1、地震小区划中的物探方法 在区域地壳稳定性评价的基础上，按天然地震作用强度和特征对居民区、工业区、单独大型建筑场地进行（预测天然地震对于结构物的影响程度）的分区，这种分区称为地震小区划分，简称地震小区划。我国有47 座属于强震地区的城市，正确评价这些城市场地的地震危险性和工程适应性，对城市规划、发展是至关重要的。开展地震小区划是城市抗震、防灾的重要任务之一，是城市建设中一项不可缺少的工作。中国位于世界两大地震带环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育。20世纪以来，中国共发生6级以上地震近800次，遍布除贵州、浙江两省和香港特别行政区以外所有
2、的省、自治区、直辖市。我国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。这五个地区是：台湾省及其附近海域；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、天山南西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓；北麓；华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一燕山一带、山东中部和渤海湾；带、山东中部和渤海湾；东南沿海的广东、福建等地。强震带主要是我国的台湾东南沿海的广东、福建等地。强震带主要是我国的台湾省位于环太平洋地震带上，西藏、新疆、云南
3、、四川、青省位于环太平洋地震带上，西藏、新疆、云南、四川、青海等省区位于喜马拉雅海等省区位于喜马拉雅-地中海地震带上，其他省区处于相地中海地震带上，其他省区处于相关的地震带上。中国地震带的分布是制定中国地震重点监关的地震带上。中国地震带的分布是制定中国地震重点监视防御区的重要依据。视防御区的重要依据。历史资料历史资料：河北：河北邢台地震邢台地震 1966年3月8日至29日，连续发生多次6、7级地震。首次地震发生于邢台地区隆尧县以东，震级为6.8级，此后，又发生5次6级地震，以22日发生于宁晋县东南的7.2级地震为最大。由于灾区土质松散，地下水位较高，古河道等因素影响，地震造成破坏损失严重，破坏
4、范围大。6.8级地震波及142个县市，7.2级地震破坏范围包括136个县市。有感范围北到内蒙多伦，东到烟台，南到南京，西到铜川等广大地区。地震共造成8182人死亡云南大关地震云南大关地震 1974年5月11月，大关发生7.1级地震。四川盆地大部分地区有较强烈震感。有感面积约40万平方公里。地震造成1423人死亡辽宁海城地震辽宁海城地震 1975年2月4日，海城发生7.3级地震。极震区面积为760平方公里。这次地震发生在人口稠密、工业发达的地区，是该区有史以来最大的地震。由于我国地震部门对这次地震作出预报，当地政府及时采取了有力的防震措施，使地震灾害大大减轻，除房屋建筑和其他工程结构遭受到不同程
5、度的破坏和损失外，地震时大多数人都撤离了房屋，人员伤亡极大地减少。伤亡人员总数为29579人云南龙陵地震云南龙陵地震 1976年5月29日，云南西部龙陵县先后发生两次强烈地震。第一次发生在20时23分18秒，震级为7.3级，第二次发生在22时0分23秒，震级7.4级。这次地震属于震群型地震。余震活动额度高，强度大。河北唐山地震河北唐山地震 1976年7月28日，唐山市发生7.8级地震。地震的震中位置位于唐山市区。这是中国历史上一次罕见的城市地震灾害。顷刻之间，一个百万人口的城市化为一片瓦砾，人民生命财产及国家财产遭到惨重损失。北京市和天津市受到严重波及。地震破坏范围超过3万平方公里，有感范围广
