【土木建筑】04荷载与结构设计方法.ppt

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1、第第4章章 地震作用地震作用1.1第4章 地 震 作 用第第4章章 地震作用地震作用1.2地震的有关知识地震的有关知识地地 震震 作作 用用多质点体系的地震作用多质点体系的地震作用习题与思考题习题与思考题本章内容本章内容第第4章章 地震作用地震作用1.3一、地震的产生和类型 地震分为天然地震和人工地震两大类。天然地震主要是构造地地震分为天然地震和人工地震两大类。天然地震主要是构造地震，它是由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧震，它是由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来，以地震波的形式向四面八方传播出去，到地面引起的房释放出来，以地震波的形式向四面八方传播出去

2、，到地面引起的房摇地动。构造地震约占地震总数的摇地动。构造地震约占地震总数的90%以上。其次是由火山喷发引以上。其次是由火山喷发引起的地震，称为火山地震，约占地震总数的起的地震，称为火山地震，约占地震总数的7%。此外，某些特殊。此外，某些特殊情况下了也会产生地震，如岩洞崩塌情况下了也会产生地震，如岩洞崩塌(陷落地震陷落地震)、大陨石冲击地面、大陨石冲击地面(陨石冲击地震陨石冲击地震)等。等。人工地震是由人为活动引起的地震。如工业爆破、地下核爆炸人工地震是由人为活动引起的地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水

3、库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震的压力，有时也会诱发地震地震的有关知识地震的有关知识第第4章章 地震作用地震作用1.4 为了减轻或避免地震带来的损失，就需要对地震有较深入的了解，研究如何防止为了减轻或避免地震带来的损失，就需要对地震有较深入的了解，研究如何防止或减少建或减少建(构构)筑物由于地震而造成的破坏。本节先就地震的有关基本知识进行简要介筑物由于地震而造成的破坏。本节先就地震的有关基本知识进行简要介绍。绍。一、地震的产生和类型 地震分为天然地震和人工地震两大类。天然地震主要是构造地震，它是由于地下地震分为天然地震和人工地震两大类。天然地震主要是构造地震，它是由于地下深处岩石破裂

4、、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来，以地震波的形式向四面深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来，以地震波的形式向四面八方传播出去，到地面引起的房摇地动。构造地震约占地震总数的八方传播出去，到地面引起的房摇地动。构造地震约占地震总数的90%以上。其次以上。其次是由火山喷发引起的地震，称为火山地震，约占地震总数的是由火山喷发引起的地震，称为火山地震，约占地震总数的7%。此外，某些特殊情。此外，某些特殊情况下了也会产生地震，如岩洞崩塌况下了也会产生地震，如岩洞崩塌(陷落地震陷落地震)、大陨石冲击地面、大陨石冲击地面(陨石冲击地震陨石冲击地震)等。等。人工地震是由人为活动引起的地震。如

5、工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井人工地震是由人为活动引起的地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。二、地震成因 引起构造地震的成因与地球的构造和地质运动有关，地球的构造如图引起构造地震的成因与地球的构造和地质运动有关，地球的构造如图4.1所示。所示。地震的有关知识地震的有关知识图图4.1 地球的构造地球的构造第第4章章 地震作用地震作用1.5 地壳是由各种结构不均匀、厚薄不一的岩层组成。地球上绝大部分地震都发生地壳是由各种结构不均匀、厚薄不一的岩层组成

6、。地球上绝大部分地震都发生在这一层薄薄的地壳内。在这一层薄薄的地壳内。地幔主要是由两部分构成：外部主要是地幔主要是由两部分构成：外部主要是 4070km 厚的结构较均匀的质地坚硬厚的结构较均匀的质地坚硬的橄榄石岩层，内部是厚度约几百公里呈塑性状态并具有粘弹性质的软流层。的橄榄石岩层，内部是厚度约几百公里呈塑性状态并具有粘弹性质的软流层。到目前为止，所观测到的地震深度最深为到目前为止，所观测到的地震深度最深为700km，即地震仅发生于地球表面部分，即地震仅发生于地球表面部分地壳内和地幔外部。地壳内和地幔外部。由地质勘探可知，地表以下越深，温度越高。经推算，地壳以下地幔外部的温由地质勘探可知，地表

