【安全课件】地震灾害(1)

1城市灾害学主讲人:范涛2第3篇地震灾灾害第8章地震概述第9章抗震概念设计的总体原则2006.33第8章地震概述什么是地震？地震一般指地壳的天然震动，同台风、暴雨、洪水、雷电等一样是一种自然现象。全球每年发生地震约500万次，其中能感觉到的有5万多次，能造成破坏性的5级以上的地震约1000次，而7级以上有可能造成巨大灾害的地震约十几次。地震是一种严重危及人们生命财产的突发性自然灾害。2006.342004年全球地震活动情况全球2004年7级以上地震分布图2004年全球共发生7级以上地震19次，其中8级以上地震1次地震情况2006.35第8章地震概述我国是一个地震频发的国家，6度以及6度以上的地震区几乎遍及全国各个省和自治区对于地震灾害要以预防为主，但是目前世界各国对于地震的准确预报仍然十分困难。因此根本性的措施就是采取合理的抗震设计方法，提高建筑物的抗震能力，防止严重破坏，避免倒塌。2006.36第8章地震概述随着我国城市化进程的加快，人口的集中，经济的发展，尽管是在采取适当的抗震措施后地震造成的人员伤亡有所减少，但是产生的经济损失却越来越严重。一次大地震可能在数十秒时间内将一座城市夷为平地，交通、通信、供电、供水、供暖等生命线工程中断，并往往导致严重的次生灾害，例如火灾、水灾、山崩、滑坡；泥石流、海啸、疾病等。如何防止、减少地震灾害造成的损失，是地震工程和工程抗震技术人员肩负的重要使命。2006.37第8章地震概述8.1地震类型、成因和地震波8.2地震震级和烈度8.3基本烈度和地震区划图8.4地震活动概况及其分布8.5工程结构的抗震设防8.6地震的破坏作用8.7地震灾害实例8.8减轻地震灾害的基本对策8.9地震应急活动2006.388.1地震类型、成因和地震波8.1.1地震类型地震内部发生地震的地方称为震源。震源在地球表面的投影称为震中。地球上某一地点到震中的距离称为震中距。震中附近地区称为震中区，破坏最为严重的地区称为极震区，震源到震中的垂直距离称为震源深度。2006.398.1.1地震类型地震按其成因分为诱发地震和天然地震两类。诱发地震是由于人工爆破、矿山开采、水库储水、深井注水等原因所引发的地震，这种地震强度一般比较小，影响范围也相对较少。如果矿山开采后留下采空区，而这些矿坑的顶板岩层比较破碎，强度较低，矿柱和顶板承受不了巨大的地压，就会产生塌落，引起地震。在国外曾经发现过矿山塌陷地震震级最大可达5级，在我国已发生过近4级的矿山塌落地震。如1972年在山西大同煤矿发生的采空区大面积顶板塌落，引起最大震级为3.4级的地震。2006.3108.1.1地震类型诱发地震水库地震是因水库蓄水而诱发的地震。有些地方，历史上没有或很少发生过地震，但在兴建大型水库后，地震频频发生，甚至发生强烈的破坏性地震。我国已有21例水库发生诱发地震，如广东新丰江水库地区，历史上很少发生地震，但自1959年截流蓄水后不久，便频繁出现小震活动，并于1962年3月19日发生了6.1级的强烈地震，其后余震活动持续不断。2006.3118.1.1地震类型诱发地震一次核爆炸本身就产生一次地震，爆炸中心相当于一个6级左右的地震源。同时，爆炸可诱发构造地震，表现为核爆炸后接连发生地震，就如大震后的余震。如1968年美国完成地下核试验就引起了地球1万次余震；1976年美国进行核试验几分钟后发生了危地马拉地震，使几万人丧生；1985年法国在太平洋一个小岛上的核试验后，发生了墨西哥地震及邻近国家的多次地震。2006.3128.1.1地震类型诱发地震在油田开采中，广泛采用人工注水驱动工艺，从而产生油田注水诱发地震。例如，1970年3月8日加拿大斯内普油田注水导致5.1级地震。油田注水地震一般震源浅，震级也不高。2006.3138.1.1地震类型天然地震又可以分为构造地震和火山地震。火山地震是由于火山爆发、岩浆猛烈冲击地面引起的地震。例如，1914年日本樱岛火山喷发产生的地震相当于6．7级。