第6章常見的不良地質現象 張茂花 東北林業大學土木工程學院巖土教研室 1 不良地質現象的概念 2 常見的不良地質現象 3 工程意義 地殼上部的巖土體 在遭受各種內 外力地質作用之后 導致地形地貌變化 形成了各種各樣的地質現象 其中有些對工程建筑的安全和使用有不同程度的不良影響 有的甚至危害很大 因此 把這些地質現象稱為不良地質現象 地震 崩塌 巖堆 滑坡 泥石流 多年凍土 巖溶 風沙 雪害等 不良地質現象給工程建筑的穩定性和正常使用造成危害 并給人類的生命財產安全造成巨大威脅 所以我們應該了解它們形成和發展的規律 以便采取相應的措施予以防治 崩塌 山崩 落石 碎落 第一節崩塌與巖堆 一 崩塌 1 基本概念 在陡峭的斜坡上 巨大巖塊在重力作用下突然而猛烈地向下傾倒 翻滾 崩落的現象 規模巨大的山坡崩塌 懸崖陡坡上個別較大巖塊的崩落 斜坡的表層巖石由于強烈風化 沿破面發生經常性的巖屑順坡滾落現象 2 危害 崩塌是山區常見的一種病害現象 它來勢迅猛 會破壞建筑物 引起人員傷亡 會掩埋公路和鐵路 引起交通中斷 有時還會堵塞河道 使上游建筑物及農田淹沒 墜石 地形條件 巖性條件 構造條件 其它因素 3 崩塌形成的條件 斜坡的高度和坡度 形成崩塌的必要條件 斜坡的外部形狀 凸坡 陡坡 巖石性質不同 強度 透水性 抗風化和沖刷的能力都不同 如果陡峭山坡是由軟硬相間的巖層組成 由于軟巖層易風化 硬巖層失去支撐而引起崩塌 巖層的層面 裂隙面 斷層面 軟弱夾層等都是抗剪性能較低的 軟弱構造面 當軟弱構造面傾向臨空且傾角較大時易發生崩塌 地震作用 地表水和地下水的作用 風化作用 人類活動等 地形條件 巖性條件 構造條件是形成崩塌的基本條件 4 崩塌的防治 1 防治原則 2 防治措施 由于崩塌發生突然而猛烈 一般多采用以防為主的原則 對可能發生大 中型崩塌的地段 宜優先采用繞避方案 若繞避有困難時 應盡量離開崩塌的影響范圍 對可能發生小型崩塌的地段 應視地形條件進行經濟比較 確定繞避還是設置防護工程 在設計和施工中 避免使用不合理的高陡邊坡 避免大挖大填 以保持山體的平衡 選址時 應根據斜坡的具體條件 分析崩塌的可能性及規模 清除坡面危石 坡面加固 危巖支頂 攔截防御 調整水流 坡面噴漿 抹面 砌石鋪蓋 灌漿 勾縫 鑲嵌 錨栓 用石砌或混凝土作護壁 支垛 支柱 支墩 支墻 修筑落石平臺 落石網 落石槽 攔石堤 攔石墻 修筑截水溝和排水溝 坡度 構造 結構 基底 二 巖堆 1 巖堆的概念 由碎落 崩塌和落石在山坡的低凹處或坡腳形成的疏松堆積體 2 巖堆的工程地質特征 巖堆大都為近期堆積 其表面坡度接近于組成物質在干燥狀態下的天然休止角 浸水后容易發生局部或整體移動 巖堆內部常具有向外傾斜的層理 在外力作用或其它因素的擾動下 容易發生表層或層間滑動變形 巖堆一般結構松散 孔隙率大且不均勻 在荷載作用下易發生不均勻沉降 巖堆一般坐落在基巖斜坡上 與水作用后 巖堆可能沿基底發生滑移 3 巖堆按穩定程度分類 正在發展的巖堆 趨于穩定的巖堆 穩定的巖堆 1 選線時 首先應查明路線通過地帶巖堆的穩定情況 對于正在發展的巖堆 以繞避為宜 若繞避有困難 