第五章 地震的工程地质研究
5,1 基本概念及研究意义
接近地球表面的岩层中弹性波传播所引起的震动称为地震。按其成因可分为构造地震、火山地震和陷落地震。
人类工程活动如采矿、水库蓄水、深井注水、
地下接爆炸也可诱发地震。
构造地震 是现代地壳运动所产生的一种突发事件，是地球上分布最广、数量最多、危害最为严重的地震，世界上 90％以上的地震和所有的强烈地震均属构造地震。
它产生于板块边缘和板块内部的活动构造带，地壳和上地幔岩石在地球内力作用下，产生构造变形积蓄应变能,一旦 达到 岩体强度极限,就会发生突然的剪切破裂 (脆性破坏 )或沿已有破裂面产生突然错动 (粘滑 )，积蓄的应变能就会以弹性波的形式突然释放使地壳震动而发生地震。
地震前后水平位移监测结果 (GPS)
地震前后垂直位移监测结果 (GPS)
地震引起大坝破坏 (台中石岗 )
地震引起埠丰桥断裂，
河床抬高
8m,形成叠水 (石岗 )
地震引起房屋倒塌 (台中石岗 )
地震引起桥梁断裂 (南投集集镇 )
地震引起稻田隆起 (台中雾峰 )
地震引起操场隆起 (台中国小 )
5,2 地震及地震波的基础知识
5·2·1 地震波
地震时震源释放的应变能以弹性波的形式向四面八方传播，这种弹性被就是地震波。
地震波是使建筑物在地震中破坏的原动力、
也是研究地震的最主要的信息和研究地球深部
构造的有力工具。
地震波包括两种在介质内部传播的体波和两种限于界面附近传播的面波。
体波包括纵波和横波。
纵波是由震源传出的压缩波，质点振动与波前进方向一致，一疏一密向前推进，它周期短、振幅小。
横波是震源向外传播的剪切波，质点振动方向与波前进方向相垂直，传播时介质体积不变但形状改变，周期较长振幅较大。因为该波是切变波，
所以它不能通过对切变没有抵抗能力的液体。根据弹性理论，纵波传播速度 (Vp)和横波速度 (Vs),
可分别以下列两式计算：
5.2.2 震源机制和震源参数研究多个地震台的地质谱，可以确定出地震发生的物理过程或 震源物理过程，一般称为震源机制（ local mechanism）。根据地震记录图，按弹性变位理论进行复杂计算，还可以求出限定震源物理过程的多个物理量，通称为震源参数
（ sourse parameters）。
5.2.2.1 震源机制地下核爆破在地面所记录的 P波初动都是推波，
或第一相位为压缩，表明震动源的物理过程是由于爆炸引起的膨胀向周围介质施加压力。
地震波 P波初动的推拉分布同样能确定出震源物理过程。根据近几十年来的大量研究证实，浅震源 P波初动明显具有限象分布的特点 (图 5-2)。
这种分布显然不同于震源点膨胀所造成的初动分布，震源处单向力的作用所产生的初动分布也不同 (图 5-3)，所以过去多年来一直用单向力偶震源错动模式 (图 5-4)来解释。图中 GG’和 FF’线为两条节线，是初动分布的转换线，其中之一两侧有力偶的为震源断层，断层产生错动时，
对于断层每一盘来说，断层错动的前进方向都会受到压缩，而相反的一个方向就受到拉仲，于是就呈现如图 5— 4所示的象限分布，即这种象限型初动推拉分布是由于震源断层错动这种物理过程所造成的。所以这样求得的结果称为震源机制断层面解。后来发现，不仅 P被初动是象限分布的，
s波的初动分布也有如图 5— 5(b)所示的象限分布的特点。但由于 s被初动难于测定，所以这一点很长时间是有争议的，直到发现由 s波激起的面波
(亦即勒夫波 )的初动也呈象限分布才得到公认。
为使震源机制与各种波的初动分布的实际情况相符，单力偶震源机制模式必须修正为双力偶模式，
两节线上力偶错动方向相反，一为左旋另一为右旋，。实测的各种波的初动分布与按此模式理论推导出的完全一致。双力偶合成的最大最小主应力分别为压 (P)和拉应力 (T)，在垂直于中间主应力的主平面内，它的作用方向与两节线夹角平分线一致。两节线是两个最大剪应力的截面与这一平面的交线，这两个截面也就是一对共轭剪切面。
其中之一为产生地震的断层。但究竟二者之中那一个是地震断层面，单靠震源机制解是不能断定的，必须根据震中区地质结构、地表错断方向和等震线的长轴方向等才能判定 [参见图 5一 10(c)]
5.2.2.2 震源参数
以上震源机制讨论是以点源模型为基础的。
实际上震源并非一点，而是一个产生有限错动的断层面，限定一个震源断层就需要有以下七个物理量，即； (1)断层面长度 (L)； (2)断层宽度 (W)；
(3)断层走向 p； (4)断层倾向和倾角； (5)断层错动方向； (6)断层错距 (D)； (7)断层破裂的扩展速度。这些量统称震源参数。从震源参数、震中距离和场地条件推算地面运动，作为工程设计的依据，是目前国际上发展的方向，
5.2.3 地履震级和烈度
地震能否使某一地区建筑物受到破坏，首先取决于地震本身的大小和该建筑区距震中的远近，
距震中愈远则受到的震动愈弱。所以需要有衡量地震本身大小和震动强烈程度的两个尺度，这就是震级 (Magnitude,Ms)和烈度 (intensity，代号
I)，它们之间有一定联系，但却是两个不同的尺度，不能混淆起来。
5.2.3.1 地震震级
地震震级是表示地震本身大小的尺度，是由地震所释放出来的能量大小所决定的。释放出的能量愈大则震级念大，因为一次地震释放的能量是固定的，所以无论在任何地方测定只有一个震级。
释放能量大小可根据地震波记录图的最高振幅来确定。但是由于波动远离震中要衰减，不同地震仪器的性能不同，记录的波动振幅也不同，
所以必须以标准地震仪和标准震中距的记录为准。
因此，按李希特一古登堡的最初定义，震级是距震中 100km的标推地震仪 (周期 0.8s，阻尼比 0.8，
放大倍率 2800倍 )所记录的以微米表示的最大振幅震烈度 人的感觉一般房屋其它现象考物理指标大多数房屋震害程度平均震害指数加速度 /
（ CM/S2）
（水平向）
速度 /
（ CM/S2）
（水平向）
I 无感
II 室内个别静止中的人感觉
III 室内少数静止中的人感觉 门、窗轻微作 悬挂物微动
IV 室内多数人感觉，少数人梦中惊醒 门窗作响 悬挂物明显摆动，器皿作响
V 室内普遍感觉，室外多数人感觉，多数人梦中惊醒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落，抹灰出现微细裂缝不稳定器翻倒 31
（ 22~44）
3
（ 2~4）
VI
惊慌失措，仓惶逃出损坏 —— 个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝
0~0.10 河岸和松软土上出现裂缝，饱和砂层出现喷砂冒水，地面上有的砖烟囱轻度裂缝、掉头
63
（ 45~89）
6
（ 5~9）
VII 大数多人仓惶逃出 轻度破坏 —— 局部破坏、
开裂，但不防碍使用
0.11~0.30 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
125
(90~177)
13
(10~18)
VIII 摇晃颠簸，行走困难 中等破坏 —— 结构受损，需要修理
0.31~0.50 干硬土上变有裂缝，大多数砖囱严重破坏
250
(178~353)
25
(19~35)
IX 坐立不稳，行动的人可能摔跤严重破坏 —— 墙体龟裂，
局部倒塌，修复困难
0.51~0.70 地方出现裂缝、基岩上可能出现裂缝、
滑坡、坍方常见，砖烟囱出现倒塌
500
(354~707)
25
(19~35)
X 骑自行车的人会摔倒，处不稳状态的人会摔出几尺远，有抛起感倒塌 —— 大部倒塌，
不堪修复
0.71~0.90 山崩和地震断裂出现，基岩上的拱桥破坏，大多数烟囱从根部破坏
1000
(708~1414)