6、达14个省、市、自治区，相当于全国面积的1/3。地震共造成24.2万人死亡四川松潘四川松潘-平武地震平武地震 1976年8月16日，松潘、平武之间发生7.2级地震。地震属震群型，主震之后又发生22日6.7级地震和23日7.2级地震。这次地震有感范围较大，西至甘肃高台，南至昆明，北至呼和浩特，东至长沙，最大半径1150公里。震后连降暴雨，造成山崩、塌石、泥石流等，致使农田、道路、河床等破坏严重，通讯中断。河北尚义地震河北尚义地震 1998年1月10日11时50分，尚义以东地区发生6.2级地震，造成了严重的人员伤亡和经济损失，是当年中国大陆地区最严重的一次地震灾害。地震灾区涉及张北、尚义、万全和康
7、定县的19个乡镇，灾区人口近17万。地震中有49人死亡，11439人受伤四川省汶川大地震四川省汶川大地震 汶川地震是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震。新华社的报道称，温家宝说，经过地震系统的进一步研究，加上实地观察以及各地上报的情况，汶川地震重灾区的范围已经超过10万平方公里，汶川地震的强度、烈度都超过了唐山大地震。地震小区划实质上是地震效应的详细分区，即依据强震时的破坏效应与土层条件、地下水位、弹性波传播速度的关系以及与层状结构有关的地面波谱特征的关系进行分区。对于城市来说，用定性方法进行地震小区划是必要的，然而更重要的是用定量方法进行地震小区划工作。目前用于地震小区划工作的
8、定量方法有多种，与应用地球物理有关的方法主要有综合物探法，平均剪切模量法、地震刚度法地震刚度法、常时微动法常时微动法和一维反应分析法等。一、地震刚度法 地震刚度法是前苏联人1962年提出的一种地震小区划方法，它是以地震烈度与土层刚度之间的关系为依据，通过野外测定表土层的纵、横波传播速度和密度，以估计场地的烈度变化，最后编制出地震小区划图。它是一种简单、快速估计地震活动性的方法，特别适用于地形起伏不大、地质构造相对简单的区域。“地震刚度地震刚度”是地震时抵抗岩石内形变传播的特征指标。在某种意义上，“刚度”可解释为抵抗“松散”。地震刚度愈大的岩石，则地震震级增量较小；地震刚度愈小的松散、饱和水堆积
9、土，则地震震级增量较大。如果地震震级增量用花岗岩作为标准，地震刚度不同的岩土，其震级增量差可达13级。不同类型岩土的地震震级增量 地震刚度用弹性波传播速度V与岩土密度的乘积表示，即 地震刚度计算公式：=v用地震刚度可计算地震烈度增量，方法如下：用地震刚度可计算地震烈度增量，方法如下：CInnV00V00lg67.1VVInnC1、计算相对于标准土层的、计算相对于标准土层的烈度增量烈度增量设研究区的土层平均设研究区的土层平均地震刚度值地震刚度值为为 ，标准地段的标准地段的平均地震刚度值平均地震刚度值为为 ，则则 最好使用横波速度。在潜水位不深的地段测得最好使用横波速度。在潜水位不深的地段测得的纵
10、波值应换算成不含水的地层所具有的数值的纵波值应换算成不含水的地层所具有的数值。BIBI204.0mBheIIBCIII2计算潜水水位引起的计算潜水水位引起的烈度增量烈度增量由潜水水位深度由潜水水位深度h来确定，即来确定，即 如果地下含水层在细砾层中，系数可采用如果地下含水层在细砾层中，系数可采用0.50.9。3 3地震烈度全增量地震烈度全增量二、常时微动法 任何时刻，地球表层任何地点、任何建筑物的地基，都在以微小的振幅不停地振动着，其振幅通常不超过数微米数微米，振动周期一般为0.5秒至数秒秒至数秒，这种不停的微小振动被称为常时微动。常时微动。微动的发生源可分为自然因素和人文因素两大类，前者如风
11、、雨、海浪、火山活动等，后者如工厂生产、交通运输、建筑施工等。通常将有特定振源的微动称作振动振动，而将无特定振源且周期较长（长于5秒）的微动称作脉动脉动。对于无特定振源、周期又比较短（小于5秒）的微动称作常时微动常时微动。因为各种振源的综合作用产生的波动在传播过程中必然要携带途中介质（地基）特性的某些信息，所以观测研究地基（地表或地下）的常时微动，可以推断地基的弹性（速度）构造和振动特性。常时微动与其它物探方法相比，其优点在于：*场源频谱丰富 *观测简便易行 *不受场地限制，可随时随地获取大量信息。方法应用：*地基土类型划分 *地震小区划 *建筑物抗震性能评价 *滑坡地质调查常时微动的研究现状
