地震破坏与影响因素

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【摘要】：划分地面破裂带遇到的困难是如何确定未来地震的发震断层的位置。它不仅造成经济损失，而且可能严重影响震后救灾。我国历史地震资料表明，90%左右的建筑物的破坏是地表运动的动力破坏作用所引起的。地层结构对震灾也有较大影响。

地震破坏与影响因素_工程地质认识与分

第二节　地震破坏与影响因素

一、地震破坏作用

一次强烈地震后，大量建、构筑物和地面遭受变形破坏，变形破坏形态多种多样，极其复杂，但我们可以从破坏性质角度将其大体分为两种类型，即场地和地基破坏作用与震动破坏作用。下面对这两种破坏作用的性质、评价方法作简要介绍。

（一）场地和地基的破坏作用

1．地面破裂

地震具有破坏性的绝大部分原因是：地震时，地壳内称为断层的某一薄弱面突然发生破裂错动，这种破裂错动有时可能直接通到地球表面。当地面破裂穿过房屋、构筑物的地基或地下管线时就会直接造成严重破坏，但这类破坏作用只能威胁恰巧位于地面破裂带上的结构物。

解决的办法是划分出可能出现的地面破裂带，不在这一地带进行建设。划分地面破裂带遇到的困难是如何确定未来地震的发震断层的位置。这些断层的位置在多数情况下完全不知道，或者只能进行很不准确的判断。不过，地面破裂虽然能造成严重后果，但它是一种极为局部的现象。此外，地面破裂也常出现于软弱的覆盖土层中，这种破裂作用不像基岩那样强大，纵然也能通过地基变形开裂使结构物破坏，但程度往往比较轻。由于对发震断层破裂面的勘察研究是相当艰巨的工作，耗资也比较大，因此在划分地面破裂危险区段时应在所需费用和可能取得的实际效果方面加以综合考虑，尽量根据已掌握的地质构造和活断层资料加以分析判断，作出合理的决策。

2．滑坡和崩塌

滑坡具有巨大破坏力。不过，滑坡也常被非地震因素（如大雨、人工扰动等）触发，或由地震与其他因素联合触发。预防的办法仍然是划分出可能遭到滑坡袭击的区域并使地面建筑物避开这一区域。在所有地震破坏作用中，大规模的崩塌及其引起的泥石流可能是人类最不可抵御的。一个典型的例子是，1970年5月31日秘鲁由于地震触发崩塌，从山上往下流动的土、石和冰雪混合物5×10⁷m³，行进速度达55m／s，流动距离约15km，完全覆盖了一个村镇，至少掩埋了18000人。不过，这种灾害仅在极少的地质和地形条件下才会形成。由于滑坡和崩塌现象常在同一地区可能受到其他非地震因素（如暴雨）触发而重复发生，因此常常可以根据过去滑坡和崩塌的经验划分出危险区段。在滑坡崩塌研究中，可以综合运用地质调查和遥感技术等手段加以分析和判断，因为应用航空摄影等手段，从空中常常可以清楚地看出过去滑坡和崩塌的痕迹。

3．地基失效

在地震时地基的物理力学性质会发生变化，这可能导致地基失效，即地基土发生永久变形使地基沉降或丧失承载能力。地基失效可能造成建筑物地基破坏或其他问题，如公路、铁路或桥梁破坏。它不仅造成经济损失，而且可能严重影响震后救灾。砂土液化、软化、震陷是地基失效常见的形式。国内外震灾经验告诉我们：在地震破坏的数以万计的建筑物中，因地基失效而招致上部结构破坏的比例很小。此外，地基失效主要造成经济损失，一般不造成严重的人员伤亡。例如，1964年日本新潟地震时，一栋4层钢筋混凝土公寓因地基失效完全倾倒，但其倾倒速动相当慢，屋内居民可以从倾倒房屋外墙走下来而无伤亡。场地选择和地基处理是减轻地基失效震灾的有效方法。