100
(72~141)
XI 毁灭 0.91~1.00 地震断裂延续很长，山崩常见，基岩上的拱桥
XII 地面剧烈变化，山河改观表 5— 2 中国地震烈度表 (1980)
,中国地震烈度表（ 1980）,使用说用
（１）烈度 >VI度，判定地震烈度以房屋震害为主，人的感觉仅供参考； >X度应结合建筑物或构筑物的破坏程度，并根据地表现象来确定； XI,XII度的评定，需要专门研究。
（２）“一般房屋”在,中国地震烈度表（ 1980）,中指土构架和土、石砖墙构造的旧式房屋和单层或多层未经抗震设计的新式砖房。由于我国城市目前一般都已设防，
有的乡村也开始设防，烈度表中的“一般房屋”一般已不普遍，调查中应区别设防与不设防的房屋破坏程度对烈度的反映，给出合理的烈度值。对于质量特别差或特别好的房屋，可根据具体情况，对表列各烈度的震害程度和震害指数予以提高或降低。
（３）“人的感觉”指平房内或楼房低层内人的感觉。
（４）表中震害指数是对上述“一般房屋”而言。“完好”为０，“毁灭”为１，
中间按表列震害程度分级。平均震害指数是对所有房屋的震害指数的总平均值而言，可以用普查或抽查的方法确定之。
（５）使用本表时可根据地区具体情况，作出临时的补充规定。
（６）烟囱指工业或取暖用的锅炉房烟囱。
（７）表中数量词的说明：个别：１０％以下；少数：１０％～５０％；多数：５
０％～７０％；大多数：７０％～９０％；普遍：９０％以上。
（８）对重要的工业设施，如桥梁、重要车间、高层建筑、巷道等，要进行专门的调查，在调查中应结合设防情况进行评估。
5.3 我国地震地质的基本特征
从震源机制的讨论中已知，地震特别是浅源地震，其产生多与断层错动有关；从大区域震源机制的研究可以确定区域构造应力场的情况这一点也可得出，地震的分布和发生与大地构造密切相关。所以，用地质学的方法探索可能发生破坏性地震的危险构造或活动断层，配合震源机制的研究判定区域构造应力场和发震断层的错动机制，
研究地层中存在的古地震现象，配合历史地震的研究判定古地震活动周期和震级，为地震中长期预报和地震区划提供基础地质资料，就是地震地质工作的基本任务。
5.3.1 世界范围内的主要地履带及其形成的大地构造环境
(1)环太平洋地震带
这是世界上最大的地震带，在挟窄条带内震中密度也最大，全世界约 80％的浅源地震,90％
的中源地震和几乎全部滦源地震集中于此带，译放的能量约为全世界地震释放能量的 80％。很早以前就已经知道，此带的震源深度有自岛孤外线的深海沟向大陆内部逐步加深的规律，并解释为大陆与大洋之间的一条倾向大陆的大断裂面 (因
5— 14)。
（ 2)地中海喜马拉雅地震带或欧亚地震带
仅次于环太平洋地震带的第二大地震带，震中分布较前者为分散，所以带的宽度大且有分支。
以浅源震为主，中源震在帕米尔、喜马达雅有所分布，深源震主要分布于印尼岛弧。环太平洋地震借以外的几乎所有汉源、中源和大的浅源地震均发生于此带，释放能量约占全球地震能量的 15
％。
(3)大洋海岭地震带
主要呈线状分布于各大洋的接近中部 (图 5—
13)。
这一地震带远离大陆是多为强震，所以以前未被人注意,60年代以前不把它作为一个地震带，海底扩张和板块构造的发展才使人们注意到这一地震带。这一带的所有地震均产生于岩石圈内，震源深度小于 30 km，震级除少数例外均不超过 5级。
5.3.2 我国地震地质的基本特征
5.3.2.1 我国强震空间分布及地震区带划分
我国大于 6级的强震的空间分布极不均匀，大致以 105度为界。西部地震广泛分布，东部地震相对稀少，震级均未达到 8级。在上述两地震区域内强震分布也是极不均匀的，东部域分布于华北及东南沿海一带，而西部分布面积大，但塔里木、
准噶尔和鄂尔多斯盆地等则地震分布较为零星。
5.3.2.2 我国强震发生的地质条件
1,强震与活动断裂带的关系
（ 1）不同方向的断裂的交汇部位
（ 2）活动性深大断裂的转折部位
（ 3）活动性深大断裂的端部或其它锁闭段
2.强震与断陷盆地的关系
（ 1）倾斜断陷盆地的较深、较陡一侧活动断裂的最大断距段上；
（ 2）两盆地间或盆地内部由横向断裂控制的横向隆起带两侧；
（ 3）断陷盆地的锐角尖端，或断陷盆地带内多组断裂交汇部位；
（ 4）受不同方向多组断裂控制，内部构造又比较强烈的复合盆地的次级凹陷带上，如 1966年邢台地震。
3,强震产生的深部构造条件
我国大陆板内地震多发生在地壳内 10-25km深处，在我国西部还发生在地壳内 31-37km。由此可见，地壳深部构造活动和受力状态，对地震的孕育和发生，是更为直接的因素。
不同级别的断裂如盖层断裂、基底断裂、岩石圈断裂和超岩石圈断裂，层间断裂在深部的活动往往是地震发生的主要原因。
5.3.2.3 我国大陆地震活动与现代构造应力场与形变场的关系
根据大量震源机制解及地震时地表断层错动方式分析，我国广大地区主压应力以近水平方向者为主。主压应力仰角小于 30度者占 80%以上，
且以东经 105o为界，可区分出两大应力系统。
西部为近南北向 -北北东向挤压应力场。
东部为大面积的近东西的水平挤压应力场。
活跃的岩石圈动力环境
5.3.2.4 我国现代地壳垂直形变与地震活动的相关性研究
中国大陆垂直形变的的总趋势是南升北降，
最大上升量在喜马拉雅山地区，年速率达 10mm左右。下降最强烈的新疆准噶尔盆地，年速率为 -3
到 -4mm。
大致以银川 -昆明一线为界，西部线条密集，
等值线多呈东西或北西西走向，与主要断裂线方向一致，其地形变断裂线多由 3-4条等值线组成的梯度带绘出，表明其活动强度较大。东部线条相对稀疏，等值线走向多为北北东向 -北东向，部分为东西向及南北向，也与构造线吻合较好。
东部地区的垂直变形大致分为三区：华南 -西南区，华北区和东北区。
5.3.2.5 我国大陆板内现代运动特征我国大陆处于欧亚大陆的东部，是一个被周围板块挤压围限的区域，影响板内变形和运动状况的边界动力环境十分复杂：
（ 1）有印度板块与欧亚大陆在喜马拉雅一带的碰撞及向亚洲内部的继续挤压；
（ 2）西太平洋板块向亚洲大陆的俯冲与挤压；
（ 3）菲律宾板块向西的俯冲和在台湾一带的汇聚；
（ 4）日本海、东海东部冲绳海槽及南海盆地的弧后局部扩张。
在周边板块碰撞或俯冲的推动下，板块之间就产生了不同形式、不同规模和速率的相互错动。大体上又可分为西部板内聚敛为主的挤压区，东部东北、华北的拉张裂陷区和东南部处于西部挤压与北部围限下整体稳定滑移区。
（ 1）西部挤压区
（ 2）东南部滑移区
（ 3）东及东北部张裂区
5.4 地震区划及地震危险性分析
减轻地震灾害有两种途径 。
一种是地震预报，它是以地震发生前应变能积累过程中地球物理场的变化而出现的前兆和历史地震活动规律为依据，以短期内准确预报出地震发生的时间、地点、强度为主要目标，以便人员及时撤离或其他防范措施。其优点是可以避免重大人员伤亡，但缺点为即使预报准确，如果建筑物没有进行防震设计或采取抗震措施，仍然会造成局部或全部毁坏。
另一种地震工程途径，它是以地震地质和地震活动规律研究所做出的地震发生时间、
地点、强度、频度的长期预报为依据，经济、安全而又合理地规定新建工程的抗震设防技术措施，
使所兴建的工程能抗御未来发生的地震，即,小震不坏，中震可修，大震不倒,,从而大大减轻人民生命财产在地震中的损失。按其工程阶段可以分为地震危险性分析与地震区划、抗震规范、
抗震设计、抗震鉴定和加固和抗震救灾五个部分。
表 5-27。
5.4.1 地震区划、地震危险性分析的原则和方法
1957年编制了中国地震烈度区域划分图，以烈度作为地震危险性标志。当时评定各地基本烈度的两条主要原则是：
（ 1）曾经发生过地震的地区，同样强度的地震可以重演，或简称历史地震重演；