應選擇基底條件較好的部位通過 對趨于穩定的巖堆 應盡量避免破壞巖堆的天然狀態 可在巖堆下部以路堤方式通過 對于穩定的巖堆 可選擇適當位置 以低路堤或淺路塹的方式通過 2 路線以路堤方式通過時 應注意路堤位置的選擇和基底處理 一般以設置在巖堆體下部或坡腳為宜 3 路線以路塹方式通過時 應注意邊坡的穩定性問題 坡度應小于巖堆的天然休止角 4 注意水對巖堆穩定性的影響 做好調整地表水和排除地下水的工作 5 公路通過巖堆時 可以采用擋土墻以穩定路基 但應注意擋土墻和巖堆的整體穩定性和不均勻沉陷問題 4 巖堆的防治原則 第二節滑坡 一 滑坡的概念及危害 斜坡上的巖土體在重力作用下失去原有的穩定狀態 沿著斜坡內某些軟弱面 帶 整體向下滑動的現象 稱為滑坡 2 危害 滑坡是一種常見的地質災害 大規模的滑坡 可以堵塞河道 摧毀公路 破壞廠礦 掩埋村莊 對各類工程建筑以及人類的生命和財產安全造成巨大的危害 滑坡的規模有大有小 規模大的滑坡一般是緩慢地 長期地往下滑動 滑動過程可以延續幾年 十幾年甚至更長的時間 有些滑坡的滑動速度也很快 1 概念 滑坡要素示意圖1 滑坡體 2 滑坡面 3 滑坡床 4 滑坡壁 5 滑坡周界 6 滑坡臺階 7 滑坡舌 8 拉張裂縫 9 剪切裂縫 10 鼓張裂縫 11 扇形裂縫 剖面示意圖 平面示意圖 二 滑坡的形態要素 二 滑坡的形態要素 1 滑坡體 滑坡周界 滑坡體 斜坡上沿軟弱面 帶 向下滑動的那部分巖土體 滑坡周界 滑坡體和周圍不動巖土體的分界線 2 滑動面 滑動帶和滑坡床 滑動面 滑坡體沿其向下滑動的面 平面 曲面 滑動帶 滑動面上 被揉皺了的厚數厘米至數米的結構擾動帶 滑坡床 有些滑坡的滑動面 帶 可能不只一個 在最后滑動面以下穩定的巖土體稱為 粘土夾層 軟弱巖層 3 滑坡壁 4 滑坡臺階 5 滑坡舌 滑動面的上緣 即滑坡體與斜坡斷開下滑后形成的陡壁 其形態呈 圈椅 狀 滑坡體滑落后形成的階梯狀的地面 滑坡體的前緣 形如舌狀伸出的部分 6 滑坡鼓丘 滑坡體在向下滑動時 如果受到阻礙 就會形成向上隆起的小丘 圈定滑坡范圍 拉張裂縫 剪切裂縫 鼓張裂縫 扇形張裂縫 7 滑坡裂縫 在滑坡運動時 由于滑坡體各部分的滑動速度不均勻 在滑坡體內部及表面所產生的裂縫 在滑坡體將要滑動時 由于拉力的作用 在滑坡體的上部產生一些張口的弧形裂縫 滑坡體兩側和相鄰的不動巖土體發生相對位移時 會產生剪切作用 形成與滑動方向大致平行的裂縫 滑坡體在下滑過程中 如果滑動受阻或上部滑動比下部快 則滑坡體下部會向上鼓起并開裂 滑坡體向下滑動時 滑坡舌向兩側擴散 形成放射狀的張開裂縫 滑坡體中間部分比兩側滑動速度快時也會產生剪切裂縫 鼓張裂縫通常是張口的 其延伸方向大體上與滑動方向垂直 是滑坡體滑動速度最快的縱向線 代表整個滑坡的滑動方向 可以是直線 也可以是折線 8 滑坡主軸 主滑線 滑坡運動矢向平面圖 一般滑坡體的中部運動速度較快 滑坡體的兩側因受摩阻力較多而運動速度較慢 按一定間隔在滑坡體上取不同剖面 測出剖面上每一點的運動速度 將不同剖面上速度最大的點連接起來 即為滑坡主軸 箭頭的長短表示速度的大小 滑坡壁 滑坡體 滑動面 帶 滑坡舌 