7、以下越深，温度越高。经推算，地壳以下地幔外部的温度大于度大于1000，在这样的高温下，地幔的物质变得具有流动性，又由于地幔越往地，在这样的高温下，地幔的物质变得具有流动性，又由于地幔越往地球内部温度越高，构成地幔热对流，引起地壳岩层的地质运动。除地幔热对流外，球内部温度越高，构成地幔热对流，引起地壳岩层的地质运动。除地幔热对流外，地球的公转和自转、月球和太阳的引力影响等，也会引起地质运动，但目前普遍认地球的公转和自转、月球和太阳的引力影响等，也会引起地质运动，但目前普遍认为地幔热对流是引起地质运动的主要原因。地球内部在运动过程中，孕育了巨大的为地幔热对流是引起地质运动的主要原因。地球内部在运动

8、过程中，孕育了巨大的能量，能量的释放在地壳岩层中产生强大的地应力，使原本水平状的岩层在地应力能量，能量的释放在地壳岩层中产生强大的地应力，使原本水平状的岩层在地应力作用下发生变形。当地应力只能使岩层产生弯曲而未丧失其连续完整性时，岩层仅作用下发生变形。当地应力只能使岩层产生弯曲而未丧失其连续完整性时，岩层仅仅能够发生褶皱；当地应力引起的变形超过某处岩层的本身极限应变时，岩层就发仅能够发生褶皱；当地应力引起的变形超过某处岩层的本身极限应变时，岩层就发生突然断裂和猛烈错动，而承受应变的岩层在其自身的弹性应力作用下发生回跳，生突然断裂和猛烈错动，而承受应变的岩层在其自身的弹性应力作用下发生回跳，弹回

9、到新的平衡位置。在回弹过程中，岩层中原先积累的应变能全部释放，并以弹弹回到新的平衡位置。在回弹过程中，岩层中原先积累的应变能全部释放，并以弹性波的形式传到地面，从而使地面随之产生强烈振动，形成地震，如图性波的形式传到地面，从而使地面随之产生强烈振动，形成地震，如图4.2所示，这所示，这就是地震成因之一的断层说。就是地震成因之一的断层说。地震的有关知识地震的有关知识第第4章章 地震作用地震作用1.6二、地震成因板块学说则认为，地壳和地幔外部厚板块学说则认为，地壳和地幔外部厚70100km的岩石层，是由欧亚板块、太平洋的岩石层，是由欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印澳板块和南极板块等大大

10、小小的板块组成，类似一板块、美洲板块、非洲板块、印澳板块和南极板块等大大小小的板块组成，类似一个破裂后仍连在一起的蛋壳，板块下面是呈塑性状态并具有粘弹性质的软流层。软个破裂后仍连在一起的蛋壳，板块下面是呈塑性状态并具有粘弹性质的软流层。软流层的热对流推动软流层上的板块做刚体运动，从而使各板块互相挤压、碰撞，致流层的热对流推动软流层上的板块做刚体运动，从而使各板块互相挤压、碰撞，致使其边缘附近岩石层脆性破裂而引发地震。板块学说更易于解释地球上的主要地震使其边缘附近岩石层脆性破裂而引发地震。板块学说更易于解释地球上的主要地震带主要分布在板块的交界地区的原因，据统计，全球带主要分布在板块的交界地区的

11、原因，据统计，全球85%左右的地震发生在板块边左右的地震发生在板块边缘及附近，仅有缘及附近，仅有15%左右发生在板块内部。左右发生在板块内部。地震的有关知识地震的有关知识(a)岩层原始状态岩层原始状态 (b)褶皱变形褶皱变形 (c)断裂错动断裂错动图图4.2 构造运动与地震形成示意图构造运动与地震形成示意图第第4章章 地震作用地震作用1.7 图图 4.3 所示的是有关地震的几个术语。震源即发震点，是指岩层断裂处。震源所示的是有关地震的几个术语。震源即发震点，是指岩层断裂处。震源正上方的地面地点称为震中。震中至震源的距离为震源深度。地面某处到震中的距正上方的地面地点称为震中。震中至震源的距离为震

