地震工程课件 工程地震部分 第三章 地震烈度、烈度表和烈度评定

• With increasing distance the severity of earthquake normally decreases. Hence, severe earthquakes would be associated with various intensity values in different localities. Earthquake intensities are assigned through the field observations of earthquake effects and it is useful quantitative information of direct utility for engineering purposes.
地震烈度衰减关系的拟合
• 从等震线图采集数据 • 拟合公式：
资料的离散性
• 没有区分不同的震源类型对地震烈度衰减的影响 • 不同地区、不同时期的等震线图精度上有差别， 例如，发生在我国东部地区的破坏性地震，由于 交通条件好，村庄多，现场考察条件好，调查资 料详细，勾画出的等震线范围比较客观地反映实 际，形状往往不规则，多数等震线用实线表示。 在西部地区，尤其西部山区，由于交通不方便， 人烟稀少，野外考察有一定困难，很多等震线为 推测而定，形状比较规则，但用虚线连接。
Intensity
地震烈度
• 地震烈度（intensity）是地震时一定地点的地 面震动强烈程度的尺度；是指该地点周围一定 范围内平均水平而言 。 • 在同一地震的影响下，各地烈度不同；地震烈 度不仅取决于地震本身的大小，同时还受震源 处岩层错动的方式、震源深度、震中距离、地 震波的传播介质、表土性质、地下水埋藏深度， 以及建筑物的动力特性、建筑材料、设计标准、 施工质量和维护情况等许多条件的综合影响。
250 25 （178-353） （19-35） 500 50 （354-707） （36-71） 1000 100 （708-1414） （72-141）
10 11
12
地面剧烈变化，山河改观
• 地震烈度的评定，在低烈度时以人的感 觉（I－V）和器物的反应（Ⅳ－Ⅵ）为 准，在高烈度时一般以建筑物的破坏程 度（Ⅵ－Ⅹ）和地面破坏（Ⅹ－Ⅻ）等 定性指标加以确定。地震烈度的等级划 分和强烈程度的评定标准(标度)，一般制 成相应的烈度表。目前，世界大部分国 家都采用12度烈度表，日本则采用7度烈 度表、各国烈度表虽有差异，但有一个 大致相应关系。 • 震害指数
• 地震烈度是依地震中人的感觉、器物的反应、房 屋结构等的破坏和地面破坏等宏观现象评定的， 是一种分等分级的量，“只能是定性的”，“精 度不过一度而已”，“有些作者在使用上给予小 于一度的数据，仅可作为参考，并无实用意 义。”。根据数量化原理，地震烈度应定义为有 序分类变量，就如同天气的冷、凉、暖、热一样。 • 换 言 之 ， 从 Ⅷ>Ⅶ 和 Ⅶ>Ⅵ 可 知 Ⅷ>Ⅵ ， 但 ⅧⅦ≠Ⅶ-Ⅵ，就像破坏严重和很重的差与很重和较 重的差之间并没有相等的含义一样。
中等破坏——结构受损， 干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏 需要修理 严重破坏——墙体龟裂， 干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出 局部倒塌，修复困难 现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌 倒塌——大部倒塌，不 堪修复 毁灭 山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大 多数砖烟囱从根部破坏或倒毁 地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥 毁坏
KGO-TV News ABC-7
Earthquake Effects - Ground Shaking
Kobe, Japan 1995
Earthquake Effects - Ground Shaking
Kobe, Japan 1995
地震烈度表
• 研究地震动强弱，首先要有作为区分标准的地 震烈度表(intensity scale) 。 • 在还没有地震动观测仪器以前，地震动强弱的 评定不得不以宏观现象为依据。起初，工作比 较粗糙，烈度标准含混，各度间多无明确界限， 评定不易准确。以后研究日益深入，工作渐趋 细致，在大量资料的基础上，分析比较，找出 规律，制订了比较明确的地震烈度表，得到了 广泛的应用。
• Local soils
– amplify the shaking
地震烈度的衰减
• 烈 度 衰 减 关 系 (Intensity attenuation relationship)是指在一定震级条件下烈度 随距离变化的规律，也就是通常所说烈度 影响场。 • 估计一次地震的影响范围、破坏范围、损 失与伤亡的分布 • 表达地震动的衰减特征 • 研究区域震源机制、地壳介质、区域发震 构造 （深浅、倾斜的分析）
Earthquake Effects - Ground Shaking
Northridge, CA 1994
Earthquake Effects Ground Shaking
Northridge, CA 1994
Earthquake Effects - Ground Shaking
Loma Prieta, CA 1989
一般房屋
其它现象
加速度
m m/ s 2
速度
mm / s
门、窗轻微作响 门、窗作响
悬挂物微动 悬挂物明显摆动，器皿作响
1-5度：以人的感觉为主 6-10度：以房屋震害为主 10-12度：以地表现象为主 个别：10%以下 少数：10%——50% 多数：50%——70% 大多数：70%——90% 普遍：90%以上
烈度异常(abnormal)
• • • • 地形地貌条件的影响 场地土质条件的影响 地下水埋藏深度的影响 当地房屋抗震性能的差异
What Controls the Level of Shaking?