滑坡鼓丘 滑坡臺階 三 滑坡的分類 1 按滑坡體的物質組成 堆積層滑坡 黃土滑坡 粘土滑坡 巖層滑坡 產生于第四紀堆積物中的滑坡 發生于不同時期的黃土層中的滑坡 發生在均質或非均質粘土層中的滑坡 發生在各種基巖巖層中的滑坡 根據滑動面與巖層層面的關系 又可細分為均質滑坡 順層滑坡 切層滑坡 2 按滑坡的力學性質 牽引式滑坡 推動式滑坡 由于坡腳被切割 使斜坡下部先變形滑動 從而使斜坡上部失去支撐 引起斜坡上部相繼向下滑動 滑動速度比較緩慢 但會逐漸向上延伸 規模越來越大 由于斜坡上部不恰當地加載或在各種因素作用下 斜坡上部先變形滑動 從而擠壓推動下部斜坡向下滑動 滑動速度一般較快 但其規模在通常情況下不再有較大發展 4 按滑坡體的厚度 淺層滑坡 中層滑坡 深層滑坡 超深層滑坡 3 按滑坡的規模大小 5 按形成年代 新滑坡 古滑坡 死滑坡活滑坡 小型滑坡 中型滑坡 大型滑坡 巨型滑坡 滑坡體的體積 3萬m33 50萬m350 300萬m3 300萬m3 6m6 20m20 30m 30m 四 滑坡的力學分析 1 滑坡的形成條件 滑坡的發生 是斜坡巖土體的平衡條件遭到破壞的結果 2 力學分析 在均質粘土和軟質巖石中 滑動面多為圓弧形若沿巖層面或構造面滑動時 滑動面多呈直線形或折線形 直線形滑動面 以力的平衡為基礎 平衡條件 滑坡體重力的下滑分力T 滑動面上的抗滑阻力F 常用穩定系數k表示兩力之比 當k 1時 斜坡平衡條件遭到破壞形成滑坡 當k 1時 斜坡處于極限平衡狀態 當k 1時 斜坡處于穩定狀態 圓弧形滑動面 以力矩的平衡為基礎 平衡條件 滑動部分對O點的滑動力矩G1 d1 隨動部分對O點的抗滑力矩G2 d2與滑動面上的抗滑力矩之和 即G1 d1 G2 d2 滑動圓心為O點 滑弧半徑為R 在線右側部分為 滑動部分 其重心為O1 重量為G1 對O點的滑動力矩為G1 d1 在線左側部分為 隨動部分 其重心為O2 重量為G2 對O點的抗滑力矩為G2 d2 通過滑動圓心O作鉛垂線 此外 在整個滑動面上還存在抗滑剪應力 滑坡的穩定系數k為總抗滑力矩與總滑動力矩之比 當k 1時 斜坡平衡條件破壞形成滑坡 當k 1時 斜坡處于極限平衡狀態 當k 1時 斜坡處于穩定狀態 斜坡的上部對其穩定性不利 而斜坡的下部對其穩定性有利 牽引式滑坡的發生是由于斜坡下部被切割導致抗滑力矩減小 推動式滑坡的發生是由于斜坡上部大量堆載使下滑力矩增大 折線形滑動面 以剩余下滑力的正負為基礎 當某一段滑坡體的剩余下滑力Ei 0時 說明該段滑坡體對下一段不存在推力 若最后一段滑坡體的剩余下滑力En 0 則整個滑坡體是穩定的 若En 0 則整個滑坡體不穩定 應該按En的大小設計支擋結構 采用分段進行力學分析的方法 沿折線滑動面的轉折處將滑坡體分為若干段 從上至下逐塊計算推力 每塊滑坡體的下滑力與抗滑力之差 稱為剩余下滑力 是逐塊向下傳遞的 五 影響斜坡穩定性的因素 凡是引起斜坡巖土體失穩的因素 統稱為滑坡因素 斜坡外形 斜坡巖土體的性質 構造等 水文地質條件 風化作用 地震以及人為因素等 內在因素 外在因素 1 斜坡外形 斜坡不同高度 坡度 形狀等要素可使斜坡的內力狀態變化 