害严重,要加强纵横墙拉结。
除了圈梁对所有的墙体起拉结作用外,纵横墙交会处的拉结措施也非常重要。
横墙应设马牙槎,即沿端部砌成凹凸形,伸入纵横墙内。
还要设拉接钢筋,拉结钢筋宜每六皮砖一道,至少两根6mm钢筋,伸入砖缝长度不少于400mm。
图22(4)平面或立面不规则的建筑物震害要重。
当地有不少的L形的建筑,未设缝分开,且在结合部设置楼梯间,加剧了房屋的震害,这类建筑多被判定为需要立即拆除的危险房屋。
(5)突出屋面的小楼(楼梯间、电梯间、水箱间、屋顶凉亭、塔楼) 、女儿墙、阳台栏杆等处的震害严重甚至出现局部倒塌,花格窗、高门脸等外装饰出现掉落现象,这些是容易导致人员伤亡的潜在隐患,被判定需要立即局部拆除。
(6)屋盖采用木屋架和瓦片,顶层结构的震害严重,屋架和墙体多为存在安全隐患的部位。
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从这我们也看出学校教学楼建筑不应采用抗震性能差的多层砖混教学楼,而应当采用抗震性能好的框架结构或框剪结构。经济条件较差的地区即使要修建,层数也不应超过2层。
3)
产生原因:
窗户洞口的设置使墙体横截面积突然减少,在地震作用下,墙体受到的剪力超过墙体的抗剪强度,以致产生X形裂缝或水平裂缝。
从以上两个案例我们可以看出,教学楼由于横墙间距较大且数量少,地震时可以承担的地震作用有限,很容易在地震时发生破坏,并引起结构坍塌。住宅楼横墙间距较小,数量较多,地震时可以承担较多的地震作用,受损相对于教学楼较轻。学生宿舍楼横墙间距很小、横墙上一般又没有洞口削弱,地震时可以承担很强的地震作用,因此受损最轻。
裂缝篇
斜裂缝与交叉裂缝
根据斜裂缝与交叉裂缝产生部位的不同可以分为以下几个类别
1)
产生部位:
非承重纵墙上非常普遍,基本上每个楼层都有。
产生原因:
由于水平地震剪力在墙体中引起的主拉应力超过墙体的抗拉强度所致,部分墙体采用非承重砌块或120厚半砖墙,稳定性和承载力都很差。当这些墙体内有预埋的管线、线槽或接线盒时,由于截面的削弱导致震害更加严重。【10】
其它裂缝
9)
产生部位
突出屋面的小楼(楼梯间、电梯间、水箱间、屋顶凉亭、塔楼)、女儿墙、阳台栏杆。【2】
产生原因
房屋立面设计不规则,顶部有刚度突变,在地震时产生的“鞭梢效应”导致顶部结构破坏。有些房屋的走廊护栏、女儿墙、挑檐等是用砖砌筑而成的,在地震时全部掉落,这是因为缺乏抗震构造措施,在水平地震作用下,砖砌护栏与楼板接触部位抗剪强度低而导致的。
4)
产生部位
震区内一些采用混凝土预制板的多层房屋,窗间墙未破坏,而窗洞上下的窗下墙发生了交叉裂缝。
产生原因
房屋的楼盖沿房屋纵向的竖向刚度小,一片窗下墙加上楼盖后的竖向总弯剪刚度还小于窗间墙的层弯剪刚度。整片外墙如同强柱若梁型框架,各层窗间墙连成的一根竖向构件,在水平荷载作用下,发生整体弯剪变形,使相邻窗间墙产生竖向错动,窗下墙因发生很大弯剪变形而出现交叉裂缝。
经归纳汇总,当窗间墙宽度、构造或者布局的不同会有以下5中震害现象。
(1)很窄的窗间墙为弯曲型破坏,窗间墙的上下端,轻者出现交叉裂缝或水平裂缝,重者四角压碎崩落。
案例:
【8】
(2)稍宽的窗间墙,轻者出现交叉斜缝,裂缝的坡度较陡,重者裂缝的两侧的砖砌体碎裂甚至崩落,竖向荷载很大时,甚至压溃。
案例:
【8】
汉旺镇某沿街建筑窗下墙破坏
水平裂缝
5)
产生部位
靠近楼屋盖的梁板附近的墙体上下两端,同时,在一些承重砖柱上也发现水平裂缝,裂缝基本贯穿,开裂部位多集中在柱端,严重时会导致砖柱在裂缝部位错位、墙体压酥,从而基本丧失承载力。【2】
产生原因
由于地震作用使墙体受弯受剪,或在地震作用下水平错动引起。
案例:
