地震灾害与防震减灾对策概要.ppt

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1、Hohai University,防灾减灾学地震灾害、防震、抗震(Disaster Prevention and Mitigation),盛 金 昌,水利水电学院,防灾减灾学课件,2023/10/22,地 震 灾 害,基本概念、类型及成因、活动概况及分布、灾害、对策,抗震设防的概念、建筑抗震设计、结构地震反应分析,结构抗震概念，减震控制【被动、主动、半主动、智能】,地震灾害,地震灾害,包括以下四个方面：一、建筑倒塌，地面破坏二、交通阻断，道路、桥梁、隧洞损毁三、人员伤亡四、次生灾害：泥石流、洪水、海啸、火灾、滑坡、空气流体污染、大规模瘟疫,地震灾害,一、建筑倒塌，地面破坏,地震灾害,二、交通阻

2、断，道路、桥梁、隧洞损毁,，美国长滩，6.3级，死亡120人1960.5.2122,智利，8.9级，死亡失踪近10000人，美国阿拉斯加，8.4级，死亡131人，日本十胜冲，7.9级，死亡50人，云南，7.7级，15621人，唐山，7.8级，死亡24万，伤残16.5万人，墨西哥8.1级，死亡1万人，四川汶川地震8.0级，死亡7万人，1.8万失踪，30多万人受伤,地震灾害,三、人员伤亡,地震灾害,四、次生灾害：泥石流、洪水、海啸、火灾、滑坡、空气流体污染、大规模瘟疫,4.1 地震基本概念,地震：俗称地动，因地下某处岩层突然破裂，或局部岩层坍塌、火山喷发等引起的振动，并以波的形式传到地表引起地面的

3、颠簸和摇动。地震是一种具有突发性的自然现象。据统计，全世界每年大约发生500万次地震。其中绝大多数(约占99%)地震属于小地震，只有用灵敏的仪器才能测到。而人们能够感觉到的有感地震仅占一年中地震总数的1%左右（约5万次）。至于会造成严重破坏灾害的强烈地震则为数更少7级以上的大地震平均一年有十几次。世界上最大地震是8.9级，发生于1960年5月22日的智利地震。,4.1 地震基本概念,地震的常用术语：（参见下图）震源：地球内部发生地震的地方震中：震源在地球表面的投影震中距：地面上任何一个地方到震中的距离震中区：震中附近的地区极震区：强震时，破坏最严重的地区震源深度：震源到地面的垂直距离,地震术语

4、示意图,震源,4.1 地震基本概念,地震分类（按震源分）：浅源地震：震源深度在60km以内中源地震：震源深度在60300km深源地震：震源深度超过300km世界上绝大部分地震是浅源地震，震源深度集中在5km20km左右，一年中全世界所有地震释放能量的约85来自浅源地震。一般说来，对于同样大小的地震，当震源深度较浅时，则波及的范围较小，而破坏的程度较重；当震源深度较大时，波及的范围也较大，而破坏的程度相对较轻。目前有记录的最深震源达720公里。,4.1 地震基本概念,地震分类（按震级分）：微震-2级以下 人感觉不到，只有仪器才能记录有感地震-24级 人有感觉破坏性地震-5级以上 有破坏 强烈地震

5、-7级以上 有破坏 特大地震-8级以上 有破坏 由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，破坏力不一定就小。,4.1 地震基本概念,4.1.2 地震震级与地震烈度1.地震震级：是表征地震大小与强弱的指标，是衡量地震震源释放出的总能量多少的指标。一般有三种定义：（1）里氏震级或地方震级ML；（2）面波震级Ms；（3）体波震级MB。国际较通用的是里氏震级，计算公式为：ML=lgA()-lgA0()式中，A 待定震级的地震记录的最大幅值A0 标准地震在同一震中距上的最大振幅,4.1 地震基本概念,震级与地震释放能量E(尔格)之间的关系：lgE=11.8+1