從而導致斜坡失穩 一般 斜坡越高 越陡 越容易失穩形成滑坡 2 巖土體性質 滑坡主要發生在易親水軟化的土層和軟質巖層中 容易產生滑坡的土層有粘土 黃土 粘性的山坡堆積層等 這些土層與水作用后穩定性顯著降低 容易產生滑坡的軟質巖層主要是一些沉積巖 頁巖 泥巖等 和變質巖 千枚巖 片巖等 親水性和膨脹性 濕陷性 結構松散 遇水易崩解 遇水易軟化 片理構造 3 構造 當斜坡受力情況突然變化時 都可能成為滑坡的滑動面 特別是這些軟弱構造面的傾向與坡面傾向一致時 巖土體很容易失穩而滑坡 斜坡巖土體內部的一些層面 夾層 節理面 斷層面 片理面等 一般都是抗剪強度較低的軟弱構造面 層理 片理 節理 4 水 還可將巖土潤濕 使之軟化 膨脹 削弱礦物顆粒間的粘結 加速巖土體風化 降低其內聚力 從而引起滑坡 5 風化作用 風化作用使巖石的裂隙增多 擴大 吸水性和透水性增強 強度和穩定性大大降低 6 地震 7 人為因素 開挖邊坡使巖土體的內力狀態改變 還會使巖土體中的殘余構造應力釋放 施工時放坡坡度太大 在斜坡上任意堆載 不合理的開挖 破壞地表植被 使地表水下滲增強 破壞自然排水系統 引水灌溉或排水管道泄漏使水滲入斜坡 人為開采 爆破 由于地震的加速度 使斜坡巖土體承受巨大的慣性力 并使地下水位發生強烈變化 促使斜坡發生大規模滑動 地震可以誘發滑坡發生 在山區非常普遍 水的存在可以增加巖土體的容重 增加下滑力 滑坡 薩爾瓦多地震引發了一次巨大的滑坡 數百戶人家被埋在土石里 估計有1200多人遇難 地下水位發生明顯變化 干涸的泉重新出水且渾濁 坡腳附近濕地增多且范圍擴大 井水明顯上升 斜坡上部不斷下陷 外圍出現弧形裂縫 坡面樹木逐漸傾斜 建筑物有變形開裂跡象 斜坡前緣土石零星掉落 坡腳附近的土石被擠緊 并出現大量鼓張裂縫等現象 六 滑坡的野外識別 1 在滑坡發生之前 常有一些先兆現象 2 斜坡滑動之后 會出現一些變異現象 1 地形地物標志2 地層構造標志3 水文地質標志 盡早發現滑坡的各種先兆現象 對于滑坡的預防是很重要的 滑坡前兆 滑坡前兆 滑坡前兆 滑坡前兆 可能造成圈椅狀地形 其上部有陡壁及弧形拉張裂縫 中部坑洼起伏 有一級或多級臺階 兩側有剪切裂縫 下部有鼓丘 呈舌狀向外突出 表面多鼓張裂縫和扇形張裂縫 兩側形成溝谷 出現 雙溝同源 現象 醉林 及 馬刀樹 現象 建筑物 房屋 水管 渠道等 開裂 傾斜現象 1 地形地物標志 滑坡的存在 醉林 馬刀樹 滑坡范圍內的地層整體性遭到破壞 有擾亂松動現象 層位不連續 出現某一地層缺失或某些地層重復 巖層產狀發生明顯變化 構造不連續 2 地層構造標志 3 水文地質標志 滑坡地段含水層的原有狀況被破壞 使滑坡體成為單獨的含水體 水文地質條件變得特別復雜 無規律可循 如 潛水位不規則 無一定流向 上述各種變異現象 是滑坡運動的統一產物 它們之間有著不可分割的內在聯系 在實踐中必須綜合考慮幾個方面的標志 互相驗證 不能根據某一標志就輕率地作出結論 注意 對大型滑坡 由于滑坡范圍大 需要采用多項工程綜合治理 工程量大 技術復雜 所需時間較長 故應首先考慮繞避的方案 如果繞避有困難 應綜合各方面的情況 