防灾减灾工程学复习资料

2015/7/8
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断裂在三维坐标中的定位：断层的倾向，即断面与水平面之间形成的角 度；断层的走向，即出露于地表的断层线相对于正北方向的角度。
• 宏观背景——地球深成构造力引发地球表面 变形（板块构造运动） • 局部机制——沿地质断层的突然滑移（弹性 回跳理论）
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走滑断裂：岩石平行于断层走 向移动，也就是断裂两侧彼此 相对水平滑移。分为左旋走滑 和右旋走滑。
地表水平运动

输入的水平运动
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上盘效应主要是由断裂对上盘场地的更近引起的。一个倾
• 上盘效应 • 方向性效应 • 沉积盆地效应 • 地震动的空间变化
斜断裂上盘的场地在总体上比 盘上最近距离相同的场地更靠 斜断裂上盘的场地在总体上比下盘上最近距离相同的场地更靠 近断裂面。这引起了上盘短周期地震动比下盘相同最近距离处 更大。

盆地中新沉积物比边界基岩低得多的波速产生软土的 放大作用； 盆地碗状几何形状，在盆地中特定地点能够把地震波 聚焦； 盆地边缘效应 速度和深度的梯度变化很大 形成高 盆地边缘效应，速度和深度的梯度变化很大，形成高 效的面波生成和传播，当体波沿盆地边缘进入，像水 波纹一样在盆地中反复反射，产生陷入盆地的面波。

第 代烈度区划图，采用地震危险性分析的概率方 第三代烈度区划图，采用地震危险性分析的概率方 法，直接考虑一般建设工程应遵循的防震标准编制 而成。
当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建 当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时 • 大多数国家的抗震设计理念是：在建筑物的设计 大多数国家的抗震设计理念是 在建筑物的设计建 筑物一般不受损害或不需修理仍可继续使用。 使用寿命期限内，对于不同频度和强度的地震， 当遭受相当于本地区设防烈度的地震影响时，建筑 要求建筑物具有不同的抗震能力。 物可能损坏，但经一般修理即可恢复正常使用。 当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，建 筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。
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在近距离处（约50km以内），最大的地震动由自震源到场 地向上传播的地震波引起。然而随着离震源的距离增加， 直达波减弱，从震源下部边界来的下行波的反射达到临界 角度并形成内反射。在这些界面处，特别是莫霍面，弹性 模量的强烈反差使这些临界反射具有很大的幅值。这些临 界反射在大约 50km 处到达，使得直到 100 千米或以上的距 离处地震动衰减率减弱。 近距离的体波衰减率取1/R，对于远的面波衰减率取1/R1/2
震源 传播介质与距离 局部场地


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几十年间，研究人员发表了大量的地震动三要素， 几十年间 研究人员发表了大量的地震动三要素 幅值、持时和谱特征的统计关系。随着记录的不断 积累、研究的深入，发现这些地震动主要特征的变 化相当复杂，受许多因素的影响。 震害经常 震害经常显示出比用简单经验模型预测的大得多的 出比 简单经验模型 测的大得多的 不规律性，与地震震源过程、从震源到场地的地震 波的传播和场地反应等方面有关。
勒夫波（Love波）
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瑞利波（Rayleigh波）
1. 地震的快速定位
• P波传播速度比S波传播速度大约 快1.732倍。这两种波传播得越远， 波前分离间隔就越宽。
• 首先到达的是产生P波。以较陡角度出射地面，造成铅垂方向的地面运动。 • P波到达稍后，相对强的S波才到达。携带着水平平面上振动的SH波和垂直平面上振动的SV波。S波比P波持续时 间长，使建筑物发生剧烈的侧向晃动。 些。所以Love波正好在S波过后或有时与S波同时到达，地面随 Love波速度比P波小 与S波的速度相等或稍小一些 所以Love波正好在S波过后或有时与S波同时到达 地面随 • Love波速度比P波小，与S波的速度相等或稍小 即开始垂直于Love波传播方向横向摇动。 • 紧随其后的是在垂直平面内做椭圆运动的Rayleigh波，Rayleigh波可能持续许多旋回，引起大地震中显著的地面 摇滚运动。面波在水平距离上衰减的速率比体波慢，所以当震源距较大时地震仪记录下来的主要是面波。 • 面波其后还有重要的一部分，称为尾波。尾波实际上是沿着复杂散射路径穿过复杂岩石迟到的体波和面波的混合 波。尾波的旋回波动，对建筑物的破坏可能起到落井下石的作用，促使已被较强S波和面波削弱的建筑物倒塌。
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地震烈度的宏观调查
• 现场实地调查 • 通讯调查 • 航空摄影
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时域表征：
时程
频域表征：
谱
地震动三要素
时程
Td T2 T1
• 绝对持时
• 持时 • 幅值 • 频谱特征
谱
a0 0.05 g
• 相对持时 • 能量持时
1 a0 amax 3
T1 =0.05E T2 =0.95E
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给结构输入符合该结构所在场地条件的 地震加速度记录，得到结构在各个时刻 的地震反应。 可以考虑地震动振幅、频谱特性和持时 三要素。如果结构和构件模型合理，动 力理论可以较为准确地反应结构振动的 全过程，包括变形和能量的积累和损耗； 进而结构地震过程中结构构件出现塑性 铰的时间和顺序，判明结构的屈服机制， 找出结构的薄弱环节。