火山地震的影响范围较小，不会造成大面积的破坏和人畜伤亡。这类地震主要分布在日本、印度尼西亚、南美等太平洋沿岸国家，在我国很少见。火山地震约占地震总数的7％。2006.3148.1.1地震类型天然地震构造地震是由于地壳构造运动使得深部岩石的应变超过容许值，岩层发生断裂、错动而引起的地面振动，一般简称为地震，目前我们常说的地震就是指的这种地震，它也是地震工程和工程抗震的主要研究对象。构造地震发生的次数多，影响范围广，占地震发生总数的90％以上。绝大多数构造地震属浅源地震。如1976年的唐山大地震，在几十秒钟的时间内，将一座用了近百年时间才建设起来的工业城市几乎夷为平地。2006.3158.1.1地震类型地震按震源深度可以分为浅源地震、中源地震和深源地震。浅源地震的震源深度在60km以内，约占地震总数的70％左右。中源地震的震源深度在60～90km之间，约占地震总数的25％左右。深源地震的震源深度在300km以上，约占地震总数的5％左右。世界上大多数的地震是浅源地震，震源深度在5～20km之间。目前记录到的最深震源为720km。对于同样大小的地震，当震源较浅时，波及的范围较小，破坏程度较大。当震源深度较大时，波及范围较大，而破坏程度相对较小。这是由于地震时释放的能量通过长距离的传播时，其中的大部分能量将被岩层所吸收。2006.3168.1.1地震类型根据震中距的大小，地震又可分为地方震、近震和远震。震中距在100km以内的地震叫地方震；震中距在100km～1000km之间的地震称近震；震中距大于1000km的地震称远震。据震级大小，地震可分为七类，见表10-1。2006.3178.1.2地震成因首先需要了解地球的内部结构。1910年，前南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇契意外地发现，地震波在传到地下50公里处有折射现象发生。他认为，这个发生折射的地带，就是地壳和地壳下面不同物质的分界面。1914年，德国地震学家古登堡发现，在地下2900公里深处，存在着另一个不同物质的分界面。后来，人们为了纪念他们，就将两个面分别命名为“莫霍面”和“古登堡面”并根据这两个面把地球分为地壳、地幔和地核三个圈层。2006.3188.1.2地震成因地壳是地球最外面的一层，一般厚33公里（大陆）或7公里（海洋）。地壳分为上下两层，上部地壳只有大陆有，海洋基本缺失。上部地壳主要为花岗岩层，下部地壳主要为玄武岩层。介于地壳和地核之间的部分是地幔，平均厚度为2870公里左右。地壳和软流圈以上的地幔部分统称为岩石圈。地球的中心部分为地核，半径为3473公里左右。地核又可分为外核和内核。根据对地震波传播速度的测定，外核可能是液态物质，内核则是固体物质。地核的物质成分同铁陨石相似，所有有时又叫“铁镍核心”。2006.3198.1.2地震成因由于地球不断运动和变化，逐渐积累了巨大的能量，在地壳某些脆弱地带，造成岩层突然发生破裂，或者引发原有断层的错动，这就是地震。地震绝大部分都发生在地壳中。2006.3208.1.2地震成因关于地震的成因的研究已经有100多年的历史了。早期的地震成因倾向于断层学说，近期的观点倾向于板块构造学说。1915年德国地球物理学家、气象学家阿尔弗莱德·魏格纳在《大陆与大洋的起源》一书中提出了大陆漂移的概念，为后来的板块构造学说的诞生和发展提供了基础。20世纪60年代左右，美国地质学家在大陆漂移学说的基础上提出了板块构造学说。该学说认为，地球的岩石圈不是一块整体，而是被一些活动的构造带——海岭、岛弧、平移大断层等所割裂的若干板块。板块的概念系指全球岩石圈板块，厚约50—150km，其下为一塑性软流圈(层)，属上地幔上部，厚约100—200km。2006.3218.1.2地震成因全球岩石圈可划分为六大板块，即太平洋板块、亚欧板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块、南极洲板块。