我國地震災害嚴峻形勢與減災對策(凌賢長)

1、,謹祝各位暑期生活愉快！,我國地震災害形勢與防災減災對策,,地震基本知識地震成因類型與全球地震分布我國地震分布與地震多發(fā)原因我國地震災害特點與災害現(xiàn)狀我國工程抗震與防災減災對策強震下邊坡震害危險性分析,地震是地球巖石圈演化過程中一種正常現(xiàn)象。地震是地球巖石圈發(fā)生的一種突發(fā)性顫動。在地球巖石圈演化與調整過程中，地震從未間斷。,,全球每年發(fā)生500萬次地震。其中，有感地震約5萬次，破壞性地震100多次，嚴重災害地震幾十次。,地

2、震是人類面臨最嚴重的自然災害之一。地震具有突發(fā)性、難以預測性、直接災害毀滅性、間接災害嚴重性、次生災害長期性、無災有害性等特點。地震對人類的危害主要有以下三方面。,造成生命、生產(chǎn)、財產(chǎn)損失，主要是人員傷亡與建筑物毀壞。破壞人類賴以生存的環(huán)境。沖擊人類社會的正常運行秩序。,汶川大地震中斷層活動引起工程破壞,一個例子,,直接災害,汶川大地震中滑坡（崩塌）引起工程破壞,一個例子,,間接災害,一個例子,,汶川大地震中地基液化引起工程破壞

3、,,間接災害,一個例子,北大西洋地震引起海嘯衛(wèi)星影像,2000年冰島地震間歇泉噴發(fā),,地震基本知識,？！,地震基本知識,震源震源深度震中（震中面）震中距震中區(qū)極震區(qū)烈度基本烈度場地烈度設計烈度等震線（等烈度線)等震線圖震級李氏震級（M=lgA）lgE=4.8+1.5M標準地震記錄儀,近震遠震淺源地震中源地震深源地震淺源直下型地震地震波體波縱波（壓縮波，P波，初波，周期短、震幅?。M波（壓縮

4、波，S波，次波，周期長、震幅大，速度較縱波?。┟娌ǎ↙波，周期長、震幅大，比體波衰減慢、破壞性大，能傳播距離很遠）瑞雷波（R波）樂甫波（Q波）砂土液化,2級以下地震為微震，人感覺不到，只有地震記錄儀才記錄到。2－４級地震為有感地震。５級以上地震為破壞性地震。７級以上地震為強烈地震。８級以上地震為特大地震。,震級每增加一級，地震波的能量增加32倍。,地震系數(shù)：工程中描述地震烈度的定量指標,我國,地震現(xiàn)象宏觀地震現(xiàn)象

5、微觀地震現(xiàn)象,地震發(fā)生時伴隨的地震影響與地震效應,人的觀感能夠察覺到的地震影響與地震效應,借助觀測儀器才能了解的地震影響與地震效應,地震影響地震的作用過程,地震效應地震作用的后果,地震活動性三要素時間空間強度,地震活動性地震活動在時間、空間和強度方面的規(guī)律。,周期性、序列性,地震區(qū)帶分布震源在空間上的遷移、重復和填空,地震烈度：地震宏觀影響和效應的強烈程度地震震級：地震釋放能量的大小,地震活動性,時間規(guī)律周期性

6、序列性,地震的周期性同一地震區(qū)內，在長期地震活動中表現(xiàn)為活躍期和平靜期的交替重復過程；由一個平靜期開始到接下來的活躍期的結束為一個地震活動期；活動期交替的時間間隔稱為地震周期。,地震的序列性一系列在成因上有內在聯(lián)系的地震活動稱為一個地震序列。,時間規(guī)律——地震序列,主震型前震—主震—余震型地震序列中有一個震級很突出的主震（所釋放的能量占全序列能量的90%以上），主震前有明顯的前震，主震后余震豐富，主震后余震的能量和頻度迅速衰減。

7、主震—余震型主震前無前震，主震后余震能量和頻度衰減很快。群震型地震序列中沒有明顯的主震，由許多震級相近的地震組成，地震序列中地震活動頻度高、衰減慢、持續(xù)時間長。孤立型很少有前震和余震，全序列時間很短。,震源區(qū)介質不均勻，有局部應力集中。,震源區(qū)介質均勻。,震源區(qū)介質極不均勻，局部應力集中非常明顯。,震源區(qū)介質均勻，無應力高度集中。,遷移性在一定地震區(qū)帶內，一定強度的地震按一定方向相繼發(fā)生的現(xiàn)象。重復性在以往發(fā)生過地震

