地震工程学概论详解

4．常用术语
极震区
震中 震 源 深 度 震源 术语解释图 震中距 建筑物 地表
震源距
震源：地层构造运动中，发生岩层断裂、错动的地方。
震中：震源正上方的地面位置。 震中距：建筑物到震中之间的距离。
震源距：建筑物到震源之间的距离。
极震区 震中 震 源 深 度 震源
震中距
建筑物
地表
震源距
震源深度：震中到震源的垂直距离。 浅源地震：震源深度在60km以内，释放能量占全年 地震的85% 中源地震：震源深度在60~300km，占12% 深源地震：震源深度大于300km，占3% 极震区：在震中附近，振动最剧烈、破坏最严重的地区。
地下工程抗减震设计原理
主要内容：
1、地震工程学概论 2、地下结构的震害分析（中国、日本、土耳其、台
湾地震）
3、地下结构物的震动特性（包括地层及地下结构物
横、纵方向的振动特性）
4、结构动力学基础 5、地震系数法及反应位移法 6、沉管隧道的抗减震设计
7、盾构隧道的抗减震设计
8、竖直地下结构的抗减震设计 9、地下结构的减震措施
地震术语示意图
三、地震的分布
（1）时间分布：小地震杂乱无章，大地震有一 定周期。统计表明： 日本关东地区的大地震发生 大约11年为周期；我国东南沿海地区的大地震发 生周期为300—400年。 （2）空间分布：小地震无规律可循，较大地震 的震中呈条状分布，且基本上是沿板块的边缘分 布。
全球地震带：
特点：周期较短，振幅较小
横波（S波） ：质点运动方向与波传播方向垂直，又称剪切波。 特点：周期较长，振幅较大
六、地震波
纵波波速为： 横波波速为：
式中 E——介质的弹性模量； G——介质的剪切模量；
假定地球介质为弹性各向同性，根据弹性波动理论得到：
Vp E (1 ) (1 )(1 2 )
川島一彦.地下構造物の耐震設計[M]. 鹿島出版会（日），1994. 日本土木学会.開削トンネルの耐震設計[M]. 丸善（株），1998年. 日本土木学会.シールドトンネルの耐震検討[M]. 丸善（株），2007年. 盾构隧道的抗震研究及算例. 中国建筑工业出版社，2009年 土动力学. 杨桂同.中国建材工业出版社，2000 土动力学. 谢定义. トンネル工法の調査﹒設計から施工まで編集委員会. シールド工法の調 査﹒設計から施工まで. 地盤工学会（日），1997年. 日本土木学会地震工学委員会.トンネル耐震設計の方法と基本課題[M]. 日本土木学会，1998年. 日本土木学会. コンクリート標準示方書・耐震設計編[M]. 鹿島出版会（日）， 1997年. 松井春辐. 都市トンネルの実際（合理的な設計﹒施工法をめさして）. 鹿島 出版会（日）， 1998. 日本土木学会地震工学委員会.実務者のための耐震設計入門[M]. 日本 土木学会，1999年.
十、工程结构的抗减震设计概念
1、以减轻地震灾害为目的的工程理论和实践称为 工程抗减震。 2、对地震区的工程结构依据工程抗减震的要求进 行专门设计，称为工程抗减震设计。一般包括三 方面： （1）抗减震概念设计； （2）抗减震结构计算； （3）抗减震构造措施。
工程结构的抗减震设计概念
1、抗减震概念设计：指基于震害经验建立的抗减震 基本设计原则和思想。 2、抗减震结构计算：分析地震作用，计算确定工程 结构及构件的地震效应，即在地震作用下结构产生 的内力和变形。
六、地震波
1．地震波
定义：由震源释放出来的地震能量是以波的形式向四 周的地面传播的，这种波称为地震波。它是一种弹性 波，可分为体波和面波。
（1）体波
定义：在地壳内部传播的地震波称为体波。
可分为纵波和横波。
波前进方向
波前进方向
质点振动方向
波长 （a）纵波
质点振动方向 （b）横波
体波质点振动形式 纵波（P波） ：质点运动方向与波传播方向相同，又称压缩波。
1、地震烈度（Intensity）是度量某一地区地面
和建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。
烈度与震级大小、震源深度、震中距离有关、还 与该地区地层的土质及该地区的地形地貌有关。
对应于一次地震 a．震级只有一个 b．烈度随震中距离的远近而有所不同
七、地震强度指标（烈度）
2、烈度是一个定性指标，我国目前采用1999年 颁布的《中国地震烈度表》。 3．地震烈度表 地震烈度表：是评定地震烈度大小的标 准和尺度。 我国地震烈度：分12度
小震：多遇烈度时的地震，50年超越概率63.2% 中震：基本烈度时的地震，50年超越概率10% 大震：罕遇烈度时的地震，50年超越概率2~3%
三种烈度的超越概率示意图
要求查阅：
1990 年 《中国地震烈度区划图》---基本烈度 1999年 中国地震烈度表
2001年 《中国地震动参数区划图》---地面运动加速度