（ 2）地质构造（或地质特征）相同的地区，地震活动也可能相同，或简称构造外推，同一构造地震带可以发生相同强度的地震。
1977年国家地震局又编制和发表了第二代地震区划图。该图绘制了我国各地未来 100年内可能遭受的最大烈度，称为地震基本烈度（在今后一个时期内
（一般取 100年）在一定地点的一般场地条件下可能遇到的最大烈度）。
编图原则是在总结地震地质背景、地震活动规律的基础上充分考虑地震活动的时间非平稳性（即平静期和活跃期之分）和空间非均匀性
（强震发生于一定构造部位），明确确定某地未来百年内发生地震的危险性。
编图方法是先判定各地震区，编制出以最大可能震级为标志的地震活动区划图，再根据我国历史地震震级和震中烈度的经验关系，将各级地震危险区换算成相应的 震中烈度,地震影响烈度及其分布范围，则可根据所在地震区、带的烈度衰减统计规律圈定。最终将全国区划为 >X,IX，
VIII,VII,VI及 <VI类地震危险区。
5.4.2 潜在震源区的划分
指未来可能发生破坏性地震的部位，其可能出现的最大地震危险程度用地震上限 Mu表示。
潜在震源区的划分是地震危险性概率分析中的最重要的工作内容。它是反映场地所在地区地震地质条件，区域构造稳定性，历史大地震、近代小地震的活动规律，以及其它地球物理场分布特征的基本标志，也是控制工程设计地震动参数的决定性因素，特别是场地周围大约 40km内潜在震源区，对地震的危险性最终计算结果会产生相当敏感的影响。
5.4.3 地震活动性参数的确定
地震活动性是指地震活动的时、空、强度和频度的规律，即各地震区、带内各种大小的地震在时间上的分布规律。地震活动性参数则是描述潜在震源区地震危险性程度的指标。主要有上限震级 Mu和起算震级 M0，震级 -频度关系式中的 b值和各级地震年发生率 ν。
5.4.3.1 震级上限
Mu指潜在震源区可能发生的最大震级，当潜在震源区距场点较近时,Mu的取值对计算结果影响较大。
决定 Mu主要根据历史地震资料和构造类比。
5.4.3.2 震级 -频度关系式中的 b值
lgN=a-bM
N地震频数,M震级,a为地震总次数有关的统计常数,b值代表一个地震区或带内不同大小地震频数的比例关系，是 lgN=a-bM曲线图上的斜率,b值愈小震级较高的地震所占的比例愈大。是一个重要参量。
5.4.3.3 地震活动的年发生率（ ν)
指一定范围内每年发生等于和大于震级 M0以上的地震数
1-F(m)=e-β(M -M0)
ν =(1/b)10 (a-bM)
5.4.4 地震动衰减规律
5.4.4.1 地震宏观影响场和地震烈度衰减关系
地震影响场是指地震在地表造成的影响及其分布状况，用地震烈度表示的影响场称做宏观影响场，是地震危险性分析中的重要资料之一。地震烈度的 衰减与震级和震源距有关 。
5.4.4.2 基岩地震动衰减关系
我国缺乏近场强震加速度记录，所以一般采用胡笔贤建议的方法推求基岩峰值加速度的衰减关系式：
首先统计出当地地震烈度衰减公式（表 5-7），再选择一个构造条件比较接近，强震观测资料丰富，且区内烈度衰减公式和基岩峰值加速度衰减公式均已具备的地区作为参考区。
5.5 场地地震反映及地震小区划
5.5.1场地地震效应及地震小区划
5.5.1.1 场地破坏效应
（ 1）地面破坏效应,破坏性地震如果震源较浅，
断层错动可以直达地表造成地表错断，对建于其上的房屋、大坝、道路、管线等造成直接破坏。
（ 2）地基失效：如果建筑物地基强度很低或地震动加速度很大，就会导致地基承载力的下降、丧失以至变位、移动，由此造成的建筑物破坏即属地基失效造成的破坏。
（ 3）斜坡破坏效应
斜坡破坏效应包括地震诱发的滑坡、崩塌和泥石流。
萨尔瓦多地震引发泥石流 1200多人遇难
5.5.1.2 强烈地震动
(1).振幅：通常指地面最大加速度 amax，最大速度 Vmax或最大位移 dmax
(2).频谱：地震地面运动周期与建筑物的自震周期呈三种不同的关系：
短周期的高频振动下，建筑物的上部实际上保持不动；当地面振动周期和建筑物的自振周期相同是，
产生共振，建筑物顶部位移可能超过地面运动许多倍。
高层建筑物自由振动周期教长，受到振幅小但周期相近的地面振动作用即产生共振，共振使建筑物顶部加速度被放大，使上层的最大位移有时可达 20cm以上，这样大的位移当然会使建筑物遭到损坏。 在长周期地面振动作用下，顶部的加速度大于地面的加速度，这个差别和建筑物的变形随地面振动的周期的增大而减小。
(3).持续时间不同地震持续时间持续时间变化较大，变化在几秒至数十秒。时间长者破坏性大，短者破坏性小。
5.5.2 场地条件对震害和地震动的影响
场地条件一般指局部地形地质条件，如近地表几十米至几百米内的地基土石性质、地下水水位等水文地质条件，微地形以及有无断层破碎带等。
5.5.2.1 基岩上地震动幅值小、持续短、震害轻
5.5.2.2 深厚覆盖层上地震动周期长
巨厚冲积层上低加速度的远震可以使高层或其它长周期建筑物遭到破坏。引起破坏的主要原因是共振，这类自由震动长周期的结构在厚层冲积层上易于产生共振则表明厚层冲积层上地表震动周期往往比较长。
表层沉积能对基岩传来的地震波起选择放大作用，某些周期的地震波在表土层中多次反射的结果，由于叠加而增强，这样就会使表层震动中这类周期的波多而长，这就是该表层土的卓越周期。也就是它的自震周期。
散土层地面震动有卓越周期是它显著不同于基岩的震动特点，基岩中因为没有显著不同的介质分解面而不存在卓越周期。
基岩的震动周期约为 0.15s,更新统坚实土层为 0.2-0.5s，全新统较松散软土层 0.3-0.8s，巨厚松散软土层为 0.5-1.1s。
不同岩土类型其质点位移时程曲线也明显不同。使用微震观测资料必须考虑到以下情况，即在微震作用下岩石和土都可以看作弹性体，具有线性反应，而在超过土的弹性极限的强震作用下，
土层并非弹性体，非线性变形很显著，使其刚度降低、阻尼增大，以致土层对质点位移或加速度的放大系数可能比微震小变形者小很多。所以微震时地表加速度比基岩中为大，而大震时则可能比基岩中小得多，而卓越周期则仍比基岩中振动周期长得多。
土层的卓越周期 T可由表土层剪切振动微分方程导出,T=4H/VS
式中 H为土层厚度,VS该表层土的剪切波速度，
显然层厚越大，剪切波速度低，卓越周期就越长。
巨厚冲积层因为不同性质土层叠臵，所以其卓越周期没有较薄的单一土层显著，但其卓越周期显著偏长，因之能引起木结构及高层建筑共振而破坏。
5.5.2.3 非发震断层对震害无明显影响
5.5.2.4 局部地形对震害影响显著
突出孤立的地形使地震动加强，低洼沟谷使地震动减弱。其原因可用山体或山体内体波多次反射来解释。其中位移放大最明显，可达 7倍，速度放大 3-4倍，加速度放大一般不超过 2倍。
5.5.2.5 沙土液化对震害的影响有双重性
（ 1）强烈液化引起的喷水冒沙往往导致地裂缝、位错、滑坡、不均匀沉降等地基失效现象，
从而加剧建筑物的震害。
（ 2）但当地表 2-3米内有较密实的粘土层，能成为荷载小而基础浅的结构物稳定持力层时，在其下伏层沙土液化后，此层仍具有一定强度以支承结构物传来的荷载，此时沙土液化作用却可起隔震作用，使地下强烈震动不再能传至地表。
5.5.3 我国的地震小区划及其演进
5.5.3.1 调整烈度小区划
在位于同一个基本烈度区内的场地内，不同地段水文地质工程地质条件有所不同，据此调整各地段的烈度使之较基本烈度有所增减，分别得出各地段的场地烈度，从而区划出具不同场地烈度的各小区，每一小区按其场地烈应选用相应的地震系数 (及 )再按静力法确定该小区设计用地震力。故这种小区划实质上是静力的小区划,50年代至 60年代初期我国试用过。