8、的區(qū)域地震重復發(fā)生的現(xiàn)象。 圍空性大震后，未來震中區(qū)逐漸平靜下來，而外圍弱震活動卻逐漸加強，形成有感地震的圍空區(qū)。未來的大地震就發(fā)生在圍空區(qū)內。,應考慮沿斷裂帶或地震帶的遷移，同時必須考慮歷史上震中遷移特點，如遷移方向、時間、強度等，為預測未來的地震提供借鑒。,強震在空間上的重復包括三種情況： 活動構造帶內的重復 同一構造部位或地段的重復以 原地重復強震重復性較小，原地重復的情況更少。,主震越大，空區(qū)越大，形成空

9、區(qū)的時間也越長。根據(jù)中國的地震資料，圍空區(qū)面積 A（km2）,空區(qū)長軸 L（km）與未來地震震級 MS 的統(tǒng)計關系如下：MS＝1.79lgA－0.53MS＝3.16lgL－0.31,空間規(guī)律,小震不壞中震可修大震不倒,工程抗震設計理念,工程抗震設計方法,靜力分析方法動力分析方法時程分析方法,靜力分析方法1930年，日本人提出。認為地震波由基巖垂直向上傳播且以水平剪切作用為主，因而地震對工程作用相當于水平靜力作用，這個力為

10、由地震引起工程發(fā)生最大加速度造成的慣性力。靜力分析法實質上假定工程（建筑物）為不發(fā)生內部動力變形的剛體且與地基剛性連接，僅反映地面地震動，而未反映結構類型對地震反應的影響，顯然與實際不符。嚴格上，靜力分析法適用于低矮、剛度較大的建筑物，而不適用于較高、較柔的建筑物。,動力分析方法動力分析法的理論基礎為反應譜理論。反應譜：單質點體系相對于地面地震動的最大反應，與體系的自振周期成函數(shù)關系。反應譜的基本假定：⑴ 結構物為

11、彈性體，⑵ 地基為剛性平面且各點地震動一致，⑶ 地面地震動為由地震記錄反應。動力分析方法實質上仍然屬于擬靜力分析方法。,時程分析方法動力分析法的反應譜理論，對于分析工程的地震作用由靜力分析過渡到動力分析邁進了一大步，故已被世界廣泛采用。但是，反應譜理論無法考慮地震動持時對工程地震反應的影響，因此十幾年來越來越重視工程地震反應的時程分析方法。時程分析方法也稱為直接動力分析方法或逐步積分分析方法。時程分析方法的

12、技術思路：．．．．．．。時程分析方法的優(yōu)點：能夠考慮地面地震動的時程變化，能夠考慮土－結地震相互作用，能夠考慮工程結構中各部分地震相互作用，能夠考慮地震動持時對工程地震反應影響，能夠考慮復雜場地條件，能夠考慮地基力學性質與變形對工程地震反應影響，能夠考慮地基和結構物非線性動力變形與各種本構關系，能夠考慮近場、遠場等各種地震動，能夠考慮單點、多點等輸入模式對工程地震反應分析影響，能夠考慮地下水與水－土動力耦合作用對工程地震反應影響。,現(xiàn)

13、代先進的計算機技術，才使時程分析方法得以如愿實現(xiàn)。然而，十分遺憾的是，目前時程分析方法主要被高校、科研院所的研究人員所掌握，一般設計院的設計人員不很熟悉。目前，一般工程的抗震設計仍然停留在反應譜分析的層次上，而只有一些重要工程、重大工程、高危工程的抗震設計，要求采用時程分析方法。,,破壞地震絕大多數(shù)均為構造地震,1935年廣西壽縣塌陷地震,,我國廣東新豐江水庫地震6.1級印度柯依納水庫地震6.5級世界上2－3‰水庫發(fā)生過地震,,

14、2005年大慶采油深井注水地震,,地震成因類型與全球地震分布,美國科羅拉多州丹佛地區(qū)一3614m深的排污廢水井注水地震,,,,,,構造地震的成因,板塊運動－巖漿活動－火山噴發(fā)－火山地震,火山地震的成因,龍門山斷裂左行逆沖導致汶川地震,揚子板塊與青藏高原東南部碰撞,,N,一個例子,一個例子,日本地震多發(fā)的原因,The 1995 Hanshin-Awaji Earthquake Disaster revealed devastating d