12、源深度。地面某处到震中的距离称为震中距。离称为震中距。地震的有关知识地震的有关知识图图4.3 地震术语示意图地震术语示意图 地震按震源的深浅分，可分为浅源地震地震按震源的深浅分，可分为浅源地震(震源深度小于震源深度小于60 km)、中源地震、中源地震(震源震源深度为深度为60300 km)和深源地震和深源地震(震源深度大于震源深度大于300 km)。破坏性地震一般是浅源地震，。破坏性地震一般是浅源地震，发生的数量也最多，约占世界地震总数的发生的数量也最多，约占世界地震总数的85%。当震源深度超过。当震源深度超过100 km时，地震释时，地震释放的能量在传播到地面的过程中大部分被损失掉，故通常不

13、会在地面造成震害。我放的能量在传播到地面的过程中大部分被损失掉，故通常不会在地面造成震害。我国发生的地震绝大多数是浅源地震，震源深度一般为国发生的地震绝大多数是浅源地震，震源深度一般为550 km。如。如1976年的唐山地年的唐山地震的震源深度为震的震源深度为12 km。第第4章章 地震作用地震作用1.8三、地震分布 地震虽然是一种随机现象，但从对已发生地震分布的统计中仍可得到其呈现某地震虽然是一种随机现象，但从对已发生地震分布的统计中仍可得到其呈现某种规律性。由图种规律性。由图4.4可见地球上的地震主要分布在环太平洋带可见地球上的地震主要分布在环太平洋带(活动最强，约全球地震活动最强，约全球

14、地震总数的总数的75%左右发生于此左右发生于此)，阿尔比斯，阿尔比斯-喜马拉雅带，大西洋中脊和印度洋中脊喜马拉雅带，大西洋中脊和印度洋中脊(约全约全球地震总数的球地震总数的22%左右发生于此左右发生于此)上。总的来说，地震主要发生在洋脊和裂谷、海沟、上。总的来说，地震主要发生在洋脊和裂谷、海沟、转换断层和大陆内部的古板块边缘等构造活动带。图转换断层和大陆内部的古板块边缘等构造活动带。图4.5展示了展示了19952001年全球年全球4级级以上地震震中分布图。以上地震震中分布图。地震的有关知识地震的有关知识图4.4 世界两个地震带示意图 图4.5 19952001年全球4 级以上地震震中分布图第第

15、4章章 地震作用地震作用1.9 我国地处世界两大地震带的交汇处，因此地震发生频繁，且强度较大。我国的地我国地处世界两大地震带的交汇处，因此地震发生频繁，且强度较大。我国的地震分布如图震分布如图4.6所示，其中台湾地区东部是我国地震活动最强、频率最高的地区。所示，其中台湾地区东部是我国地震活动最强、频率最高的地区。地震的有关知识地震的有关知识图图4.6 我国的强震级地震带及地震活动我国的强震级地震带及地震活动最强、频率最高的地区分布图最强、频率最高的地区分布图 第第4章章 地震作用地震作用1.10四、地震波、震级及地震烈度 1.地震波地震波 地震时，将引起周围介质运动，并以波的形式从震源向各个方

16、向传播并释放能量，这就是地震时，将引起周围介质运动，并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。地震波是一种弹性波，它包括在地球内部传播的体波和只限于在地面附近传播的面波。地震波。地震波是一种弹性波，它包括在地球内部传播的体波和只限于在地面附近传播的面波。体波中包含两种形式的波，即纵波体波中包含两种形式的波，即纵波(P波波)和横波和横波(S波波)。纵波是由震源向外传播的疏密波，在传播过程中，其介质质点的振动方向与波的前进方向纵波是由震源向外传播的疏密波，在传播过程中，其介质质点的振动方向与波的前进方向一致，从而使介质不断地压缩和疏松，故纵波又被称为压缩波或疏密波。其特点是周期较短，一致，从而使介质不断地压缩和疏松，故纵波又被称为压缩波或疏密波。其特点是周期较短，振幅较小，波速快。在地壳内的速度一般为振幅较小，波速快。在地壳内的速度一般为2001400m/s(图图4.7(a)。纵波的传播速度可按下列公式计算：纵波的传播速度可按下列公式计算：(4-1)式中，式中，E介质弹性模量；介质弹性模量；介质密度；介质密度；介质的泊松比。介质的泊松比。纵波引起地面垂直方向振动。纵波引起地