• Magnitude
– More energy released
• Distance
– Shaking decays with distance
• http://www.ce.berkeley.edu/ • http://nisee.berkeley.edu/ • http://eerc.berkeley.edu/
•Very Important !
Engineering Seismology (1)
Strong Ground Motion
Isoseismal line and isoseismal map
• Contours connecting sites where the earthquake intensities were equal are called isoseismal lines. The map showing such lines is called an isoseismal map. If ground conditions from source to observation sites are of uniform characteristics and if energy releases by earthquake has an uniform radiation pattern in all directions the isoseismals will have circular shape. However, this is not the case … …
Requirements to my students
• Students just for s. h., read the provided materials, listen to my lecture, join the discussion, and learn from the comments. • Students interested in this area, all above mentioned + read the reading materials. • Students going to start their careers in this area, all above mentioned + visit Web Sites often and read more references.
Intensity
• The term of “seismic intensity” is used to denote severity of an earthquake at a particular place. Since it is attempted to express quantitatively such a complex phenomenon as an earthquake by a single numerical measure, there is a fundamental illogicality involved;
地震烈度衰减关系的图形表达
• Lee & Trifunac
综合等震线图 (Map of maximum observed intensity)
• 将一个大区域历次地震的等震线资料综合在一张 图上，显示各地区遭遇过的最大烈度，该图称为 该地区的地震综合等震线图。它表示各地有地震 记载以来所遭遇的最大地震烈度，分区所构成的 轮廓显示了强地震造成破坏的空间分布。 • 可以为人们认识强烈地震的空间分布特征、地震 活动的强度 (尤其是震级上限)与地质构造条件的 关系和各地区地震影响场特征等提供重要信息， 直接表达了有记载以来地震灾害分布的总体图象， 对于国土规划、建设布局、制定减轻自然灾害对 策等都有重要的参考价值。
MMI
scale
烈 度 1 2 3 4
人的感觉
无感 室内个别静止中的人 感觉 室内少数静止中的人 感觉 室内多数人感觉。室 外少数人感觉。少数 人梦中惊醒 室内普遍感觉。室外 多数人感觉。多数人 梦中惊醒 惊惶失措，仓皇逃出 大多数人仓皇逃出 摇晃颠簸，行走困难 坐立不稳。行动的人 可能摔跤 骑自行车的人会摔倒。 处不稳状态的人会摔 出几尺远。有抛起感
等震线图的特征
• 假设震源为一个点，地震波辐射没有方向性，传播 介质均一，且各观测点的环境条件相同，则各等震 线应是环绕震中的一系列同心圆。实际情况远非如 此。1）震源体有一定的长度和方向，地震波的辐射 也有方向性。因此，等震线常呈椭圆形，其长轴方 向与发震断裂的走向相同。这在近场等震线表现得 较为明显。2）地形、松散沉积物的分布受区域构造 线控制。沿构造线方向地震波的衰减率常小于垂直 方向。随震中距离的增大，等震线长轴逐渐转向地 区的主构造线方向，且与区域的山川、水系的走向 大体一致。
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对烈度的质疑
• 多指标的综合性 • 分等级的宏观性（模糊性） • 以后果表示原因的间接性
TAO的看法
• 地震烈度是一个有序分类变量，难道用上 了温度计，人们就不再用冷、暖之类的词 了吗？！烈度在评定地震破坏、损失、灾 害等级，指挥救灾、重建，规划国土利用、 制定防灾对策等方面，还会发挥重要作用， 不可替代；在总结震害经验，制定和采取 工程构造措施、确定工程设防水准等方面， 也会有重要意义。
31 （22-44） 63 （45-89） 125 （90-177） 3 （2-4） 6 （5-9） 13 （10-18）
5
门窗、屋顶、屋架颤动 作响，灰土掉落。抹灰 出现微细裂缝
不稳定器物翻倒
6 7 8 9
损坏——个别砖瓦掉落、 河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒 墙体微细裂缝 水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头 轻度破坏——局部破坏 开裂，但不妨碍使用 河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软 土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏
Isoseismal (line)
等震线
• “同一次地震影响下破坏程度(或烈度)相同 的各点的联线” “一次地震造成的地 震烈度的分区图”更为贴切。 • 一般情况下，地震烈度随震中距离的增加 而递减。通常等震线是封闭的，线内地区 的烈度等于或高于一定烈度，线外地区的 烈度低于此烈度。有烈度资料的地点愈多， 分布愈密，等震线的轮廊愈明确、可靠。