除太平洋板块几乎完全是海洋外，其余板块既包括大块陆地，又包括大片海洋。六大板块又可分成若干小板块。如美洲板块分为南、北美洲两个小板块，亚欧板块可分出东南亚、阿拉伯半岛、土耳其等小板块等。板块以一定的边界(海岭、岛弧一海沟系、转换断层)来划分，其多以洋底张裂带、转换断层、消亡带、地缝合线为分界线。有的板块内部强度较大，比较稳定，主要活动与变形发生在板块边缘，即板块交界处。2006.3228.1.2地震成因板块俯冲，形成海沟、岛弧与海岸山脉；板块碰撞，形成山脉；板块分裂，形成裂谷、洋中脊和海洋；板块错动，形成转换断层。板块构造学说可以较为合理地解释世界地震分布现象。据历史资料统计，全世界85％左右的地震发生在板块边缘，其余地震发生在板块内部。我国的台湾岛和日本都位于大板块的交界处，所以是地震的多发区。2006.3238.1.3地震波当震源岩层发生断裂、错动时，岩层所积累的能量突然释放，以波的形式从震源向四周传播，这种波称为地震波。地震波按其在地壳中传播的位置的不同分为体波和面波。1．体波体波为在地球内部传播的波，体波根据其介质质点振动方向和波传播方向的不同又可以分为纵波和横波。2006.3248.1.3地震波纵波的介质质点振动的方向和波传播的方向相同，是从震源向四周传播的压缩波。纵波一般周期较短，波速较快，振幅较小，在地面上引起上下颠簸运动。纵波由于波速较快，在地震发生时往往最先达到，因此纵波也称为初波、户波、压缩波或拉压波。纵波波速一般用υp来表示，在地壳内纵波的传播速度一般为200~1400m／s，根据弹性动力学可以得到:2006.3258.1.3地震波横波的介质质点振动的方向和波传播的方向垂直，是从震源向四周传播的剪切波。横波一般周期较长，波速较慢，振幅较大，引起地面水平方向的运动。横波由于波速较慢，在地震发生时达到的时间将比纵波慢，因此横波也称为次波、S波、剪切波、畸变波和等体积波。横波波速一般用υs来表示，在地壳内横波的传播速度一般为100~800m／s，根据弹性动力学可以得到横波波速:2006.3268.1.3地震波横波的波速总是小于纵波的波速，所以当地震发生时，地震中心区域的人们的感觉是先上下颠簸，然后左右摇晃。地基土中纵波和横波的波速参考值见下表。2006.3278.1.3地震波2.面波面波为在地表面传播的波。面波主要有瑞雷波和乐夫波。面波质点振动方式a)瑞雷波质点振动b)乐夫波质点振动2006.3288.1.3地震波（1）瑞雷波传播时，介质质点在波的前进方向与地表法向组成的平面内做椭圆运动。椭圆上任意一点在横轴上的投影为介质质点的水平位移，在纵轴上的投影为介质质点的竖向位移，由水平位移和竖向位移合成后的矢量为介质质点的总位移。当经过一个周期的振动，质点位移矢量就描绘了一个椭圆。总之，表面介质质点运动对于波的传播方向而言，其轨迹就是一个逆转的椭圆。椭圆的长轴与地表面垂直，而短轴则与地表面平行，长短轴之比就是竖向位移分量和水平位移分量的幅值之比。瑞雷波是形成地面晃动的主要原因。瑞雷波的波速与横波波速的近似关系：2006.3298.1.3地震波（2）乐夫波传播时，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。面波是经过地层界面的多次反射、折射形成的次生波。面波周期长，振幅大。由于面波比体波衰减慢，故能传播到很远的地方。面波对建筑物的影响最大。利用纵波、横波和面波传播速度的不同，可以大致确定震源的距离。2006.3308.1.3地震波由地震波传播所引发的地面振动，通常称为地震动。其中，在震中区附近的地震动称为近场地震动。人们一般通过记录地面运动的加速度来了解地震动的特征。对加速度记录进行积分，可以得到地面运动的速度与位移。从前面对于地震波的介绍可知，地面上任一点的振动过程实际上包括各种类型地震波的综合作用。因此，地震动记录的最明显表征是其不规则性。但是，详细分析后可知，可以采用有限的几个要素来反映不规则的地震波。地震动的峰值(最大振幅)、频谱和持续时间，通常称为