（二）震动破坏作用

由前述地表破坏引起的建筑物破坏，在性质上属于静力破坏，更常见的建筑物破坏是由于地震地面运动的动力作用引起的，它在性质上属于动力破坏。我国历史地震资料表明，90%左右的建筑物的破坏是地表运动的动力破坏作用所引起的。因此，对结构物动力破坏机制进行分析，是结构抗震研究的重点和结构抗震设计的基础。

建筑物的动力破坏主要表现为主体结构强度不足所形成的破坏和结构丧失整体性破坏两种形式。其中，强度破坏主要是因为结构承重构件的抗剪、抗弯、抗压等强度不足所造成，例如墙体裂缝、钢筋混凝土构件开裂或酥裂等。结构构件发生强度破坏前后，结构物一般进入弹塑性变形阶段。在这一阶段，结构物在强烈振动作用下会因为延性不足、节点连接失效、主要承重构件失稳等原因而丧失整体性，从而造成局部或整个结构的倒塌。

（三）次生灾害

地震时，水坝、煤气管道、供电线路的破坏，以及易燃、易爆、有毒物质容器的破坏，均可造成水灾、火灾、空气污染等次生灾害。例如，1995年的日本阪神大地震，震后火灾多达500余起，震中区木结构房屋几乎全部烧毁。此外，地震引起的海啸，也会对海边建筑物造成巨大的破坏。

二、震害影响因素

据国内外大量宏观震害调查资料证实，在一个范围较大的场地内（例如一个城市），对震害有重大影响的工程地质条件为岩土类型和性质、断裂、地形地貌及地下水。

（一）岩土类型和性质

岩土类型和性质对宏观烈度的影响最为显著，也是当前研究得最为深入的因素。据研究，可以从岩土的软硬程度、松软土的厚度以及地层结构三个方面来考察。

一般而言，在相同的地震力作用下，基岩上震害最轻，其次为硬土，而软土是最重的。

松软沉积物厚度对震灾的影响也很明显。早在1923年日本关东大地震时地质学家就发现了冲击层厚度与震灾的相关性，即冲积层愈厚，木架房屋的破坏愈严重。

岩土性质和松软土厚度对震灾会产生影响，其根本原因是特征周期的作用。因为土质愈松软、厚度愈大，其特征周期愈长，所以自振周期较长的高层建筑、木架结构房屋能引起共振，加重震灾。此外，厚层软土的振动时间加长，也会使震灾加重。若地表分布有饱和细砂土、粉土和淤泥土，则会因振动液化和震陷而导致地基失效。

地层结构对震灾也有较大影响。一般情况是，下硬上软的结构震害重，而下软上硬则震害较轻。当硬土中有软土夹层时，可消减地震能量。

（二）断裂

场地内位于断裂带上的建筑物，应区分发震断裂（以及与它有联系的断裂）和非发震断裂。对发震断裂来说，当发生地震时震害总是要加重的，所以一律采取提高烈度的办法来处理。强震时，地表变形破裂，对跨越其上的建筑物来说，震害总是不可避免的，所以采取提高烈度的办法无济于事，而应在选址时避开；非发震断裂若破碎带胶结较好，则不会加重震害，所以，非发震断裂应根据断裂带岩体碎裂情况，按一般岩土对待即可，不应提高烈度。

（三）地形地貌

国内外大量宏观调查资料以及通过仪器观测、模型试验和理论分析结果，都证实场地内微地形对震害有明显影响。其规律是：孤立突出的地形震害加重，而低洼平坦的地形震害则相对减轻。例如，1974年云南永善地震（7．1级）时，位于一狭长山脊上的卢家湾六队房屋的破坏情况（图8-3），与大山根部、中间鞍部和山脊端部小山丘明显不同。

局部地形地貌影响震害的实质是：孤立突出的地形使山体发生共振或地震波被多次反射，从而引起地面位移、速度和加速度加大。目前对局部地形效应的定量化评价还缺乏资料。

（四）地下水

地下水对震害影响的规律是：饱水的岩土会影响地震波的传播速度，使场地烈度增高，地下水埋深愈小，则烈度增加值愈大。地下水埋深在1～5m范围内影响最为明显；当地下水埋深大于10m时，影响就不明显了。