15、amage to buildings and infrastructural systems in disaster area.,世界上MS≥5.0級水庫誘發(fā)地震,深井注水誘發(fā)地震－地下核爆誘發(fā)地震,深井注水誘發(fā)地震地下核爆誘發(fā)地震,1962年，美國丹佛一所軍工廠向一口3600m深井注廢液，誘發(fā)了多次地震。這是人類最早發(fā)現(xiàn)的深井注水誘發(fā)地震。,1957年，美國蘭吉利油田為增產(chǎn)采取注水加壓措施，1962年起發(fā)生了一系列地震活動。19

16、69年-1973年，美國地質調查局與石油公司合作展開了注水誘發(fā)地震試驗研究。,1970年，日本防災研究所在長野市皆神山北麓的松代地震斷層附近鉆了一口1800m的深井，進行了注水誘發(fā)地震試驗。,1971年9月，中國武漢，一口深井在打井過程中鉆井液大量滲漏。1972年2月4日-2月底記錄到2.2級一下地震120多次，震源深度在4km左右。,我國一些油田，也發(fā)生過伴隨打井和采油過程中的深井注水誘發(fā)地震。,1964年，美國內華達地下核試驗曾觸發(fā)

17、了大量地震活動。,誘發(fā)地震的特點時間上，與誘發(fā)活動時間明顯相關?？臻g上，發(fā)生于誘發(fā)活動地點附近，震源很淺。強度上，多數(shù)屬于微震，危害較小。機制上，擾動誘發(fā)地殼中局部應力調整、構造活動。誘發(fā)地震的意義研究地震的震源形成過程。利用誘發(fā)地震調整地應力，控制破壞性地震（理想）。,誘發(fā)地震的特點和意義,全球巖石圈板塊構造運動與20世紀地震,全球地震帶環(huán)太平洋地震帶喜馬拉雅－地中海地震帶大陸斷裂地震帶大洋海嶺地震帶,20世紀全

18、球每年發(fā)生7級以上地震18次，其中8級以上地震6次,全球的地震帶主要分布于巖石圈板塊邊緣,環(huán)太平洋地震帶：集中全球80%的淺源地震、90%的中源地震、幾乎全部的深源地震，震中集中、活動性強。喜馬拉雅－地中海地震帶：集中全球地震的１５％，以淺源地震為主，震中較分散，寬度大且分支。,1970年—2004年4月全球5.0級以上地震分布,板間地震板內地震洋脊地震俯沖碰撞帶地震,1950年以來全球5次9級以上特大地震,,我國地震分布與地震

19、多發(fā)原因,我國震中分布圖,東南沿海地震帶郯廬斷裂地震帶華北地震帶南北地震帶秦嶺地震帶祁連山地震帶阿爾泰山地震帶北天山地震帶天山地震帶阿爾金山地震帶昆侖山地震帶滇西－西藏地震帶,我國主要地震帶,1900－2004年我國地震區(qū)域分布,我國地震帶分布與區(qū)域斷裂帶（現(xiàn)代活動斷裂帶）密切相關,1868年8.5級郯城地震1966年6.8級邢臺地震1975年7.3級海城地震1976年7.8級唐山地震,郯廬斷裂活動,,一個例

20、子,青藏高原向東南方向運動與揚子板塊碰撞導致汶川地震,我國四川汶川大地震成因,一個例子,我國地震大地構造環(huán)境（我國地震多發(fā)的原因）,印度板塊與歐亞板塊碰撞，導致青藏高原隆起，并形成喜馬拉雅－地中海地震帶。,一個例子,我國是世界上地震災害最為嚴重的國家之一。20世紀以來，全球發(fā)生八次8.0級以上特大地震四次在中國，人員死亡超過20萬的兩次大震也發(fā)生在中國。,1920年中國寧夏海原8.6級地震1950年中國西藏察隅8.6級地震1960

21、年智利近海９.5級地震1952年俄羅斯勘察加半島9.0級地震1957年美國阿拉斯加9.1級地震1964年美國阿拉斯加9.2級地震2001年中國昆侖山8.1級地震2004年印尼蘇門達臘9.0級地震2008年中國汶川8.0級地震,,我國地震災害特點與災害現(xiàn)狀,強度大分布廣（ 41%的國土，50%的城市，70%的百萬人口城市）震源淺（深度多數(shù)小于30km、絕大多數(shù)為10－20km，多數(shù)為破壞性極大的淺源直下型地震）發(fā)震多災