12、 微动研究是作为工程地震学的一个领域发展起来的。日本是微动研究最早和最富有成果的国家。早在1908年日本人大森就观测到了周期在1s以下的地基振动，并指出这个周期与地震时的周期有一定的相关性。1931年日本人根据在东京、横滨等地的观测结果，指出了地基卓越周期的存在之后，对地面微动与地基卓越周期关系的研究越来越受到人们的关注。从50年代开始，金井清（1957）在日本各地进行了大量常时微动观测，并提出了根据微动观测结果来划分地基类别的方法。金井清（1957）对微动的面波性质做了定量的分析和阐述，中岛（1967）又从体波的观点研究和分析了微动的结果，其理论与实测结果也比较一致。70年代以来，随着高层建
13、筑的兴建，建筑物的抗震设计及其研究变得更为重要，因此开展了关于中长周期的微动研究，并取得较大进展。80年代，冈田广应用长周期微动资料来推断深部地下构造的方法。我国关于常时微动的研究是从60年代开始的，早在1964年的抗震建筑设计规范中，将常时微动的卓越周期作为确定场地类别的参考指标，并为重大工程抗震设计所需的场地烈度进行了大量的测试工作。自1966年邢台地震、1975年海城地震和1976年唐山地震以来，在北京、天津、大连和长春等许多城市的地震小区划中都进行了地面常时微动的观测，目前我国对微动的研究和应用以短周期的常时微动为主。常时微动成因 微动波是由面波和体波组成的：周期为5s以下的常时微动，
14、主要反映了场地结构的动力学特性，与振源关系不大，可以把它看成是由地下垂直入射的SH波。周期为5s以上的中长周期微动，多数情况下可用面波理论来说明，其主要由沿地表传播的面波引起的。常时微动的观测 测量常时微动，一般在地下、地表和建筑物中进行。在地表或建筑物中测量时，应选择没有工业交通振源时进行，测点应平坦，以便于安置和调整（调平和对准方向）检波器。地下测量多在钻孔中进行，测量深度根据目的而定，放在基岩面上或建筑物的支持层上。常时微动测量系统示意图常时微动测量系统示意图1-放大器；2-示波器；3-磁带机；4-短周期检波器；5-长周期检波器；6-井中检波器测量环境的要求：测量环境的要求：为准确测定常
15、时微动自振周期，要求在距离测点半径150米内没有人为振动干扰，因此一般在深夜安静环境下进行测量。测量时需要注意，一般情况下白天微动振幅较大，频率成分较复杂，且变化较大；夜间，变化较稳定。因此为了得到地基振动的可靠信息，常时微动的测量应选择在夜间及风力弱时进行，在地点上应注意避开特定的振动源，选择平坦的地方安置检波器。现场测点的布置：现场测点的布置：每个建筑场地的地脉动测点，不应少于3个；也可根据工程需要，增加测点数量。测点方向的选择：测点方向的选择：每个测点在测试时应同时测定24个水平方向和一个垂直向的地脉动。一般在现场测试时水平方向选择东西向和南北向即可。1、拾振器常时微动的测试设备常时微动
16、的测试设备 检波器（用于天然地震观测时称作“拾振器”或“摆”）的选择取决于测量对象的周期范围，一般采用固有周期为1s 的速度型检波器，其输出电压与地基振动速度的振幅成比例。这类检波器的体积较通常地震勘探用的检波器体积大，有的为长方体，有的为圆柱体，重量从几公斤到十几公斤不等。用于地下测量的检波器一般采用井中三分量检波器。这些检波器可有效测量周期小于1s 的微动。在需要测量周期大于1s 的微动时，例如调查高层建筑及其地基的振动特性时，则要采用长周期检波器。（1 1）拾振器的特点：）拾振器的特点：拾振器应具有较高的分辨率和灵敏度，频带范围0.5-20Hz，应具有防尘、防潮、防水措施。（2 2）常用