6、.5M 式中 M震级；E地震能量（J）由此可知，震级每差一级，地震释放的能量就相差32倍之多。一个6级地震所释放出的能量，相当于一个两万吨级的原子弹所释放的能量。,4.1 地震基本概念,2.地震烈度是指某一地区的地面上各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。对于一次地震来说，震级只有一个，但它对不同地点的影响是不一样的。一般地说，震中区地震影响最大，震中烈度最高；距震中越远，地震影响越小，烈度越低；反之，距震中越近，烈度就越高。地震烈度还与地震震级、震源深度、地震波传递介质、表土性质、建筑物动力特性、施工质量等诸多因素有关。,震中点的烈度称为“震中烈度”，对浅源地震，震级与震中烈度大致呈对应关

7、系，经验公式如下：M=0.58I+1.5烈度与震级的大致关系,4.1 地震基本概念,4.1 地震基本概念,烈度异常区：地震在某一烈度区里，有时会因局部场地的地形、地质条件等的影响，出现局部烈度较高或较低的“烈度异常区”。值得注意的是，地震震级和烈度是完全不同的概念，两者的关系，可用炸弹来比喻；震级好比炸弹的装药量，烈度则是炸弹爆炸对周围不同地点造成的破坏程度。,4.1 地震基本概念,地震烈度表：地震烈度表是评定烈度大小的标准和尺度，它是根据地震时人的感觉、器物的反应、建筑物破损程度和地貌变化特征等宏观现象综合判定划分的。目前，我国采用112等级划分的地震烈度表。1980年由国家地震局颁布实施的

8、中国地震烈度表(1980),平均震害指数：在我国地震烈度表中给出了不同烈度的平均震害指数。考虑到建筑结构类型繁多，构造各异，影响因素复杂，同次地震中，同样结构震害也不同。为了综合概括总的破坏形式，找出各类房屋平均震害程度，给出平均震害指数。建筑物破坏级别与震害的关系,4.1 地震基本概念,4.1 地震基本概念,4.1.3 地震波与地震观测地震波：地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这就是地震波。地震波按其在地壳中传播位置的不同，分为体波和面波。,4.1 地震基本概念,（1）体波：在地球内部传播的波，它包括纵波和横波。纵波（P波）：在由震源向外的传播过程中，其介质质点的振动方

9、向与波的前进方向一致，使介质不断地压缩和疏松，所以纵波又称压缩波或疏密波。纵波的特点是周期短、振幅小。在地面引起上下颠簸运动。波速快,200-1400m/s。横波（S）：在横波（S）的传播过程中，其介质质点的振动方向与波的前进方向垂直，故横波又称为剪切波。横波的特点是周期较长、振幅较大。在地面引起水平方向的运动。波速慢,100-800m/s。,体波示意图,4.1 地震基本概念,（2）面波：是沿地球表面传播的波。一般认为，面波是体波经地层界面多次反射、折射所形成的次生波。主要有瑞雷波和乐夫波。其特点：振幅大，周期长，只在地表传播，比体波衰减慢，故能传播到很远的地方。瑞雷波：瑞雷波传播时，质点在波

10、的前进方向与地表法向组成的平面内作逆向的椭圆运动。乐夫波：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。,地震波示意图,地震波的传播速度：纵波最快，剪切波次之，面波最慢。所以在一般地震波记录图上，纵波最先到达，剪切波次之，面波到达最晚。用纵波和剪切波到达的时间差Tsp，可估算出震源的距离。就振幅而言，后者最大。在震中区，鉴于震源机制和地面扰动的复杂性，三种波的波列几乎是难以区分的。,4.1 地震基本概念,4.1 地震基本概念,2.地震观测地震仪：观测记录地震的仪器叫地震仪。世界第一台地震仪是我国古代科学家张衡发明的。近代地震仪一般包括拾振器放大器和记录装置。分为