80年代，抗震设计发展到概率设计阶段。为适应工 程抗震概率设计的需要，国家地震局重新编制《中 国地震烈度区划图(1990)》，就是沿用至今的第三代 烈度区划图。
fm
k I
k 1 k
I m
e
I Im
k
未来50年内，一般场地条件下， 超越概率10%的地震烈度。
• 时间限制：震中距太近则无用. • 误报: 如果只采用一个台站的记录，有时会出现误报. 如果只采用 个台站的记录 有时会出现误报 • 震级估算: 精确地估算地震的震级是很困难的，特别是大地震。如果不巧 同时或接连几个地震同时发生，估算震级就更困难了. • 烈度预估: 烈度估计是用简单的衰减关系确定的，精度不是太好，特别对 于场地条件比较特殊的，更不理想。
• 设计地震分组，代替老规范中“近震和远震”概念。 • 当地震发生在较远处，地震波传到场点历经的途径比较远，地 震动中的高频成分很快就衰减了，低频成分被保留并根据不同 的场地而得到不同程度的放大。 • 同样是7度设防烈度区，设计地震第一组表明地震可能发生在本 地较近距离处，由此短周期地震动占地震影响的绝大多数，对 应设计反应谱的水平段比较短；设计地震第三组，表明地震可 能发生在本地较远距离处，长周期地震动占地震影响的绝大多 数，对应设计反应谱的水平段比较长。但是，水平段的幅值不 会受设计分组的影响。

不过时程分析法中，采用不同的地震波时程记录曲 不过时程分析法中 采用不同的地震波时程记录曲 线进行分析，得到的结构反应是不同的。即便他们 具有相同的最大振幅，其频谱特性和持续时间是不 同的。因此选择符合建筑物所在场地条件的地震波 并 时 分析计算结构分析和判断就十分重 并用时程分析计算结构分析和判断就十分重要。 时程分析特别是弹塑性分析一般需要较大容量的计 算机才能完成，比较耗时。
I多 I 0 1.55 I 罕 =I 0 1
多遇烈度 众值烈度 偶遇烈度 基本烈度 罕遇烈度 大震烈度 多遇地震。指未来50年期限内一般场地条件下，可能遭遇的超 越概率为63％的地震。相当于50年一遇的地震。 偶遇地震。指未来50年期限内一般场地条件下，可能遭遇的超 越概率为10％的地震。相当于475年一遇的地震。 罕遇地震。指未来50年期限内一般场地条件下，可能遭遇的超 越概率为2％～3％的地震，相当于1600～2500年一遇的地震。
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• 地震动峰值(PGA/PGV/PGD) • 谱烈度 • 有效峰值(EPA/EPV)
S EPA a 2.5 EPV SV 25 2.5
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SI
2.5 0.1
Sv (T , )dT
傅里叶谱：只能反应地震动本身 的频率特性，与结构物的概念没 有 何 系 有任何联系。
断层破裂所产生的能量波在传播介质中以几乎等于介质剪切波 速的速度向场地传播，使得断层产生的能量以非常短的时间到达场 地，这样，在场地的地震动中将产生一个大的速度脉冲。。
如断层的破裂方向朝向场地或破裂方向与 震源（hypocenter h ）和场地连线的夹角较小的 话，场地的效应称为向前方向性效应；如果断 层的破裂方向背离场地或破裂方向与震源和场 地连线的夹角较小的话，称为向后方向性效应。 通常所说的“方向性效应”是指向前方向 性效应，因为向前方向性效应产生的地震动对 工程结构来说更为不利。破裂方向性效应是由 于破裂传播和幅射模式效应引起的。
反应谱：表现的是单质点系所代 表的结构物在地震动作用下的最 大影响 具有工程含义 大影响，具有工程含义。
阿里亚斯强度 （Arias Intensity）
• 均方根加速度
IA
Td
arms
2
1 Td
2g