地震带主要分布在环太平洋带，阿尔卑斯—喜马拉雅带，大西洋中 脊和印度洋中脊上。总的来说，地震主要发生在洋脊和裂谷、海沟、 转换断层和大陆内部的古板块边缘等构造活动
中国地震带：
四、地震的命名
地震按发生的年号+主要的地域命名。如：
2008年5.12四川汶川大地震
1976年中国唐山地震； 1995年日本兵库县南部地震； 1999年土耳其地震等。
1999 中国地震烈度表
Ⅰ度－Ⅴ度以地面上人的感觉及其
他震害现象为主； Ⅵ度－Ⅹ度以房屋震害和其他震害
现象综合考虑为主，人的感觉仅供
参考； Ⅺ度－Ⅻ度以地表震害现象为主。
工程抗震设防的依据一般采用烈度，目前的发展 趋势是直接采用地面运动加速度。
八、抗震设防烈度
1、一般采用基本烈度来表明某地区可能遭遇到的地震强度。 2、基本烈度是指未来50年内在一般场地条件下可能遭遇的超 越概率为10%的地震烈度值。 3、设防烈度一般采用基本烈度。 4、规定：抗震设防烈度为6度及以上时，必须进行抗震设计。 （成都：6度，北京：7度） 5、地震烈度区划图：是指在地图上按地震基本烈度的差异划 分出不同区域的图。
E G 2 (1 )
Vs
——介质的密度；
——介质的泊松比。
一般情况下，可以取泊松比 ＝0.22，则：
Vp=1.67Vs 通常，纵波称为P波(即Primary，初波)，横波称为S波(即 Secondary，次波)。 P波速度比S波速度快，总是率先到达。
六、地震波
（2）面波：是体波经地层界面多次反射后形成的次生
（4）诱发地震（由建造水库，向地下注液或从地
下抽液，大型的采矿活动，工程爆破等足以破坏地应 力平衡的人为干扰引起。）
2．构造地震成因
构造地震形成示意图
3．地震序列
地震序列: 在一定时间内相继发生在岩层破碎
地带的一系列大小地震。
主震: 某一序列地震中，最大的一次地震。 前震：主震之前的地震。 余震：主震之后的地震。
地震波记录图
六、地震波
（3）地震记录
地震记录：在工程抗震领域，主要是指地震时的地面运 动加速度记录。
一条完整的加速度记录：通常包括东西、南北、上下三 个方向的地面运动加速度分量。 地震加速度记录三要素：1）加速度峰值
2）频谱特性
3）地震动持续时间
六、地震波
七、地震强度指标（震级）
1、地震强度通常用震级和烈度来衡量。
4、震级相差一级，地震所释放的能量相差 31.6倍。
七、地震强度指标
2级以下的地震称为微震；
2--4级地震为有感地震； 5级以上的地震称为破坏性地震； 7级以上的地震为强烈地震或大地震。 8级以上属于特大地震，不多见。
目前世界上已记录到的最大地震震 级为1960年5月智利发生的8.9级。
七、地震强度指标（烈度）
2、震级（Magnitude）是表示地震本身 大小的尺度。它与震源所释放的能量的大 小有关。目前，国际上通用的是里氏震级， 它等于标准地震仪记录到的地面最大水平 位移（微米）的常用对数。
M lg A
七、地震强度指标
3、震级M与震源释放的能量E（尔格）间有 下列经验关系：
log10 E 11.8 1.5M
波，它只沿地球表面传播。 特点：振幅大，周期长，波速约为横波波速的0.9倍 可分为瑞雷波（R波）和乐甫波（L波）
（a） R波：在地面上呈滚动形式。
（b） L波：在地面上呈蛇形运动形式。
六、地震波
当震源离记录地点较远时，可以观察到： （1）纵波首先到达，其振幅很小，周期也短； （2）横波其次到达，横波到达后，振幅与周期都明显放大； （3）面波到达后，所记录的地震波的振幅陡然放大。
（2）反应谱方法
（3）动力分析法
（2）反应谱方法
（3）动力分析法
第一章 地震工程学概述
一、地球的构造
1．地壳 2．地幔 3．地核
3500km 2900 5-40km
地核 地幔 地壳
图 1-Leabharlann Baidu、地球构造示意图
二、地 震 的 分 类
1、按地震成因分：
（1）构造地震（由于地壳的构造运动使得地壳的岩 层在其薄弱部位突然发生断裂、错动而引起的地震） （2）火山地震（火山的喷发、震动引起） （3）陷落地震（地壳下空洞的自然塌陷引起）
3、抗减震构造措施：指为提高工程结构的抗震性能 而必须采取的细部构造措施。
十一、工程结构的地震反应分析方法
地震震动使工程结构产生内力与变形的动态反应称为 结构的地震的地震反应。 对地面结构： 对地下结构： （1）静力方法：将地震 （1）静力方法：将周围 惯性力作为静力荷载作 地层的位移作为荷载作 用于结构上 用于结构上
五、地震所造成的破坏
1．地表破坏
（1）山石崩裂 （2）滑坡、塌方
（3）喷砂冒水 （4）地面下沉(或称为震陷) （5）地裂缝
2．工程结构破坏
（1）结构强度不足引起的破坏 （2）结构塑性变形能力不足引起的破坏
（3）结构丧失整体稳定性而引起的破坏
（4）地基失效引起的破坏 3．次生灾害
水灾、火灾、毒气污染、海啸