区划方法是将场地划分为边长 300一 2000m的方格．每格内应有一代表性地层剖面和地下水埋深资科。然后根据地基土层的地震刚度 (弹性坡传播速度与密度之积 )、地下水位的深浅和土层共振特性的不同，确定每格内的烈度增量值。
5.5.3.2 调整反应与小区划认识到地面震动的频谱特征对建筑物因共振而破坏的重要作用，自本世纪 50年代就兴起了结构抗震设计的反应谱理论。它假定结构为单质点弹性体，
作用于其基底的地震运动则简化为简谐振动，此时结构系统的动力反应不仅
决定于地面运动的最大加速度和频谱特征，还取决于结构物本身的动力特性，主要是结构的自振周期 (T)和阻尼比 (ζ) 。阻尼是结构物振动过程中由于能量耗散而造成的振动衰减,ζ ＝ 1时体系转变为不发生振动的衰减运动，此时的阻尼称为临界阻尼,ζ ＜ 1则是实际阻尼与临界阻尼之比值，称为临界阻尼比或简称阻尼比。对某一特定结构的某一阻尼比而言，其体系的最大加速度与自振周期间的关系表示呈一条曲线，这组曲线就是就是结构的 最大加速度反应谱
5.6 地震区划抗震设计原则
5.6·1 选择场地和地基
选择对抗震设计有利的场地和地基是抗震设计中最重要的一环。最主要的有：
(1)尽可能避开产生强烈地基失效及其它加重震害地面效应的场地或地基，用于这类场地或地基的主要有：活断层带．可能产生地震液化的砂层或强烈沉降的淤泥层，厚填土层，可能产生不均匀沉降的地基以及可能受地震引起的崩塌、滑坡等斜坡效应影响的地区，如陡山坡、斜坡及河坎旁。
(2)考虑到地基土石的卓越周期和建筑物的自振周期，尽可能避免结构与地基土石之间产生共振。也就是自振周期长的建筑物尽可能不建在深厚松软沉积之上，而刚性建筑物则不建于卓越周期短的地基上。
(3)岩溶地区地下不深处有大溶洞，地震时可能塌陷的地区不宜作为场地。
(4)避免以加重震害的孤立突出地形作为建筑场地。
对抗震有利的场地条件是；地形开阔平坦；
基岩地区岩性均一坚硬或上有较薄的覆盖层；若为较厚的覆盖层则应较密实；地下水埋藏较深；
崩塌、滑波泥石流等不发育。
5·6·2 选探适宜的持力层和基础方案
场地如已选定，即应根据详细查明的场地内地质条件，为各类不同建筑物选择适宜的
持力层和基础方案。例如守屋喜久夫 (1977)根据地震资料和震害之间关系的研究，预测
了日本各大城市基础不同、持力层不同的各类建筑物的震害情况，从而为防震设计提供持
力层和基础选择方面的对策，其典型实例如图 5—
53。
一般说来，在地震区的松散层上进行建筑，有地下室的深基础有利；如采用桩基应为支
撑桩而不能用摩擦桩，且桩基不能改变地基土的类别；高层建筑物以采用达到良好持力层
的管桩基础为宣，有的资料认为圆柱形薄壳基础能大大提高地基承强力和减少基础变形，对
抗震有利；在易于产生不均匀沉降的地基上以采用钢筋混疑土条形基础或筏式基础为宜。
5.6.3 建筑物合理布臵和结构选型
5.6.3.1 工业民用建筑物
1.选择有利抗震的平面和立面是抗震设计的重要环节，尽量使建筑物的质量中心和刚度中心重合，平面上选择矩形、方形、圆形或其它没有凸出凹进的形状，立面上各部分层数尽量一致，
以避免各个部分之间振型不同，受力不同，使平面转折或立面上层数不同的两部分连接处受扭转而断裂、倒塌。如必须采用平面转折或立面层数有变化的型式，则应在转折处、层数有变化的部分之间的连接处留抗震缝，使之分割为平面、立面上简单均一的独立单元。
2．减轻重量、降低重心，加强整体性使各部分、各构件之间有足够的刚度和强度。
一般砖石承重墙抗拉或抗剪强度较低，抗震性能较差，但在我国目前情况下却应用最为广泛，
对其破坏方式及抗震措施的研究极为重要。与水平振动力方向平行的砖石承重墙是承担地震力的主要构件。在地震作用下最早出现的破坏是在下层墙体出现斜裂缝或交叉裂缝，继而部分式全墙倒塌引起楼板或屋顶陷落。一般认为斜裂缝或交叉裂缝属剪裂缝，但仔细观察可以发现裂缝主要是追踪砌缝产生的，剪断砖石者极为少见，所以应属受反复
水平剪切变形产生的次生拉应力所造成的破坏，
且愈是灰缝强度低则震害愈烈。如我国云南龙陵地震时，有些地区因为砖石结构，灰缝均用石灰而不用水泥，因而震害特别严重。
所以改善砌体方式及提高灰缝强度以增强抗拉强度，是这类结构抗层的主要措施。
钢筋混凝土框架结构抗震性能良好。但也有承重柱薄弱环节破坏的例子。底层角柱承受两个主轴方向的地震荷载，如果强度不足，其破坏的可能性最大。破坏多产生于柱脚，且往往是混凝土扭裂或弯裂继之破碎，之后钢筋压弯，最后柱顶破坏。其主要抗震措施是增加角柱配筋和加强柱的箍筋以增加抗弯抗扭性能。
木构架承重的房屋，粱柱之间的连接点往往为榫接，柱子往往浮搁在柱脚石上。这些都是整体性不足的薄弱环节，其侧向刚度很差，地震时极易发生倾斜，倾斜严重时榫接处会发生拔榫以致散架落顶，木柱也易从柱脚石上滑落。其抗震措施主要是加强刚度和整体性。其主要措施有如下几点：
(1)屋架 (梁 )与柱的连接处，除柱顶用榫还应加角撑 (斜撑 )或夹板 (图 5— 54)。
(2)增加剪刀撑 (图 5— 55)或没柱间支撑或柱间砌实心墙以保证必要的纵向刚度。
(3)木柱柱脚宜用铁件与基础固定，连接宜用螺栓。
(4)所有连接的支撑、斜呈撑、夹板等均应用螺栓连接，不宜用钉结合。
砖混结构是我国目前采用极广的结构。预制混凝土楼盖板往往浮搁于承重墙上，支承
长度也不足，所以整体性很差，受震时地震惯性力相对集中于楼板处，各楼、盖板相推挤
碰撞、移动错位，外侧的预制板撞击墙壁，使之外突，使支承长度减小，最后楼板可从墙
上脱落。如预制板搁臵于较薄的内墙式隔墙上，
支承长度更短，受震更易脱落。主要抗震措施为加强墙体之间及墙与楼、盖板之间的整体性。墙的整体性要求咬岔砌筑．使内外墙、外墙转角、
内墙交接处都有良好的连接，在 VIII度区在这些部位应每隔一定高度于灰缝内配臵拉接钢筋。设臵抗震圈梁是加强房屋整体性、加固各部分墙体连接的有效措施，国内外震害调查证明，不设臵圈梁房屋破坏率比有圈梁者高多倍。
圈梁尽量设在楼盖板周围使它成为楼盖板周围的，
以加强水平向整体性，如不可能也应紧贴盖板之下设臵，此时围梁 [或墙 )与盖板之间必需锚固。
盖板与盖板之间也必须锚固以增强整体性。
5·6·3.2水工建筑物
1．选择坝型
选择抗震性能良好的坝型是很重要的。主要震害形式如下。
土石坝：以堆石坝抗震性能最好。例如美国的卡斯泰克坝 (高 104m)，在 197I年圣费尔南多地震时距震中 32km．坝址加速度水平达 0.39g，垂直
0.18g坝体未受损坏。墨西哥的英菲尔尼罗坝 (高
149m)于 1964— 1966年遭受三次 IV-VIII地震，坝体未受损害。日本御母衣坝 (高 131m)1961年遭受
VIII度以上强震除坝顶沉陷，向下游位移 5cm外，
坝体基本完好。
冲填土坝抗震性能较差，比较容易产生坝坡滑坡、坝顶裂缝、严重者能溃决。
混凝土坝：以重力坝及拱坝整体性强抗震性能良好，而大头坝和连拱坝等，因侧向刚度不足抗震性能较差。如日本丰检油连拱坝在 1946年南海地震中，坝址烈度 VI度，支墩和坝接头处即多处漏水。各类混凝土坝主要震害是近坝顶部分、
断面突变处为抗震薄弱环节，容易产生断裂；坝内孔口廊道附近易裂缝；坝顶相当于孤立突出山梁，地震反应强，因之其上的附属建筑物易破坏。
(2)工程措施
土石坝应防止地基失稳，提高坝体压实度，
降低浸润曲线，以防坝体滑坡，适当增加坝顶宽和坝顶超高，以防涌浪和溃决。
混凝土坝中的重力坝和大头坝应适当增加坝体顶部刚度，顶部破折宜取弧形，坝面和坝墩顶部的几何形状应尽量平缓、避免突变以减少应力集中。支墩坝应尽可能增加整体性，增强侧向刚度。拱坝应注意拱顶两岸岩体的稳定性。拱顶附属结构应力求轻型、简单、整体性好并加强连接部位。