17、拾振器的介绍：）常用拾振器的介绍：DLS系列多功能力平衡拾振器 三分量拾振器 DLS系列多功能力平衡拾振器：三分量拾振器：分体机：2、采集仪器一体机：（1）DLS系列多功能力平衡拾振器的连接：（2）三分量拾振器的连接：数据处理分析方法 常时微动可看作是一个平稳随机过程，其处理分析方法主要有两种，一种是周期频度法周期频度法；另一种是频频谱分析法谱分析法。1、周期频度法 周期频度法着眼于研究振动出现的频度。该方法是通过人工作图的方法，确定不同周期的振动在一定的时间范围内出现的次数（频度），找出频度最高（出现次数最多）的周期作为卓越周期，其对应的频率为优势频率。但随着计算机的迅速发展与普及，目前已很
18、少采用周期频度法来处理微动资料。2、频谱分析法 对常时微动这样一种随时间作不规则振动的波，可表示为时间的函数X(t)，通过傅立叶变换，可求得其频谱X(f)，则其功率谱为：式中 为 的共轭复数。T 为计算频谱的时窗长度。为求得测点稳定的功率谱，可将记录取多个时窗段，一般时窗长度为10 秒，也可视情况而定，求其功率谱 ，并取其算术平均值，则有平均功率谱为：给出了实测常时微动记录的一段，以及其功率谱，可见其卓越频率平均为7.5Hz，卓越周期为0.13 秒。实测常时微动记录（a）和功率谱（b）主要应用 1、地基土类型划分 不同类别的地基有不同的卓越周期（或周期频率曲线类型），因此，可利用常时微动测量所
19、获得的卓越周期等特性参数对地基土的类型进行划分。2、地震小区划 地震灾害在很大程度上取决于地基的振动特性，而常时微动反映了场地土的动力特征，其中卓越周期是表示地基振动特性最重要的量。在进行建筑物抗震设计时，要使建筑物自振周期远离场地土卓越周期，以免发生共振，因此根据地区振动特性的不同，获得卓越周期的分布来作地震小区划。3.判断砂土液化 非液化地点与液化地点的土层物理特性明显不同，前者常时微动的频谱比较简单，后者则较复杂，特别是后者在稍高频区段里有明显峰值。常时微动是一种被动式地震方法，其勘探精度不是很高，不能推断解释地基的详细构造，只能从整体上给出地基的动态特性。但从工程地震学的角度来看，这一
20、条不但不成为问题，反倒成为这一方法的独到之处，因为工程地震学正是要从总体上把握地基和建筑物的动态特性，常时微动法不需要震源，不破坏地表，只要测点附近没有特定的振动源，任何地点都可以做。此外，中长周期的微动研究按目前的仪器和资料处理水平，如果达到实用阶段可用于探测深度在3000M以内，所以研究常时微动具有积极意义，也会得到越来越广泛的应用。总结扭曲的铁轨压力脊喷沙冒水石破天惊挤压抬升 地裂(右侧抬升)水平错断的公路路塌破裂 山崩石滚堰塞湖 飞来石(大震时,斜冲断层上盘的地表石块被弹射到天空,然后抛到很远的地面。飞来石不是塌下来的,是飞来的)地漏 塌方挤肉拔钉59北川商住北川商住楼整体性楼整体性不
21、够，缺不够，缺少抗震构少抗震构造措施，造措施，局部坍塌局部坍塌60建筑设计方方正正、整体性好的 楼房巍然不动61 由于有构造柱、圈梁等抗震构造措施的约束，楼房墙体出现剪刀缝，但不倒621.刚性结构提高建筑物的抗震性能刚性结构提高建筑物的抗震性能 钢结构是最结实的，多用在商场、客运站等建筑，在日本等国家也大量使用，柔性好，能吸附地震力量。63 我国我国为为08年奥运会修年奥运会修建的建的“鸟巢鸟巢”。全部为全部为钢结构，钢结构，主体结构使主体结构使用寿命将长达百年，用寿命将长达百年，所用钢材的强度是普所用钢材的强度是普通钢材的两倍，性能通钢材的两倍，性能达到了最高级别，这达到了最高级别，这种钢材