Td
0
a 2 (t )dt
x (t )dt
2 0
• 注意

对一条时程做傅里叶变换，得到的是一个傅里叶复谱。在每一 个离散频率点处，都有一个确定的复数。根据这个复数的模， 可以计算出该频率分量的振幅，根据虚部与实部之比的反正切 可以计算出该频率分量的相位角。 在频域上，傅里叶幅值谱只能表达每个频率分量的振幅信息， 必须同时具备每个频率分量的相位信息 才能够完整地表达时 必须同时具备每个频率分量的相位信息，才能够完整地表达时 程所包含的信息，才能够通过傅里叶逆变换唯一地还原时程。 反应谱失去了地震动各频率分量之间的相位差信息，因此从反 应谱不能再返回到地震动时程。




地震动的空间变化性（空间相关性或相干性）、地 地震动的空间变化性（空间相关性或相干性） 地 震动随机性以及随机场理论等，与工程结构的大型 化和复杂化，结构可靠性理论与性态抗震设计理论 的需求密切相关，肯定会互相促进发展。同时，前 者还要求地震动研究的视野关注更长的周期范围和 转动分量。
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• 如果有了P波和S波抵达的时间， 从这两种波型抵达的时间间隔，将 可以直接推算震源到该记录台的距 离。
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设有3座地震观测台记录到同一个地震。画3个圆，每个圆以一座记录 台为圆心，以推算的该记录台到震中的距离为半径。则这3个圆将相 交于 至少近似地相交于所要求的震中 交于，至少近似地相交于所要求的震中。 这3个数据必须来自距震中不同方向和不同距离的3座地震观测台。
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倾滑断裂：断层的运动完全沿 倾向发生。断裂运动基本平行 于断层的倾向，断裂的一侧相 对另一侧沿倾向上下运动。分 为正断层和逆断层。
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P 波（纵波、压缩波、初到波）
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S 波（横波、剪切波、次达波）
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Βιβλιοθήκη Baidu
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• 当P波和S波到达地球的自由表面 或位于层状地质构造的界面时， 在一定条件下会产生另外一种类 型的地震波。这类波沿地球表面 传播，称为面波。 • 面波的能量，沿着地表或近地表 传播，并且只有短暂的生命，如 果不在地表及时捕获面波能量， 面波将向下反射进入地球并快速 衰减为零。
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水平地震影响系数最大值，根据抗震设防烈度和设计基本地震
•水平地震影响系数最大值 •特征周期
加速度值来确定的。两阶段设计中，第一阶段采用多遇地震烈 度；第二阶段采用罕遇地震烈度。不同结构应根据抗震设计规 范的规定，确定选用小震还是大震的水平地震影响系数最大值。
特征周期，也称场地卓越周期，是人为提出的概念。 特征周期的取值，要根据场地类别和设计地震分组确定。当计算8 特征周期的取值 要根据场地类别和设计地震分组确定 当计算8 度和9度罕遇地震作用时，特征周期应该增加0.05秒。

江河湖海和水库边坡：边坡经常受到冲刷，以及水位 变化的影响，非常容易发生滑坡；凹岸必防、当冲必 防、软岸必防、凡有局部冲刷的地方


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滑坡的类型
滑坡的类型
滑坡的类型
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岩石边坡防护：抹面、喷浆、喷混凝土、片石护墙、 锚杆喷浆护坡、挂网喷浆护坡；避免边坡滑落和冲刷

土质边坡防护：添加材料改变岩土成分；直接拌合 （沥青，水泥，石灰等）；灌浆法；种草；砌片石框 架或锚杆护坡；土工织物