5,1 基本概念及研究意义
接近地球表面的岩层中弹性波传播所引起的震动称为地震。按其成因可分为构造地震、火山地震和陷落地震。
人类工程活动如采矿、水库蓄水、深井注水、
地下接爆炸也可诱发地震。
构造地震 是现代地壳运动所产生的一种突发事件，是地球上分布最广、数量最多、危害最为严重的地震，世界上 90％以上的地震和所有的强烈地震均属构造地震。
它产生于板块边缘和板块内部的活动构造带，地壳和上地幔岩石在地球内力作用下，产生构造变形积蓄应变能,一旦 达到 岩体强度极限,就会发生突然的剪切破裂 (脆性破坏 )或沿已有破裂面产生突然错动 (粘滑 )，积蓄的应变能就会以弹性波的形式突然释放使地壳震动而发生地震。
地震前后水平位移监测结果 (GPS)
地震前后垂直位移监测结果 (GPS)
地震引起大坝破坏 (台中石岗 )
地震引起埠丰桥断裂，
河床抬高
8m,形成叠水 (石岗 )
地震引起房屋倒塌 (台中石岗 )
地震引起桥梁断裂 (南投集集镇 )
地震引起稻田隆起 (台中雾峰 )
地震引起操场隆起 (台中国小 )
5,2 地震及地震波的基础知识
5·2·1 地震波
地震时震源释放的应变能以弹性波的形式向四面八方传播，这种弹性被就是地震波。
地震波是使建筑物在地震中破坏的原动力、
也是研究地震的最主要的信息和研究地球深部
构造的有力工具。
地震波包括两种在介质内部传播的体波和两种限于界面附近传播的面波。
体波包括纵波和横波。
纵波是由震源传出的压缩波，质点振动与波前进方向一致，一疏一密向前推进，它周期短、振幅小。
横波是震源向外传播的剪切波，质点振动方向与波前进方向相垂直，传播时介质体积不变但形状改变，周期较长振幅较大。因为该波是切变波，
所以它不能通过对切变没有抵抗能力的液体。根据弹性理论，纵波传播速度 (Vp)和横波速度 (Vs),
可分别以下列两式计算：
5.2.2 震源机制和震源参数研究多个地震台的地质谱，可以确定出地震发生的物理过程或 震源物理过程，一般称为震源机制（ local mechanism）。根据地震记录图，按弹性变位理论进行复杂计算，还可以求出限定震源物理过程的多个物理量，通称为震源参数
（ sourse parameters）。
5.2.2.1 震源机制地下核爆破在地面所记录的 P波初动都是推波，
或第一相位为压缩，表明震动源的物理过程是由于爆炸引起的膨胀向周围介质施加压力。
地震波 P波初动的推拉分布同样能确定出震源物理过程。根据近几十年来的大量研究证实，浅震源 P波初动明显具有限象分布的特点 (图 5-2)。
这种分布显然不同于震源点膨胀所造成的初动分布，震源处单向力的作用所产生的初动分布也不同 (图 5-3)，所以过去多年来一直用单向力偶震源错动模式 (图 5-4)来解释。图中 GG’和 FF’线为两条节线，是初动分布的转换线，其中之一两侧有力偶的为震源断层，断层产生错动时，
对于断层每一盘来说，断层错动的前进方向都会受到压缩，而相反的一个方向就受到拉仲，于是就呈现如图 5— 4所示的象限分布，即这种象限型初动推拉分布是由于震源断层错动这种物理过程所造成的。所以这样求得的结果称为震源机制断层面解。后来发现，不仅 P被初动是象限分布的，
s波的初动分布也有如图 5— 5(b)所示的象限分布的特点。但由于 s被初动难于测定，所以这一点很长时间是有争议的，直到发现由 s波激起的面波
(亦即勒夫波 )的初动也呈象限分布才得到公认。
为使震源机制与各种波的初动分布的实际情况相符，单力偶震源机制模式必须修正为双力偶模式，
两节线上力偶错动方向相反，一为左旋另一为右旋，。实测的各种波的初动分布与按此模式理论推导出的完全一致。双力偶合成的最大最小主应力分别为压 (P)和拉应力 (T)，在垂直于中间主应力的主平面内，它的作用方向与两节线夹角平分线一致。两节线是两个最大剪应力的截面与这一平面的交线，这两个截面也就是一对共轭剪切面。
其中之一为产生地震的断层。但究竟二者之中那一个是地震断层面，单靠震源机制解是不能断定的，必须根据震中区地质结构、地表错断方向和等震线的长轴方向等才能判定 [参见图 5一 10(c)]
5.2.2.2 震源参数
以上震源机制讨论是以点源模型为基础的。
实际上震源并非一点，而是一个产生有限错动的断层面，限定一个震源断层就需要有以下七个物理量，即； (1)断层面长度 (L)； (2)断层宽度 (W)；
(3)断层走向 p； (4)断层倾向和倾角； (5)断层错动方向； (6)断层错距 (D)； (7)断层破裂的扩展速度。这些量统称震源参数。从震源参数、震中距离和场地条件推算地面运动，作为工程设计的依据，是目前国际上发展的方向，
5.2.3 地履震级和烈度
地震能否使某一地区建筑物受到破坏，首先取决于地震本身的大小和该建筑区距震中的远近，
距震中愈远则受到的震动愈弱。所以需要有衡量地震本身大小和震动强烈程度的两个尺度，这就是震级 (Magnitude,Ms)和烈度 (intensity，代号
I)，它们之间有一定联系，但却是两个不同的尺度，不能混淆起来。
5.2.3.1 地震震级
地震震级是表示地震本身大小的尺度，是由地震所释放出来的能量大小所决定的。释放出的能量愈大则震级念大，因为一次地震释放的能量是固定的，所以无论在任何地方测定只有一个震级。
释放能量大小可根据地震波记录图的最高振幅来确定。但是由于波动远离震中要衰减，不同地震仪器的性能不同，记录的波动振幅也不同，
所以必须以标准地震仪和标准震中距的记录为准。
因此，按李希特一古登堡的最初定义，震级是距震中 100km的标推地震仪 (周期 0.8s，阻尼比 0.8，
放大倍率 2800倍 )所记录的以微米表示的最大振幅震烈度 人的感觉一般房屋其它现象考物理指标大多数房屋震害程度平均震害指数加速度 /
（ CM/S2）
（水平向）
速度 /
（ CM/S2）
（水平向）
I 无感
II 室内个别静止中的人感觉
III 室内少数静止中的人感觉 门、窗轻微作 悬挂物微动
IV 室内多数人感觉，少数人梦中惊醒 门窗作响 悬挂物明显摆动，器皿作响
V 室内普遍感觉，室外多数人感觉，多数人梦中惊醒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落，抹灰出现微细裂缝不稳定器翻倒 31
（ 22~44）
3
（ 2~4）
VI
惊慌失措，仓惶逃出损坏 —— 个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝
0~0.10 河岸和松软土上出现裂缝，饱和砂层出现喷砂冒水，地面上有的砖烟囱轻度裂缝、掉头
63
（ 45~89）
6
（ 5~9）
VII 大数多人仓惶逃出 轻度破坏 —— 局部破坏、
开裂，但不防碍使用
0.11~0.30 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
125
(90~177)
13
(10~18)
VIII 摇晃颠簸，行走困难 中等破坏 —— 结构受损，需要修理
0.31~0.50 干硬土上变有裂缝，大多数砖囱严重破坏
250
(178~353)
25
(19~35)
IX 坐立不稳，行动的人可能摔跤严重破坏 —— 墙体龟裂，
局部倒塌，修复困难
0.51~0.70 地方出现裂缝、基岩上可能出现裂缝、
滑坡、坍方常见，砖烟囱出现倒塌
500
(354~707)
25
(19~35)
X 骑自行车的人会摔倒，处不稳状态的人会摔出几尺远，有抛起感倒塌 —— 大部倒塌，
不堪修复
0.71~0.90 山崩和地震断裂出现，基岩上的拱桥破坏，大多数烟囱从根部破坏
1000
(708~1414)
100