11、微震仪和强震仪。工程抗震领域，地震记录主要指地面运动加速度记录。完整的加速度记录包括东西、南北、上下三个方向的加速度分量。结构地震反应分析时，需重地震加速度记录获得三方面信息：地面运动加速度峰值、频谱特性和震动持续时间。,4.2 地震类型及成因,4.2.1 地球构造地球是一个半径约为6400Km的椭圆球体，由三层不同的物体组成。即：表面层：很薄的地壳，平均厚30Km中间层：地幔，厚约2900Km内 层：地核，平均半径厚约3500Km,4.2 地震类型及成因,地震产生的根源（地幔是地壳运动的根源），其原因：地球内部（地下200Km到700Km）的温度和压力分布不均匀。（温度由600升至2000，

12、压力由地幔上部的900MPa升高到地幔中部的3700MPa）。在这一范围内的地幔中存在着一个厚约几百公里的软流层。地幔内部的物质就是在这样的不均衡的温度和压力作用下缓慢的运动着。地壳由各种不均匀的岩石组成，地壳岩石长期积累的变形在瞬间内转换为动能而产生地震。世界上绝大部分地震都发生在地壳内。地震仅发生在地球的地壳和地幔上部。,4.2 地震类型及成因,4.2.2 地震的类型与成因地震的成因主要有构造地震、火山地震、塌陷地震三种类型，其他还有水库地震、爆炸地震、油田注水地震等。,4.2 地震类型及成因-构造地震,1、构造地震全球地壳由六大板块组成，欧亚板块、太平洋板块、北美板块、非洲板块、南美板块

13、、印度澳洲板块。,地震的成因,20世纪60年代，美国地质学家在大陆漂移学说基础上提出来的。,板块构造学说,所谓板块，系指全球岩石圈板块，厚约50150km；其下为一塑性软流圈或软流层，属上地幔上部，约100200km,全球岩石圈分为六大板块：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,板块构造学说,板块俯冲，形成海沟、岛屿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,地震的成因,由于地幔软流物质的涌入与对流，使得板块产生运动，各板块之间发生顶撞、插入等突变，形成地壳震动。,地壳中的岩层在地壳运动中承受巨大的作用力，发生褶皱变形，当岩层

14、中某些脆弱部位的岩石强度承受不了时，岩层便发生突然的断裂和错动，形成断层，引发剧烈的震动，并以地震波的形式将震动能量向地面传播，导致地面运动，即构造地震。,构造地震形成示意图,4.2 地震类型及成因-构造地震,构造地震是所有地震中最主要的，占地震总数的绝大多数，释放的能量、影响的范围也很广。板边地震主要发生在大陆边缘，而板内地震多发生在大陆内部，分布面较广，不确定性大，虽然发生概率较低，但有时强度很大，其破坏性也很大。,4.2 地震类型及成因-构造地震,2、火山地震由于火山爆发，岩浆猛烈冲击地面而引起的地面振动称为火山地震。,火山地震影响范围较小，不会造成大面积的破坏。主要分布在日本、印度尼西

15、亚、南美等太平洋沿岸国家，我国很少见。约占地震总数的7%。,4.2 地震类型及成因-火山地震,3、陷落地震地表或地下岩层因洞穴大规模陷落和崩塌而引起的地震称为陷落地震。,洞穴主要有石灰岩溶洞和矿山采空区。当溶洞承受不了上部岩石重量时，顶板就会塌陷，对下面岩石产生强烈冲击，引起周围岩石和地面的振动，产生小范围地震。国外曾发现矿山塌陷地震震级最大达5级，我国发生过近4级的矿山塌落地震。,4.2 地震类型及成因-陷落地震,4、水库地震指因水库蓄水而诱发的地震。,发生地震的水库一般多在活动断裂带上或活动断裂带边缘；库区或坝址活动断裂发育，岩石破碎；水库深度和蓄水量有相当大的规模。我国已有多例水库诱发地