做出繞避 整治兩種方案進行比較 對中小型滑坡 一般情況下可以不繞避 但應注意調整建筑場址的平面位置 以求得工程量小 施工方便 經濟合理的最優方案 對發展中的滑坡要進行治理 對古滑坡要防止復活 對可能發生滑坡的地段要防止滑坡的發生 整治滑坡應先做好排水工程 然后針對形成滑坡的因素 采取相應的措施 七 滑坡的防治 1 防治原則 滑坡的防治 要貫徹以防為主 整治為輔的原則 1 排水2 力學平衡法3 改善滑動面 帶 的土石性質4 放緩減重 2 防治措施 地表排水 地下排水 主要是設置截水溝和排水明溝系統 設置截水溝以截排來自滑坡體外的坡面逕流 設置樹枝狀排水明溝系統以匯集坡面逕流從滑坡體外排出 設置滲溝 盲溝 平孔以截排來自滑坡體外的地下水 在滑坡體的下部修筑擋土墻 抗滑樁或用錨桿加固 以增加滑坡下部的抗滑力 改良巖土體的性質 增加坡體強度 對巖質斜坡采用固結灌漿 對土質斜坡采用化學加固 凍結 焙燒等 削減坡角或降低坡高 以減輕斜坡不穩定部位的重量 從而減少滑坡上部的下滑力 此外 還可針對某些影響滑坡穩定性的因素進行整治 如防止水流沖刷 降低地下水位 防止巖石風化等具體措施 樹枝狀排水系統 在滑坡體外 在滑坡體上 地表排水 地表排水 地下排水 盲溝截水布置圖滲水溝示意剖面 擋土墻 錨桿 滑坡的支擋加固 降低地下水位 植樹造林 泥石流是山區特有的一種不良地質現象 主要發生在地質不良 地形陡峭的山區 由于泥石流含有大量的固體物質 突然爆發 持續時間短 侵蝕 搬運和沉積過程異常迅速 比一般洪水具有更大的能量 具有強大的破壞力 泥石流可以摧毀房屋村鎮 掩埋農田 堵塞河道 給山區交通和工農業建設造成危害 第三節泥石流 一 泥石流的概念及危害 2 危害 1 概念 山洪急流夾帶大量泥砂 石塊等固體物質 突然以巨大的速度從溝谷上游奔騰直瀉而下的現象 稱為泥石流 泥石流是一種突然爆發的 含有大量泥砂 石塊的特殊洪流 二 泥石流的流域分布 1 形成區 2 流通區 3 堆積區 位于流域上游 包括匯水動力區和固體物質供給區 多為高山環抱的山間小盆地 山坡陡峭 溝床下切 縱坡較陡 有較大的匯水面積 區內風化嚴重 巖石破碎 松散堆積物儲量豐富 位于流域的中下游地段 多為溝谷地形 溝壁陡峭 溝床狹窄 縱坡大 多陡坎和跌水 多在溝谷出口處 地形開闊 縱坡平緩 泥石流在此流速變慢 固體物質大量堆積 形成規模不同的堆積扇 泥石流流域分區示意圖I 形成區 I1 匯水動力區 I2 固體物質供給區 II 流通區 III 堆積區 1 地形地貌條件 2 地質條件 3 水文氣象條件 4 人為因素 三 泥石流的形成條件 泥石流發育的地方一般都是山高谷深 地勢陡峭 坡度較大 并有較大的匯水面積 凡是泥石流發育的地方 都是巖性軟弱 風化強烈 地質構造復雜 新構造活動強烈 地震頻繁的地區 水是泥石流的組成部分之一 也是泥石流活動的基本動力和觸發條件 泥石流的發生與短時間內的大量流水密切相關 其水源有強度較大的暴雨 冰川積雪強烈融化和水庫突然潰決等 一般多為三面環山 中間是一個深谷 因為這種地形有利于匯水 有利于把松散的固體物質匯集到一起 因為在這種條件下 能夠提供大量的固體碎屑物質 