(72~141)
XI 毁灭 0.91~1.00 地震断裂延续很长，山崩常见，基岩上的拱桥
XII 地面剧烈变化，山河改观表 5— 2 中国地震烈度表 (1980)
,中国地震烈度表（ 1980）,使用说用
（１）烈度 >VI度，判定地震烈度以房屋震害为主，人的感觉仅供参考； >X度应结合建筑物或构筑物的破坏程度，并根据地表现象来确定； XI,XII度的评定，需要专门研究。
（２）“一般房屋”在,中国地震烈度表（ 1980）,中指土构架和土、石砖墙构造的旧式房屋和单层或多层未经抗震设计的新式砖房。由于我国城市目前一般都已设防，
有的乡村也开始设防，烈度表中的“一般房屋”一般已不普遍，调查中应区别设防与不设防的房屋破坏程度对烈度的反映，给出合理的烈度值。对于质量特别差或特别好的房屋，可根据具体情况，对表列各烈度的震害程度和震害指数予以提高或降低。
（３）“人的感觉”指平房内或楼房低层内人的感觉。
（４）表中震害指数是对上述“一般房屋”而言。“完好”为０，“毁灭”为１，
中间按表列震害程度分级。平均震害指数是对所有房屋的震害指数的总平均值而言，可以用普查或抽查的方法确定之。
（５）使用本表时可根据地区具体情况，作出临时的补充规定。
（６）烟囱指工业或取暖用的锅炉房烟囱。
（７）表中数量词的说明：个别：１０％以下；少数：１０％～５０％；多数：５
０％～７０％；大多数：７０％～９０％；普遍：９０％以上。
（８）对重要的工业设施，如桥梁、重要车间、高层建筑、巷道等，要进行专门的调查，在调查中应结合设防情况进行评估。
5.3 我国地震地质的基本特征
从震源机制的讨论中已知，地震特别是浅源地震，其产生多与断层错动有关；从大区域震源机制的研究可以确定区域构造应力场的情况这一点也可得出，地震的分布和发生与大地构造密切相关。所以，用地质学的方法探索可能发生破坏性地震的危险构造或活动断层，配合震源机制的研究判定区域构造应力场和发震断层的错动机制，
研究地层中存在的古地震现象，配合历史地震的研究判定古地震活动周期和震级，为地震中长期预报和地震区划提供基础地质资料，就是地震地质工作的基本任务。
5.3.1 世界范围内的主要地履带及其形成的大地构造环境
(1)环太平洋地震带
这是世界上最大的地震带，在挟窄条带内震中密度也最大，全世界约 80％的浅源地震,90％
的中源地震和几乎全部滦源地震集中于此带，译放的能量约为全世界地震释放能量的 80％。很早以前就已经知道，此带的震源深度有自岛孤外线的深海沟向大陆内部逐步加深的规律，并解释为大陆与大洋之间的一条倾向大陆的大断裂面 (因
5— 14)。
（ 2)地中海喜马拉雅地震带或欧亚地震带
仅次于环太平洋地震带的第二大地震带，震中分布较前者为分散，所以带的宽度大且有分支。
以浅源震为主，中源震在帕米尔、喜马达雅有所分布，深源震主要分布于印尼岛弧。环太平洋地震借以外的几乎所有汉源、中源和大的浅源地震均发生于此带，释放能量约占全球地震能量的 15
％。
(3)大洋海岭地震带
主要呈线状分布于各大洋的接近中部 (图 5—
13)。
这一地震带远离大陆是多为强震，所以以前未被人注意,60年代以前不把它作为一个地震带，海底扩张和板块构造的发展才使人们注意到这一地震带。这一带的所有地震均产生于岩石圈内，震源深度小于 30 km，震级除少数例外均不超过 5级。
5.3.2 我国地震地质的基本特征
5.3.2.1 我国强震空间分布及地震区带划分
我国大于 6级的强震的空间分布极不均匀，大致以 105度为界。西部地震广泛分布，东部地震相对稀少，震级均未达到 8级。在上述两地震区域内强震分布也是极不均匀的，东部域分布于华北及东南沿海一带，而西部分布面积大，但塔里木、
准噶尔和鄂尔多斯盆地等则地震分布较为零星。
5.3.2.2 我国强震发生的地质条件
1,强震与活动断裂带的关系
（ 1）不同方向的断裂的交汇部位
（ 2）活动性深大断裂的转折部位
（ 3）活动性深大断裂的端部或其它锁闭段
2.强震与断陷盆地的关系
（ 1）倾斜断陷盆地的较深、较陡一侧活动断裂的最大断距段上；
（ 2）两盆地间或盆地内部由横向断裂控制的横向隆起带两侧；
（ 3）断陷盆地的锐角尖端，或断陷盆地带内多组断裂交汇部位；
（ 4）受不同方向多组断裂控制，内部构造又比较强烈的复合盆地的次级凹陷带上，如 1966年邢台地震。
3,强震产生的深部构造条件
我国大陆板内地震多发生在地壳内 10-25km深处，在我国西部还发生在地壳内 31-37km。由此可见，地壳深部构造活动和受力状态，对地震的孕育和发生，是更为直接的因素。
不同级别的断裂如盖层断裂、基底断裂、岩石圈断裂和超岩石圈断裂，层间断裂在深部的活动往往是地震发生的主要原因。
5.3.2.3 我国大陆地震活动与现代构造应力场与形变场的关系
根据大量震源机制解及地震时地表断层错动方式分析，我国广大地区主压应力以近水平方向者为主。主压应力仰角小于 30度者占 80%以上，
且以东经 105o为界，可区分出两大应力系统。
西部为近南北向 -北北东向挤压应力场。
东部为大面积的近东西的水平挤压应力场。
活跃的岩石圈动力环境
5.3.2.4 我国现代地壳垂直形变与地震活动的相关性研究
中国大陆垂直形变的的总趋势是南升北降，
最大上升量在喜马拉雅山地区，年速率达 10mm左右。下降最强烈的新疆准噶尔盆地，年速率为 -3
到 -4mm。
大致以银川 -昆明一线为界，西部线条密集，
等值线多呈东西或北西西走向，与主要断裂线方向一致，其地形变断裂线多由 3-4条等值线组成的梯度带绘出，表明其活动强度较大。东部线条相对稀疏，等值线走向多为北北东向 -北东向，部分为东西向及南北向，也与构造线吻合较好。
东部地区的垂直变形大致分为三区：华南 -西南区，华北区和东北区。
5.3.2.5 我国大陆板内现代运动特征我国大陆处于欧亚大陆的东部，是一个被周围板块挤压围限的区域，影响板内变形和运动状况的边界动力环境十分复杂：
（ 1）有印度板块与欧亚大陆在喜马拉雅一带的碰撞及向亚洲内部的继续挤压；
（ 2）西太平洋板块向亚洲大陆的俯冲与挤压；
（ 3）菲律宾板块向西的俯冲和在台湾一带的汇聚；
（ 4）日本海、东海东部冲绳海槽及南海盆地的弧后局部扩张。
在周边板块碰撞或俯冲的推动下，板块之间就产生了不同形式、不同规模和速率的相互错动。大体上又可分为西部板内聚敛为主的挤压区，东部东北、华北的拉张裂陷区和东南部处于西部挤压与北部围限下整体稳定滑移区。
（ 1）西部挤压区
（ 2）东南部滑移区
（ 3）东及东北部张裂区
5.4 地震区划及地震危险性分析
减轻地震灾害有两种途径 。
一种是地震预报，它是以地震发生前应变能积累过程中地球物理场的变化而出现的前兆和历史地震活动规律为依据，以短期内准确预报出地震发生的时间、地点、强度为主要目标，以便人员及时撤离或其他防范措施。其优点是可以避免重大人员伤亡，但缺点为即使预报准确，如果建筑物没有进行防震设计或采取抗震措施，仍然会造成局部或全部毁坏。
另一种地震工程途径，它是以地震地质和地震活动规律研究所做出的地震发生时间、
地点、强度、频度的长期预报为依据，经济、安全而又合理地规定新建工程的抗震设防技术措施，
使所兴建的工程能抗御未来发生的地震，即,小震不坏，中震可修，大震不倒,,从而大大减轻人民生命财产在地震中的损失。按其工程阶段可以分为地震危险性分析与地震区划、抗震规范、
抗震设计、抗震鉴定和加固和抗震救灾五个部分。
表 5-27。
5.4.1 地震区划、地震危险性分析的原则和方法
1957年编制了中国地震烈度区域划分图，以烈度作为地震危险性标志。当时评定各地基本烈度的两条主要原则是：
（ 1）曾经发生过地震的地区，同样强度的地震可以重演，或简称历史地震重演；