16、震，如广东新丰江水库地区发生了6.1级强烈地震。,4.2 地震类型及成因-水库诱发地震,水库诱发地震的原因：（1）水的重量，巨大水体增大水库基岩荷载；（2）水对地层和断裂的物理化学作用，水渗透到库基岩体得裂缝中，使断层更易滑动。水库地震实质是水库蓄水增加负荷而触发的构造地震。,4.2 地震类型及成因-水库诱发地震,5、爆炸地震是指工业大爆炸或地下核爆炸所激发的地震。,核爆炸中心相当于6级左右的地震源，可诱发构造地震。如1968年，美国完成地下核试验就引起地球1万次余震；1976年，美国进行核试验几分钟后发生危地马拉地震，几万人丧生。,4.2 地震类型及成因-爆炸地震,6、油田注水诱发地震,石油

17、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，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。它的机理类似水库诱发地震，水的注入使岩石产生水饱和，降低了岩石的抗剪强度。,4.2 地震类型及成因-油田注水诱发地震,4.3.1 世界地震活动地震在地球上不是均匀分布的，受到一定地质构造条件的控制，在空间分布上有一定的规律。全球两个主要地震：（1）环太平洋地震带：是全球最大的地震带，长达3.5万多千米，北起太平洋北部的阿留申群岛，分东西两支沿太平洋东西两岸向南延伸。东支经阿拉斯加、加拿大、美国、墨西哥、中美洲后直下南美洲。西支经千叶群岛、日本群

18、岛、琉球群岛、台湾群岛向南，绕过澳大利亚至新西兰与南太平洋相接。,4.3 地震活动概况及地震分布世界地震活动,（2）地中海喜马拉雅地震带：西起大西洋的亚速尔群岛，经地中海、土耳其、伊朗抵达帕米尔，沿喜马拉雅山弧东行，穿过中南半岛西缘，直至印度尼西亚的班达海与太平洋西支相接。,4.3 地震活动概况及地震分布世界地震活动,喜马拉雅地中海地震带,以上两个地震带释放的能量，约占全球所有地震释放能量的98%。,Ms为震级,环太平洋地震带释放的能量占世界地震能量总量的75%，集中了全球80%的浅源地震，90%的中源地震和和几乎全部深源地震。地中海喜马拉雅地震带释放的能量占全球地震释放总能量的20%，环太平

19、洋地震带外的中源地震基本集中在这里。,4.3 地震活动概况及地震分布世界地震活动,4.3.2 中国地震活动我国是一个地震灾害最严重的国家。中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广。1900年以来，中国死于地震的人数达55万之多，占全球地震死亡人数的53%；1949年以来，100多次破坏性地震袭击了22个省（自治区、直辖市），其中涉及东部地区14个省份，造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的54%，地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。20世纪全球两次死亡20万人以上的大地震均发生于我国。1920年宁夏海原地震（8.5级）死亡23.4万人。1976年河北唐山地震（7.8级

20、）死亡24.2万人。,4.3 地震活动概况及地震分布中国地震活动,我国的地震活动地区我国地震活动主要分布在以下五个地区的23条地震带上。台湾省及其附近海域；西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部；西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓；华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、山东中部和渤海湾；东南沿海的广东、福建等地。,4.3 地震活动概况及地震分布中国地震活动,我国的地震活动地区23条地震带,4.3.3 中国地震烈度区划图地震烈度：是指地震引起的地面震动及其影响的强弱程度。地震基本烈度：当以地震烈度为指标，按照某一原则，对全国进行地震烈度区划，编制成地震烈度区

21、划图，并作为建设工程抗震设防依据时，区划图上标志的烈度便被称之为“地震基本烈度”。第三代地震基本烈度定义：一个地区、未来50年内、一般场地条件下、遭受超越概率10%的风险水准的地震烈度值称为该地区的基本烈度。,4.3 地震活动概况及地震分布中国地震烈度区划图,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。也就是说，在地震烈度区划图上，将表示出不同地区的地震基本烈度值（1990年）。,4.3 地震活动概况及地震分布中国地震烈度区划图,我国地震区划图的编制历史：我国从1950年代开始至1990年代，相继编制了三次地震烈度区划图。通常被称为第一代、第二代、第三代地震烈度区划图。