由于人類不合理的開采 使山體的自然穩定性遭到破壞 使風化剝蝕增強 將導致泥石流逐漸形成 或促使已退縮的泥石流又重新發展 泥石流的形成必須同時具備三個條件 陡峻的便于集水 集物的地形地貌 豐富的松散物質 短時間內有大量的水源 路線跨越泥石流溝時 首先應考慮從流通區和溝床比較穩定 沖淤變化不大的堆積扇頂部用橋跨越 可能存在的問題 溝口兩側路塹邊坡容易發生崩塌 滑坡等病害 應注意流通區能否發育成堆積區 當溝谷比較開闊 泥石流溝距大河較遠時 路線可以考慮走堆積扇的外緣 可能存在的問題 堆積扇逐年向下延伸 淤埋路基 河床擺動 路基有遭受水毀的威脅 對泥石流分布較集中 規模較大 發生頻繁 危害嚴重的地段 應通過經濟和技術比較 在有條件的情況下 可以采取跨河繞道走對岸的方案或其它繞避方案 如果泥石流流量不大 在全面考慮的基礎上 路線也可以在堆積扇中部以橋梁或過水路面的形式通過 但應充分考慮兩端路基的安全措施 四 泥石流的防治 1 防治原則 公路通過泥石流地段的幾種方案示意圖I 從堆積扇頂部通過 II 從堆積扇外緣通過 III 跨河繞越通過 IV 從堆積扇中部通過 通過散流發育并有固定溝槽的寬大堆積扇時 宜按天然溝床分散設橋 不宜改溝歸并 在處于活動階段的泥石流堆積扇上 一般不宜采用路塹 路堤設計應考慮泥石流的淤積速度及公路使用年限 慎重確定路基標高 水土保持 跨越 排導 滯流與攔截 2 防治措施 四 泥石流的防治 植樹造林 平整山坡 修筑梯田修筑排水系統及支擋工程 根據具體情況 采用橋梁 涵洞 過水路面 明洞 隧道 渡槽等方式跨越泥石流 采用排導溝 急流槽 導流堤等措施使泥石流順利排走 以防止掩埋道路 堵塞橋涵 設計時應考慮泥石流的類型和特征 在泥石流溝中修筑一系列低矮的攔擋壩 是一種根治泥石流的方法 但需要一定的自然條件 收效時間也較長 一般應與其它措施配合進行 此時應考慮淤積問題和沖刷問題 目的 降低泥石流的流速 使部分固體物質沉積下來 減輕泥石流的危害 第四節地震 一 地震的概念和危害 1 概念 地下深處的巖層 由于某種原因突然破裂 塌陷 以及火山爆發等而產生振動 并以彈性波的形式傳遞到地表 從而引起地面振動的現象 稱為地震 簡言之 地震是指地球內部緩慢積累的能量突然釋放而引起的地球表層的振動 2 危害 地震是地球內部應力突然釋放的一種表現形式 是一種自然現象 但它造成的人類生命和財產損失卻是觸目驚心的 正是由于地震對人類生命財產和建筑設施會造成毀滅性的破壞 所以有必要對地震進行深入的研究 以便有效地預防地震的發生 地球上每天都在發生地震 全世界一年約有500萬次 其中人們可以感覺到的約有5萬次 能造成破壞的約有1000次 7級以上的大地震平均一年有十幾次 目前記錄到的世界上最大地震是9 0級 是發生于2011年3月11日的日本本州地震 我國是一個地震災害很嚴重的國家 1900年以來 我國死于地震的人數達55萬之多 占全球地震死亡人數的53 不包括汶川地震及以后的地震20世紀全球兩次死亡20萬人以上的大地震均發生于我國 1920年 寧夏海原地震 8 5級 死亡23 4萬人 1976年 河北唐山地震 7 8級 死亡24 2萬人 