（ 2）地质构造（或地质特征）相同的地区，地震活动也可能相同，或简称构造外推，同一构造地震带可以发生相同强度的地震。
1977年国家地震局又编制和发表了第二代地震区划图。该图绘制了我国各地未来 100年内可能遭受的最大烈度，称为地震基本烈度（在今后一个时期内
（一般取 100年）在一定地点的一般场地条件下可能遇到的最大烈度）。
编图原则是在总结地震地质背景、地震活动规律的基础上充分考虑地震活动的时间非平稳性（即平静期和活跃期之分）和空间非均匀性
（强震发生于一定构造部位），明确确定某地未来百年内发生地震的危险性。
编图方法是先判定各地震区，编制出以最大可能震级为标志的地震活动区划图，再根据我国历史地震震级和震中烈度的经验关系，将各级地震危险区换算成相应的 震中烈度,地震影响烈度及其分布范围，则可根据所在地震区、带的烈度衰减统计规律圈定。最终将全国区划为 >X,IX，
VIII,VII,VI及 <VI类地震危险区。
5.4.2 潜在震源区的划分
指未来可能发生破坏性地震的部位，其可能出现的最大地震危险程度用地震上限 Mu表示。
潜在震源区的划分是地震危险性概率分析中的最重要的工作内容。它是反映场地所在地区地震地质条件，区域构造稳定性，历史大地震、近代小地震的活动规律，以及其它地球物理场分布特征的基本标志，也是控制工程设计地震动参数的决定性因素，特别是场地周围大约 40km内潜在震源区，对地震的危险性最终计算结果会产生相当敏感的影响。
5.4.3 地震活动性参数的确定
地震活动性是指地震活动的时、空、强度和频度的规律，即各地震区、带内各种大小的地震在时间上的分布规律。地震活动性参数则是描述潜在震源区地震危险性程度的指标。主要有上限震级 Mu和起算震级 M0，震级 -频度关系式中的 b值和各级地震年发生率 ν。
5.4.3.1 震级上限
Mu指潜在震源区可能发生的最大震级，当潜在震源区距场点较近时,Mu的取值对计算结果影响较大。
决定 Mu主要根据历史地震资料和构造类比。
5.4.3.2 震级 -频度关系式中的 b值
lgN=a-bM
N地震频数,M震级,a为地震总次数有关的统计常数,b值代表一个地震区或带内不同大小地震频数的比例关系，是 lgN=a-bM曲线图上的斜率,b值愈小震级较高的地震所占的比例愈大。是一个重要参量。
5.4.3.3 地震活动的年发生率（ ν)
指一定范围内每年发生等于和大于震级 M0以上的地震数
1-F(m)=e-β(M -M0)
ν =(1/b)10 (a-bM)
5.4.4 地震动衰减规律
5.4.4.1 地震宏观影响场和地震烈度衰减关系
地震影响场是指地震在地表造成的影响及其分布状况，用地震烈度表示的影响场称做宏观影响场，是地震危险性分析中的重要资料之一。地震烈度的 衰减与震级和震源距有关 。
5.4.4.2 基岩地震动衰减关系
我国缺乏近场强震加速度记录，所以一般采用胡笔贤建议的方法推求基岩峰值加速度的衰减关系式：
首先统计出当地地震烈度衰减公式（表 5-7），再选择一个构造条件比较接近，强震观测资料丰富，且区内烈度衰减公式和基岩峰值加速度衰减公式均已具备的地区作为参考区。
5.5 场地地震反映及地震小区划
5.5.1场地地震效应及地震小区划
5.5.1.1 场地破坏效应
（ 1）地面破坏效应,破坏性地震如果震源较浅，
断层错动可以直达地表造成地表错断，对建于其上的房屋、大坝、道路、管线等造成直接破坏。
（ 2）地基失效：如果建筑物地基强度很低或地震动加速度很大，就会导致地基承载力的下降、丧失以至变位、移动，由此造成的建筑物破坏即属地基失效造成的破坏。
（ 3）斜坡破坏效应
斜坡破坏效应包括地震诱发的滑坡、崩塌和泥石流。
萨尔瓦多地震引发泥石流 1200多人遇难
5.5.1.2 强烈地震动
(1).振幅：通常指地面最大加速度 amax，最大速度 Vmax或最大位移 dmax
(2).频谱：地震地面运动周期与建筑物的自震周期呈三种不同的关系：
短周期的高频振动下，建筑物的上部实际上保持不动；当地面振动周期和建筑物的自振周期相同是，
产生共振，建筑物顶部位移可能超过地面运动许多倍。
高层建筑物自由振动周期教长，受到振幅小但周期相近的地面振动作用即产生共振，共振使建筑物顶部加速度被放大，使上层的最大位移有时可达 20cm以上，这样大的位移当然会使建筑物遭到损坏。 在长周期地面振动作用下，顶部的加速度大于地面的加速度，这个差别和建筑物的变形随地面振动的周期的增大而减小。
(3).持续时间不同地震持续时间持续时间变化较大，变化在几秒至数十秒。时间长者破坏性大，短者破坏性小。
5.5.2 场地条件对震害和地震动的影响
场地条件一般指局部地形地质条件，如近地表几十米至几百米内的地基土石性质、地下水水位等水文地质条件，微地形以及有无断层破碎带等。
5.5.2.1 基岩上地震动幅值小、持续短、震害轻
5.5.2.2 深厚覆盖层上地震动周期长
巨厚冲积层上低加速度的远震可以使高层或其它长周期建筑物遭到破坏。引起破坏的主要原因是共振，这类自由震动长周期的结构在厚层冲积层上易于产生共振则表明厚层冲积层上地表震动周期往往比较长。
表层沉积能对基岩传来的地震波起选择放大作用，某些周期的地震波在表土层中多次反射的结果，由于叠加而增强，这样就会使表层震动中这类周期的波多而长，这就是该表层土的卓越周期。也就是它的自震周期。
散土层地面震动有卓越周期是它显著不同于基岩的震动特点，基岩中因为没有显著不同的介质分解面而不存在卓越周期。
基岩的震动周期约为 0.15s,更新统坚实土层为 0.2-0.5s，全新统较松散软土层 0.3-0.8s，巨厚松散软土层为 0.5-1.1s。
不同岩土类型其质点位移时程曲线也明显不同。使用微震观测资料必须考虑到以下情况，即在微震作用下岩石和土都可以看作弹性体，具有线性反应，而在超过土的弹性极限的强震作用下，
土层并非弹性体，非线性变形很显著，使其刚度降低、阻尼增大，以致土层对质点位移或加速度的放大系数可能比微震小变形者小很多。所以微震时地表加速度比基岩中为大，而大震时则可能比基岩中小得多，而卓越周期则仍比基岩中振动周期长得多。
土层的卓越周期 T可由表土层剪切振动微分方程导出,T=4H/VS
式中 H为土层厚度,VS该表层土的剪切波速度，
显然层厚越大，剪切波速度低，卓越周期就越长。
巨厚冲积层因为不同性质土层叠臵，所以其卓越周期没有较薄的单一土层显著，但其卓越周期显著偏长，因之能引起木结构及高层建筑共振而破坏。
5.5.2.3 非发震断层对震害无明显影响
5.5.2.4 局部地形对震害影响显著
突出孤立的地形使地震动加强，低洼沟谷使地震动减弱。其原因可用山体或山体内体波多次反射来解释。其中位移放大最明显，可达 7倍，速度放大 3-4倍，加速度放大一般不超过 2倍。
5.5.2.5 沙土液化对震害的影响有双重性
（ 1）强烈液化引起的喷水冒沙往往导致地裂缝、位错、滑坡、不均匀沉降等地基失效现象，
从而加剧建筑物的震害。
（ 2）但当地表 2-3米内有较密实的粘土层，能成为荷载小而基础浅的结构物稳定持力层时，在其下伏层沙土液化后，此层仍具有一定强度以支承结构物传来的荷载，此时沙土液化作用却可起隔震作用，使地下强烈震动不再能传至地表。
5.5.3 我国的地震小区划及其演进
5.5.3.1 调整烈度小区划
在位于同一个基本烈度区内的场地内，不同地段水文地质工程地质条件有所不同，据此调整各地段的烈度使之较基本烈度有所增减，分别得出各地段的场地烈度，从而区划出具不同场地烈度的各小区，每一小区按其场地烈应选用相应的地震系数 (及 )再按静力法确定该小区设计用地震力。故这种小区划实质上是静力的小区划,50年代至 60年代初期我国试用过。