22、由于这三代区划图的编图原则不同，因此，各图的基本烈度的定义也不相同。第一代地震烈度区划图的编制原则（1956）（李善邦先生编制）：历史地震烈度的重复原则和相同发震构造发生相同地震烈度的类比原则。这一代的基本烈度被定义为：“未来（无时限）可能遭遇历史上曾发生的最大地震烈度。”,4.3 地震活动概况及地震分布中国地震烈度区划图,我国地震区划图的编制历史：第二代地震烈度区划图中的基本烈度为（1977）：未来一百年一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度。第二代地震区划图的编制方法称为确定性方法，被建筑抗震设计规范正式引用。第三代地震烈度区划图（1990），采用了地震危险性分析的概率方法，并直接考虑了一般

23、建设工程应遵循的防震标准。基本烈度被定义为未来50年，一般场地条件下，超越概率10%的地震烈度。区划图的基本烈度也是一般建设工程（即建筑物抗震分类标准中的丙类建筑）的设防烈度，也可以叫做一般建设工程的抗震设防要求。,4.3 地震活动概况及地震分布中国地震烈度区划图,我国地震区划图的编制历史：本世纪初以地震动参数为指标编制了地震峰值加速度图、反应谱特征周期图（比例尺为1:400万）。并以国家标准颁布施行。至此，在抗震设防中不再直接应用基本烈度一词。但抗震设计仍保留地震烈度的概念作为建筑物抗震措施的等级标准。各地区的地震基本烈度由中国地震动参数区划图（GB18306-2001)确定。,4.3 地震

24、活动概况及地震分布中国地震烈度区划图,国家质检总局、国家标准委发布新一代中国地震动参数区划图2015年5月15日发布新的中国地震动参数区划图（GB18306-2015）将替代中国地震动参数区划图（GB18306-2001），于2016年6月1日起正式实施。本次发布的中国地震动参数区划图已是我国第五代地震动参数（烈度）区划图，相较于现行的第四代区划图有两大变化：一是取消了不设防地区；二是在附录中将地震动参数明确到乡镇。,4.3 地震活动概况及地震分布中国地震烈度区划图,4.4.1 地震灾害的特点（1）具有突发性地震预测、预报还在探索阶段，多数地震是在没有准确预报的情况下发生的，往往使人们猝不及防

25、，具有明显的突发性。（2）破坏面广、区域性强地震可造成大面积房屋与工程设施破坏，并改变自然环境。一般说来，破坏程度随地震距的增大而减弱。（3）具有连续性和多发性特点地震破坏会诱发出一系列第二次灾害、第三次灾害.形成灾害链。,4.4 地震灾害地震灾害的特点,（4）具有灾难性近百年来全世界遭地震毁灭性破坏的城市有26座。大地震在几秒至几十秒内，使城市变成一片废墟，造成巨大人员伤亡。（5）具有社会性地震对社会的破破坏效应是多方面的。对社会的经济、政治和心理的多重影响，反映了地震灾害的社会性特征。（6）地震救灾的艰巨性破坏性地震发生后，以极震区为中心的区域，一切经济活动中断，社会功能丧失，社会生活陷入

26、瘫痪，抢险救灾主要靠外部支援，需要国家乃至国际社会紧急救援。,4.4 地震灾害地震灾害的特点,4.4.2 地震的直接灾害指强震发生后，地面受地震波的冲击产生强烈运动、断层及地壳变形等出现的各种破坏现象。,4.4 地震灾害地震的直接灾害,1.地表破坏1）地面的断裂错动和地裂缝,地震后被震弯的铁路,地震后地表裂缝,4.4 地震灾害地震的直接灾害,2）喷砂、冒水砂和水从地震裂缝或空隙中喷出来，主要出现在平原地区，特别河流两岸的低洼处。,喷砂现象,土壤液化,4.4 地震灾害地震的直接灾害,3）局部土地坍塌,在石灰岩地区，地下溶洞发育成熟，在矿区存在空洞，大地震时可能被震塌，造成地面陷落。,4.4 地震