地震的發生有間歇性 一段時間內發生比較頻繁 一段時間內比較平靜 我國目前處于地震活躍期 1949年 2000年自然災害死亡人數統計 1 構造地震 2 火山地震 3 陷落地震 4 激發地震 二 地震的成因類型 由于地殼運動使深部巖石的應變超過容許值 巖石發生斷裂錯動而引起的地面振動 是地震最主要的類型 約占地震總數的90 以上 由于火山噴發和下面巖漿活動所導致的地面振動 影響范圍不大 強度也不大 震前有火山發作預兆 約占地震總數的7 左右 在一些礦區和巖溶發育地區 由于洞穴坍塌 地面陷落等原因引發的地震 影響范圍小 地震能量和震級較小 約占地震總數的3 左右 在構造應力相對平衡的地區 由于外界力量的作用 相對穩定狀態被破壞 發生構造運動并引起的地震 一般震級較小 發生次數較多 如 水庫蓄水過多 地下水抽取過量后向地下大量灌水 在我國很少見 主要分布在日本 印尼等一些島國 天然地震 人為地震 1 震源 2 震源深度 3 震中 4 震中距 5 震中區 6 等震線 7 等震線圖 三 地震的一些基本概念 2001年我國開始實行新的抗震規范 地殼深處發生巖層斷裂 錯動的地方 即地震發生時地殼內部產生地震波的位置 震源到地面的垂直距離 H H300km的為深源地震 理論上為震源在地表的垂直投影點 也指地震發生時震害最嚴重的地方 地震影響范圍內 地表某處至震中的距離 L 一般L越小 地面振動越強烈 L越大 地面振動越弱 震中鄰近 具有一定面積的地區 表示地震時震害最嚴重的地區 在同一地震中 具有相同地震烈度的點的連線 在同一地震中 由不同烈度的等震線構成的圖樣 近震 遠震 這種說法已經取消 淺源地震波及范圍小 但破壞力大 深源地震波及范圍大 但破壞力小 目前有記錄的最深震源達720km 四 地震波 1 概念 當震源巖層發生斷裂 錯動時 巖層所積累的變形能突然釋放 以彈性波的形式從震源向四周傳播 稱為地震波 在地球內部傳播的波 縱波 橫波 又稱P波 由震源向四周傳播的壓縮波 介質質點的振動方向與波的前進方向一致 特點 縱波的周期短 振幅小 波速快 衰減也快 會引起地面垂直方向的振動 又稱S波 由震源向四周傳播的剪切波 介質質點的振動方向與波的前進方向垂直 特點 橫波的周期長 振幅大 波速慢 衰減也慢 會引起地面水平方向的振動 1 體波 兩者的差別 按其在地殼中傳播的位置不同 分為體波和面波 2 分類 縱波在固體 液體和氣體中都能傳播 而橫波只能在固體內傳播 縱波的傳播速度比橫波大 在地球表面傳播的波 又稱為L波 面波是體波經地層界面多次反射 折射形成的次生波 特點 面波波速較慢 在體波之后到達地面 介質質點的振動方向較為復雜 2 面波 瑞雷波 洛夫波 Rayleigh波 質點在平行于波的傳播方向的垂直平面內作橢圓運動 Love波 Q波 質點在水平面內垂直波的傳播方向作蛇形水平運動 3 比較 面波振幅大 周期長 衰減速度比體波慢 能傳到很遠的地方縱波使建筑物產生上下顛簸 橫波使建筑物產生左右搖晃 而面波則使建筑物既產生上下顛簸又產生左右搖晃 一般是在橫波和面波都到達時振動最為激烈 由于面波的能量比體波大 故建筑物和地表的破壞以面波為主 1935年 