楼板处墙体开裂青川县某砌体结构房屋入口处砖柱的贯穿水平裂缝导致砖柱错位【2】
6)
产生部位
在调查中发现,大多数楼梯踏步板都在1 /3~1 /2的部位发生破坏。【10】
产生原因
由于楼梯间的山墙较高,梯段构件侧向刚度较大,而且交叉布置,楼梯休息平台与楼梯错层,地震时最容易破坏。在横向地震作用下,楼梯板与休息平台板之间,水平力形成力偶,使梯段往复受拉,梯段受拉弯破坏,休息平台被剪坏。
10)
产生原因:楼屋面板多用预制板,除整体性差,板支承不足易脱落外,地震后普遍产生板板间裂缝,板内刚度保证不了传力。【30】
2)
产生部位
在一至三层的承重横墙上比较多见。
产生原因
教学楼由于横墙间距较大且数量少,地震时可以承担的地震作用有限,很容易在地震时发生破坏,并引起结构坍塌。
住宅楼横墙间距较小,数量较多,地震时可以承担较多的地震作用,受损相对于教学楼较轻。
主拉应力超过砌体强度所引起的剪切破坏现象。【2】
案例:
【2】
案例3:在盐亭县对十几所在这次地震中受损学校评估过程中,发现一种规律,多层砖混结构房屋中,教学楼受损最严重,很多横墙出现严重开裂;学校职工住宅楼受损要轻一些,只有少数承重墙出现裂缝;学生宿舍楼承重横墙几乎没有出现裂缝,仅有部分纵墙门窗过梁连接处发生松动开裂。
案例:
【10】
绵竹市汉旺县流星花园砌体结构楼梯板水平裂缝
7)
产生原因
底层墙体与基础之间的垫层较厚且其抗剪强度低,形成薄弱层,地震时发生剪切破坏;由于施工不合理导致基础顶部与墙体之间的相互粘结力较弱,抗剪强度较差。
竖向裂缝
8)
产生原因
房屋纵横墙连接部位缺乏必要的抗震构造措施。纵横墙连接处由于受到两个方向地震力的作用受力比较复杂,容易产生应力集中,特别是墙角部位受到房屋的约束相对较弱。
案例:
【10】
极震区映秀镇漩口中学附近的砌体结构外纵墙X形裂缝
墙体出现贯通裂缝
【10】
青川县某砌体结构房屋外纵墙的X形裂缝(连同砖墩一并破坏)
【2】
空间分布特点
由于底层地震剪力比上层大,沿结构的高度方向,受损一般呈现下层重、向上逐渐减轻的特点。【8】
案例:
墙体交叉裂缝逐层减【8】
上图为汉旺客运站职工宿舍楼,第一、二层横墙、纵墙出现较大的交叉裂缝,随着层数的增加,墙上的裂缝逐层减轻,一些墙体出现了单向斜裂缝,再轻损伤楼层在洞口角部出现短裂缝。【8】
稍宽的窗间墙
(3)宽窗间窗间墙一般只出现斜率较小的交叉斜缝,严重的裂缝很宽,裂缝附近砌体破碎,除烈度很高时外,很少见砌块崩落或者压塌。
案例:
窗间墙
(4)教学楼、办公楼、医院等大开间房屋,大梁放在窗间墙上,尽管设置了壁柱,窗间墙没有横墙支承,在水平地震作用下,容易产生水平、斜向和交叉裂缝,使窗间墙破坏致使房屋倒塌,这次地震这种房屋严重破坏和倒塌的较多。
案例:
某教室大梁下窗间墙的剪切破坏
(5)同一片墙上各个窗间墙宽窄不一时,就会出现应力不均,总的抗剪强度降低。地震作用时,宽窗间墙侧移刚度比窄窗间墙大得多,承受了更多的地震作用而首先出现交叉裂缝,刚度、强度随之降低。地面运动继续,其他窗间墙就要额外承担宽窗间墙因刚度降低而转移பைடு நூலகம்的地震作用,接着出现破坏,从而造成窗间墙各个击破。
案例4:位于德阳市孝泉镇的孝泉师范学校和孝泉中学,由于据本次地震重灾地区绵竹市较近,在本次地震中受灾也很严重。对两所学校的多层砖混结构教学楼、职工住宅楼和学生宿舍楼的调查,我们也得出与“案例”3相近的规律。教学楼受损最严重,有一栋教学楼倒塌,一栋局部坍塌,很多横墙出现严重开裂:学校职工住宅楼受损要轻一些,多数数承重墙出现裂缝,但没有倒塌;学生宿舍楼承重横墙只有个别出现轻微裂缝,纵墙门窗过梁连接处发生松动开裂较为普遍,窗间墙有部分开裂。