22、是我国自主创种钢材是我国自主创新研究的成果。新研究的成果。这种钢材集刚强、柔这种钢材集刚强、柔韧于一体，保证了韧于一体，保证了“鸟巢鸟巢”即使遭受即使遭受8级地级地震，依然能巍然屹立震，依然能巍然屹立。64 日本的蚕茧大厦是日本的蚕茧大厦是一座校舍建筑，外一座校舍建筑，外形酷似蚕茧，采用形酷似蚕茧，采用钢架结构，以独特钢架结构，以独特的造型结构吸收分的造型结构吸收分解外来冲击力，从解外来冲击力，从而保障自身的稳固而保障自身的稳固性。高达性。高达203.65203.65米米，地上有，地上有5050层，地层，地下下2 2层，建筑占地面层，建筑占地面积积35413541平方米平方米。6566 使用类
23、似橡胶的黏弹性体，该装置可将强风造成的摇动减轻40%，同时也可提高抗震能力。如三井不动产公司在东京都杉并区出售的一座免震结构公寓高达93米，建筑物的外围使用了新研制的高强度16积层橡胶，建筑物的中央部分使用了天然橡胶系统的积层橡胶。这样，在烈度为6的地震发生时，就可将建筑物的受力减少至二分之一。2.使用橡胶提高建筑物的抗震性能使用橡胶提高建筑物的抗震性能673.弹性建筑具有较好的抗震性能弹性建筑具有较好的抗震性能 弹性建筑物建在隔离体上，隔离体由分层橡硬钢板组和阻尼器组成，建筑结构不直接与地面接触。阻尼器由螺旋钢板组成，以减缓上下的颠簸，五彩缤纷的“瓦片”是塑料制成的。因而有较好的抗震性能。6
24、8 著名的弹性建筑日本东京电通大厦(Dentsu Tower)：经东京发生的里氏6.6级地震考验，证明在减轻地震灾害方面效果显著。69 4.木结构建筑抗震木结构建筑抗震“以柔克刚以柔克刚”木材一种质轻、富韧性力学性能好。作为建筑材料，木材与泥土具有富于韧性、加工灵活、组合方便的优点。具有在外力的作用下比较容易变形，但在一定程度内又有恢复变形的能力。木构架中的所有节点又普遍使用榫卯结合，也具有一定的变形能力，再加上传统木构架都是采用均衡对称的柱网平面和梁架布置，使其形成一个具有一定柔性的整体框架结构体系，当地震袭来时，建筑便通过自身的变形消化地震力对结构的破坏能量，从而在一定限度内保障了建筑的安
25、全性。70 应县木塔位于山西省应县木塔位于山西省应县城西北佛宫寺内应县城西北佛宫寺内，建于辽清宁二年，建于辽清宁二年(1056(1056年年)，应县木塔，应县木塔处于大同盆地地震带处于大同盆地地震带，建成近千年来，经，建成近千年来，经历过多次大地震的考历过多次大地震的考验。据史书记载，在验。据史书记载，在木塔建成木塔建成200200多年之时多年之时，当地曾发生过，当地曾发生过6.56.5级级大地震，余震连续大地震，余震连续7 7天天，木塔附近的房屋全，木塔附近的房屋全部倒塌，只有木塔岿部倒塌，只有木塔岿然不动。然不动。71应县木塔抗震之因 应县木塔之所以有如此强的抗震能力，其奥妙也在于独特的木
26、结构设计。木塔除了石头基础外，全部用松木和榆木建造，而且构架中所有的关节点都是榫卯结合，具有一定的柔性；木塔从外表看是五层六檐，但每层都设有一暗层，明五暗四，实际是九层，明层通过柱、斗拱、梁枋的连接形成一个柔性层，各暗层则在内柱之间和内外角柱之间加设多种斜撑梁，加强了塔的结构刚度。这样一刚一柔，能有效抵御地震和炮弹的破坏力。72 天津蓟县独乐寺：经历天津蓟县独乐寺：经历2828次地震不倒次地震不倒 独乐寺位于天津蓟县独乐寺位于天津蓟县盘山脚下，始建于唐代，盘山脚下，始建于唐代，寺内的观音阁和山门重建寺内的观音阁和山门重建于辽代。自重建以后千余于辽代。自重建以后千余年来，独乐寺曾经历了年来，独乐寺曾经历了2828次地震，其中清康熙十八次地震，其中清康熙十八年年(1679(1679年年)三河、平谷发三河、平谷发生生8 8级以上强震，级以上强震，“蓟县城蓟县城民舍无一幸存，观音阁独民舍无一幸存，观音阁独不圮。不圮。”19761976年唐山大地年唐山大地震，蓟县城内房屋倒塌不震，蓟县城内房屋倒塌不少，观音阁及山门的木柱少，观音阁及山门的木柱略有摇摆，观音像胸部的略有摇摆，观音像胸部的铁条被拉断，但整个大木铁条被拉断，但整个大木构架安然无恙构架安然无恙。