里克特 C F Richter 首先提出震級的定義 震級是利用標準地震儀在距震中100km處記錄的以微米為單位的最大水平地面位移的常用對數值 五 地震的震級與烈度 震級和烈度是衡量地震大小和強弱程度的兩個有聯系但卻不相同的概念 一 地震震級 M 1 概念 衡量一次地震釋放能量大小的等級 常用里氏震級表示 M logA 2 震級與地震釋放能量的關系 lgE 11 8 1 5M 能量越大 震級就越大 震級相差一級 能量相差約32倍 相差二級 能量相差1000倍 3 地震按震級分類 M5破壞性地震 M 7強烈地震或大震 M 8特大地震 二 地震烈度 1 概念 某一地區的地面和各種建筑物遭受地震影響的強烈程度 這種影響是通過人的感覺 人工結構物的損壞 物體反應 自然現象的變化等四大方面的宏觀等級描述來標定的 對于同一次地震 震級只有一個 但烈度隨地區不同而異 一般 震中烈度最大 震中距越大 烈度越小 2 烈度的影響因素 烈度不僅取決于地震本身大小 同時還受震源處巖層錯動方向 震源深度 震中距 場地條件 以及建筑物的動力特性 建筑材料 設計標準 施工質量和維護情況等許多因素的綜合影響 3 地震烈度表 不同的國家有不同的烈度表 采用的標準不同 所分的級別也不相同 我國在1980年制定了 中國地震烈度表 通過以上四個方面的標準 把烈度分為12個等級 個別 10 以下少數 10 50 多數 50 70 大多數 70 90 普遍 90 以上 地震烈度表 基本烈度 多遇烈度 罕遇烈度 設防烈度 4 烈度種類 一個地區在今后50年期限內 在一般場地條件下可能遭遇的超越概率為10 的地震烈度 又稱偶遇烈度或中震烈度 相當于475年一遇的最大地震的烈度 按國家規定的權限 批準作為一個地區抗震設防依據的地震烈度 是設計中實際采用的烈度 抗震設防烈度為6度及以上地區的建筑必須進行抗震設計 建筑所在地區在設計基準期內出現頻率最高的烈度 又稱常遇烈度 小震烈度或眾值烈度 其超越概率為63 2 重現期為50年 建筑所在地區在設計基準期 50年 內具有超越概率2 3 的地震烈度 又稱大震烈度 重現期約為2000年 場地烈度 在新的抗震規范中已經取消 基本烈度 眾值烈度 1 55度 大震烈度 基本烈度 1度 六 地震效應 一 地震作用 地震作用是一種動荷載 使建筑物受到一種慣性力的作用 這種由地震波直接產生的慣性力 通常稱為地震力 1 由于水平振動對建筑物的影響最大 故一般只考慮水平地震力 對于單質點體系 反應譜法 式中 為水平地震影響系數 G為建筑物的重力荷載代表值 2 但在震中區 尤其是一些大跨度橋梁 長懸臂結構和高聳建筑 也要考慮豎向地震作用 對于單質點體系 反應譜法 式中 為豎向地震影響系數 3 對于多質點體系 可以采用 振型分解反應譜法或底部剪力法 計算水平地震力 豎向反應譜法或靜力法 計算豎向地震力 4 對于特別重要的結構 還應進行時程分析 結構力學和結構動力學 地面破壞 如地面裂縫 斷裂錯動 斷層 傾斜 塌陷 砂土液化 噴水冒砂等 建筑物與構筑物的破壞 如房屋倒塌 橋梁斷落 水壩開裂 鐵軌變形等 山體破壞 如崩塌 滑坡 泥石流等 海嘯 海底地震