22、情重,我國地震災害特點,從震源深度來看，我國大多數(shù)地震均屬于淺源地震或淺源直下型地震。中源地震主要分布于臺灣東部沿海、西藏雅魯藏布江以南地區(qū)、新疆西南帕米爾附近。深源地震主要集中于黑龍江、吉林兩省交界的牡丹江－延吉以東地區(qū)（震源深度為400km－600km）。,6－6.9級地震 —————— 380次7－7.9級地震 —————— 65次8級以上地震 ——————8次8.5級以上地震 ——————2次6級以上地震襲擊的省份—

23、—28個死亡人數(shù) ———————— 59萬人傷殘人數(shù) ———————— 76萬人倒坍房屋 ———————— 600余萬間受災人數(shù) ———————— 數(shù)億人次直接經(jīng)濟損失 —————— 數(shù)百億元間接經(jīng)濟損失 —————— 數(shù)千億元,20世紀中國大陸地震災害統(tǒng)計,唐山地震遺址,努力加強地震預測與預報研究。切實做好工程場地地震穩(wěn)定性評價（地震安評）。加強重大基礎設施與生命線工程抗震理論與抗震核心技術研究，如邊坡工程、道路工程、

24、橋梁工程、隧道工程、水利工程、電力工程、港口工程、埋地工程、建筑工程等。適當提高擬建工程的抗震設計標準。盡快重新修訂老的工程抗震設計標準。對于重要工程、重大工程等，應做地震反應時程分析。正確鑒定已建工程的抗震性能，并進行有效的抗震加固。,我國工程抗震與防災減災對策,合理評定工程遭受超過抗震設計標準的地震作用之后，還有多少余力承受未來可能發(fā)生的過大的地震沖擊，以可靠保護生命、生產(chǎn)、財產(chǎn)安全。據(jù)此，進行工程有效的抗震加固。推行輕型

25、、延性結構，如剛結構、木結構等。采取鐵的手腕，嚴格把關工程質量。加快災情評估機制—系統(tǒng)—平臺建設。全民普及地震知識，作為一種政府應盡的社會公益性事業(yè)落到實處，不留任何死角。,地震預測與預報,地震發(fā)生地點的預測是可能的臨震前的概率預報也是可能的,以深入的地質構造研究為基礎，特別是大地構造背景與現(xiàn)代活動斷層研究工作，并結合地球物理、遙感地質、地震科考、地震臺站觀測、第四紀地質與地貌、水文學與水文地質、地球化學、歷史地震、深井探測、地

26、應力觀測、變形場解析等資料綜合分析與多學科聯(lián)合解譯手段，同時充分利用數(shù)值仿真、光彈模擬等方法，查明預測區(qū)的大地構造背景與演化趨勢、深部斷層分布與格架特征、現(xiàn)代活動斷層分布與活動特點，研究地震形變場演化、地震成因機理、地震預測途徑與靶點、活斷層避讓帶、工程抗斷評價方法等，我稱之為區(qū)域穩(wěn)定性預測與工程選址規(guī)劃。,,近期異常地聲地下水水位近期異常變化地下水水質近期異常變化井水水質或水溫近期異常變化井點－池塘－農(nóng)田－水庫近期異常滲漏動

27、物近期活動異常地面或建筑物近期異常開裂歷史地震記錄地震臺站觀測記錄地應力近期異常加強氣候近期異常變化地形近期異常變化,,關于工程抗震理論與抗震核心技術研究，目前國外如日、美兩國特別重視在充分理論研究基礎上進行物理模型的離心機試驗與大型地震振動臺試驗。而我國的此項研究相對落后。,阪神地震，幾乎造成住宅、橋梁、公路、鐵路、港口、工廠、電網(wǎng)、通訊、埋地生命線工程等毀滅性破壞。在阪神地震中，古舊房屋倒塌尤為突出，舊房屋抗震性能的正

28、確鑒定和有效合理的抗震加固技術的確立成為日本抗震研究的當務之急。另一方面，在遭受超過抗震設計標準所定的地震動情況下，建筑物能有多少余力承受過大地震沖擊且保護人類生命安全，而這種過大地震（超過設計標準規(guī)定的地震）發(fā)生的可能性在任何國家都存在，將地震測試儀器安裝到建筑物中以等著地震發(fā)生顯然是一種不實際的方法。因此，日本建造了史無前例的地震模擬設施（大型振動臺）E-Defense，以滿足原型建筑物且再現(xiàn)自然強地震動過程的抗震試驗的社會要求