27、灾害地震的直接灾害,4）滑坡、塌方,在陡坡、河岸等处，强烈的地震作用往往造成土体失稳，从而形成塌方和滑坡。有时会造成破坏道路、掩埋村庄、堵河成湖等严重灾害。,4.4 地震灾害地震的直接灾害,2.结构物和设施的破坏1）建筑物的破坏,4.4 地震灾害地震的直接灾害,2）公路、铁路及桥梁的破坏,4.4 地震灾害地震的直接灾害,3）构筑物,烟囱发生破坏,水塔开裂,4.4 地震灾害地震的直接灾害,4）地下结构在地震中（如1976年唐山大地震），有不少地下结构，特别是浅埋的地下结构遭到不同程度的破坏。一般认为地下结构因地震加速度小而安全，但在1995年阪神地震中，首次出现了地铁主体的破坏。5）码头及河岸堤

28、防地震中港口码头的破坏导致水运系统的瘫痪。如1964年美国的阿拉斯加地震，我国的唐山大地震，以及1995年日本的阪神大地震等都对港口码头造成了破坏。,4.4 地震灾害地震的直接灾害,4.4.3 地震次生灾害（1）火灾多种次生灾害中，火灾最常见、造成损失最大。美国旧金山、日本关东地震和智利大地震等出现城市地震次生灾害的损失超过直接灾害。（2）地震滑坡和泥石流1970年，秘鲁7.7级地震，泥石流使1.8万人丧生。1933年四川迭溪发生7.5级地震，山体滑坡形成堰塞湖，后坝体决口，造成下游大水灾。,4.4 地震灾害地震的次生灾害,（3）地震海啸,地震海啸灾害是沿海地区极为严重的地震次生灾害。1960

29、年，智利8.9级地震，引发海啸，席卷了沿岸的码头、仓库等。2004年印度尼西亚苏门答腊附近海域发生强烈地震，并引发海啸，造成重大人员伤亡和财产损失。,4.4 地震灾害地震的次生灾害,（3）地震海啸,东日本大地震2011年3月11日，日本当地时间14时46分，日本东北部海域发生里氏9.0级地震并引发海啸，造成重大人员伤亡和财产损失。地震震中位于宫城县以东太平洋海域，震源深度海下10千米。东京有强烈震感。地震引发的海啸影响到太平洋沿岸的大部分地区。地震造成日本福岛第一核电站14号机组发生核泄漏事故。4月1日，日本内阁会议决定将此次地震称为“东日本大地震”。,4.4 地震灾害地震的次生灾害,从宏观上

30、分为三类：地震预测预报、地震转移分散、工程抗震。1、地震预测预报：主要根据地震地质、地震活动性、地震前兆异常和环境因素等，通过多种科学手段进行预测研究，作出可能发生地震的预报。按可能发生地震的时间可分为四种：长期预报：预报几年内至几十年内将发生的地震中期预报：预报几个月至几年将发生的地震短期预报：预报几天至几个月将发生的地震临时预报：预报几天内将发生的地震,4.5 减轻地震灾害的基本对策,2、地震转移分散：把可能在人口密集的大城市发生的大地震，通过能量转移，诱发至荒无人烟的山区或通过能量释放把一次破坏性大地震化为无数次非破坏性的小地震。如7级地震，需要36000多个不致造成破坏的四级地震才能释

31、放其能量，经济投入不可想象，因此使用价值不大。鉴于地震预报和地震转移分散均不能很好实现，工程抗震称为目前最有效、最根本的措施。3、工程抗震：是通过工程技术提高城市综合抗御地震的能力和提高各类建筑的耐震性能，以求当突发地震发生时，把地震灾害减至较轻的程度。,4.5 减轻地震灾害的基本对策,The end!,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,