区划方法是将场地划分为边长 300一 2000m的方格．每格内应有一代表性地层剖面和地下水埋深资科。然后根据地基土层的地震刚度 (弹性坡传播速度与密度之积 )、地下水位的深浅和土层共振特性的不同，确定每格内的烈度增量值。
5.5.3.2 调整反应与小区划认识到地面震动的频谱特征对建筑物因共振而破坏的重要作用，自本世纪 50年代就兴起了结构抗震设计的反应谱理论。它假定结构为单质点弹性体，
作用于其基底的地震运动则简化为简谐振动，此时结构系统的动力反应不仅
决定于地面运动的最大加速度和频谱特征，还取决于结构物本身的动力特性，主要是结构的自振周期 (T)和阻尼比 (ζ) 。阻尼是结构物振动过程中由于能量耗散而造成的振动衰减,ζ ＝ 1时体系转变为不发生振动的衰减运动，此时的阻尼称为临界阻尼,ζ ＜ 1则是实际阻尼与临界阻尼之比值，称为临界阻尼比或简称阻尼比。对某一特定结构的某一阻尼比而言，其体系的最大加速度与自振周期间的关系表示呈一条曲线，这组曲线就是就是结构的 最大加速度反应谱
5.6 地震区划抗震设计原则
5.6·1 选择场地和地基
选择对抗震设计有利的场地和地基是抗震设计中最重要的一环。最主要的有：
(1)尽可能避开产生强烈地基失效及其它加重震害地面效应的场地或地基，用于这类场地或地基的主要有：活断层带．可能产生地震液化的砂层或强烈沉降的淤泥层，厚填土层，可能产生不均匀沉降的地基以及可能受地震引起的崩塌、滑坡等斜坡效应影响的地区，如陡山坡、斜坡及河坎旁。
(2)考虑到地基土石的卓越周期和建筑物的自振周期，尽可能避免结构与地基土石之间产生共振。也就是自振周期长的建筑物尽可能不建在深厚松软沉积之上，而刚性建筑物则不建于卓越周期短的地基上。
(3)岩溶地区地下不深处有大溶洞，地震时可能塌陷的地区不宜作为场地。
(4)避免以加重震害的孤立突出地形作为建筑场地。
对抗震有利的场地条件是；地形开阔平坦；
基岩地区岩性均一坚硬或上有较薄的覆盖层；若为较厚的覆盖层则应较密实；地下水埋藏较深；
崩塌、滑波泥石流等不发育。
5·6·2 选探适宜的持力层和基础方案
场地如已选定，即应根据详细查明的场地内地质条件，为各类不同建筑物选择适宜的
持力层和基础方案。例如守屋喜久夫 (1977)根据地震资料和震害之间关系的研究，预测
了日本各大城市基础不同、持力层不同的各类建筑物的震害情况，从而为防震设计提供持
力层和基础选择方面的对策，其典型实例如图 5—
53。
一般说来，在地震区的松散层上进行建筑，有地下室的深基础有利；如采用桩基应为支
撑桩而不能用摩擦桩，且桩基不能改变地基土的类别；高层建筑物以采用达到良好持力层
的管桩基础为宣，有的资料认为圆柱形薄壳基础能大大提高地基承强力和减少基础变形，对
抗震有利；在易于产生不均匀沉降的地基上以采用钢筋混疑土条形基础或筏式基础为宜。
5.6.3 建筑物合理布臵和结构选型
5.6.3.1 工业民用建筑物
1.选择有利抗震的平面和立面是抗震设计的重要环节，尽量使建筑物的质量中心和刚度中心重合，平面上选择矩形、方形、圆形或其它没有凸出凹进的形状，立面上各部分层数尽量一致，
以避免各个部分之间振型不同，受力不同，使平面转折或立面上层数不同的两部分连接处受扭转而断裂、倒塌。如必须采用平面转折或立面层数有变化的型式，则应在转折处、层数有变化的部分之间的连接处留抗震缝，使之分割为平面、立面上简单均一的独立单元。
2．减轻重量、降低重心，加强整体性使各部分、各构件之间有足够的刚度和强度。
一般砖石承重墙抗拉或抗剪强度较低，抗震性能较差，但在我国目前情况下却应用最为广泛，
对其破坏方式及抗震措施的研究极为重要。与水平振动力方向平行的砖石承重墙是承担地震力的主要构件。在地震作用下最早出现的破坏是在下层墙体出现斜裂缝或交叉裂缝，继而部分式全墙倒塌引起楼板或屋顶陷落。一般认为斜裂缝或交叉裂缝属剪裂缝，但仔细观察可以发现裂缝主要是追踪砌缝产生的，剪断砖石者极为少见，所以应属受反复
水平剪切变形产生的次生拉应力所造成的破坏，
且愈是灰缝强度低则震害愈烈。如我国云南龙陵地震时，有些地区因为砖石结构，灰缝均用石灰而不用水泥，因而震害特别严重。
所以改善砌体方式及提高灰缝强度以增强抗拉强度，是这类结构抗层的主要措施。
钢筋混凝土框架结构抗震性能良好。但也有承重柱薄弱环节破坏的例子。底层角柱承受两个主轴方向的地震荷载，如果强度不足，其破坏的可能性最大。破坏多产生于柱脚，且往往是混凝土扭裂或弯裂继之破碎，之后钢筋压弯，最后柱顶破坏。其主要抗震措施是增加角柱配筋和加强柱的箍筋以增加抗弯抗扭性能。
木构架承重的房屋，粱柱之间的连接点往往为榫接，柱子往往浮搁在柱脚石上。这些都是整体性不足的薄弱环节，其侧向刚度很差，地震时极易发生倾斜，倾斜严重时榫接处会发生拔榫以致散架落顶，木柱也易从柱脚石上滑落。其抗震措施主要是加强刚度和整体性。其主要措施有如下几点：
(1)屋架 (梁 )与柱的连接处，除柱顶用榫还应加角撑 (斜撑 )或夹板 (图 5— 54)。
(2)增加剪刀撑 (图 5— 55)或没柱间支撑或柱间砌实心墙以保证必要的纵向刚度。
(3)木柱柱脚宜用铁件与基础固定，连接宜用螺栓。
(4)所有连接的支撑、斜呈撑、夹板等均应用螺栓连接，不宜用钉结合。
砖混结构是我国目前采用极广的结构。预制混凝土楼盖板往往浮搁于承重墙上，支承
长度也不足，所以整体性很差，受震时地震惯性力相对集中于楼板处，各楼、盖板相推挤
碰撞、移动错位，外侧的预制板撞击墙壁，使之外突，使支承长度减小，最后楼板可从墙
上脱落。如预制板搁臵于较薄的内墙式隔墙上，
支承长度更短，受震更易脱落。主要抗震措施为加强墙体之间及墙与楼、盖板之间的整体性。墙的整体性要求咬岔砌筑．使内外墙、外墙转角、
内墙交接处都有良好的连接，在 VIII度区在这些部位应每隔一定高度于灰缝内配臵拉接钢筋。设臵抗震圈梁是加强房屋整体性、加固各部分墙体连接的有效措施，国内外震害调查证明，不设臵圈梁房屋破坏率比有圈梁者高多倍。
圈梁尽量设在楼盖板周围使它成为楼盖板周围的，
以加强水平向整体性，如不可能也应紧贴盖板之下设臵，此时围梁 [或墙 )与盖板之间必需锚固。
盖板与盖板之间也必须锚固以增强整体性。
5·6·3.2水工建筑物
1．选择坝型
选择抗震性能良好的坝型是很重要的。主要震害形式如下。
土石坝：以堆石坝抗震性能最好。例如美国的卡斯泰克坝 (高 104m)，在 197I年圣费尔南多地震时距震中 32km．坝址加速度水平达 0.39g，垂直
0.18g坝体未受损坏。墨西哥的英菲尔尼罗坝 (高
149m)于 1964— 1966年遭受三次 IV-VIII地震，坝体未受损害。日本御母衣坝 (高 131m)1961年遭受
VIII度以上强震除坝顶沉陷，向下游位移 5cm外，
坝体基本完好。
冲填土坝抗震性能较差，比较容易产生坝坡滑坡、坝顶裂缝、严重者能溃决。
混凝土坝：以重力坝及拱坝整体性强抗震性能良好，而大头坝和连拱坝等，因侧向刚度不足抗震性能较差。如日本丰检油连拱坝在 1946年南海地震中，坝址烈度 VI度，支墩和坝接头处即多处漏水。各类混凝土坝主要震害是近坝顶部分、
断面突变处为抗震薄弱环节，容易产生断裂；坝内孔口廊道附近易裂缝；坝顶相当于孤立突出山梁，地震反应强，因之其上的附属建筑物易破坏。
(2)工程措施
土石坝应防止地基失稳，提高坝体压实度，
降低浸润曲线，以防坝体滑坡，适当增加坝顶宽和坝顶超高，以防涌浪和溃决。
混凝土坝中的重力坝和大头坝应适当增加坝体顶部刚度，顶部破折宜取弧形，坝面和坝墩顶部的几何形状应尽量平缓、避免突变以减少应力集中。支墩坝应尽可能增加整体性，增强侧向刚度。拱坝应注意拱顶两岸岩体的稳定性。拱顶附属结构应力求轻型、简单、整体性好并加强连接部位。