29、。,一個例子,日本建成的目前世界上最大的三維地震模擬振動臺。臺面：20×15m2載重：1200t,一個例子,E-Defense大型地震模擬振動臺模型錄像,截止2006年3月我在E-Defense訪問結束，已完成了日本大大特研究計劃中抗震工學的原型木結構和RC結構地震反應、大型土箱樁－土－結構地震相互作用的振動臺試驗研究。,,E-Defense運行組織與管理體系,為確保設施正常運行且充分發(fā)揮效益，E-Defense建立一套嚴

30、格的運行組織與管理體系。,,Utilization and Operation of E-Defense,E-Defense is Intended to be Open to the World.Furthermore, Such A Major Facility Require Coordination and Collaboration of Many Participants, Including Academic Insti

31、tutions, Government Researchers, General Public, Private and Industrial Organizations in both Japan and Oversea Countries.,E-Defense面向世界開放，歡迎各國政府機構、高等學校、科研院所、民間組織、公司企業(yè)通過共同研究、獨立研究等方式申請利用，并基于國際互聯(lián)網(wǎng)建立信息技術IT系統(tǒng)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)與成果免費共享。,一點

32、建議,當今，隨著我國基本建設日益興起，工程正向大空間和超高層方向發(fā)展且各種新型建筑不斷涌現(xiàn)，干線快速交通網(wǎng)與立體化交通格局逐步形成，城市規(guī)?？焖贁U大且沿海地區(qū)城市密集化趨勢越來越明朗，加之中部大崛起、西部大開發(fā)及西氣東輸、西電東送、南水北調、水利水電、海洋開發(fā)等工程。另一方面，社會基礎設施與生命線工程運行維護的民營化、企業(yè)與住宅擁有權的私有化不斷進展，人們對財產(chǎn)的保護意識必將提高。我國也是地震多發(fā)且強震經(jīng)常出現(xiàn)，我國地震發(fā)生頻率雖然

33、低于日本、但是地震最大級別不低于甚至高于日本。然而，我國的建筑抗震設計標準則低于日本，特別是在寒區(qū)和可液化場地工程抗震方面尚缺乏不少有效設計的技術細節(jié)。鑒于上述，為保障我國人民生命與財產(chǎn)不因地震而毀于一旦且維護社會持續(xù)安定發(fā)展，建議利用E-Defense進行探索性國際合作研究，并可在未成熟階段免除此項試驗設施建設的巨額投資費用?？梢圆捎萌缦潞献髂Ｊ?。,由國家自然科學基金委或教育部牽頭，組織中科院、高校、研究所及設計院等單位形成團隊

34、，與日本開展國際合作。在E-Defenses試驗之前的預研，如解析分析、小型振動臺試驗等，在國內進行。建立國際數(shù)據(jù)網(wǎng)絡信息技術IT系統(tǒng)，實現(xiàn)研究成果遠程共享。中日雙方定期共同召開項目進展學術報告會。,根據(jù)我國土木工程與工程抗震的目前現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并考慮日本的興趣，擬在高層與超高層、海洋平臺、軌道交通、跨海大橋、高架橋、海底隧道、埋地輸送管網(wǎng)、大型儲庫、高邊坡等方面啟動合作項目。以上建議，僅供政府和專家參考。,美國的研究,一個例子

35、,2007－2008年，我在加州大學訪問期間參與的邀請合作教授Tara博士的項目。,項目奠定了極其重要的前期基礎。,2001年以來，在多個國家自然科學基金項目的跟蹤資資助下，我的課題組所進行的研究（液化場地樁－土－橋梁結構地震相互作用問題）。,大型振動臺試驗,一個例子,,目前，在工程抗震設計中，廣泛采用的烈度設計標準難免粗糟，這是因為對地震烈度的評定具有較大的人為因素，對于一次地震的破壞程度不同人有不同的認識，很難有一個準確把握的標準。

36、工程地震反應分析，有可選的三種方法，即靜力法、動力法（反應譜法）、時程法。靜力法，將地震作用簡化為附加慣性力作用，不考慮材料（結構）內部的動力變形及地震相互作用等問題，顯然與事實不符。反應譜法，也稱為動力法，本質上仍屬于擬靜力法。時程法，可稱為動力數(shù)值仿真法（如動力有限元法等），能夠很好考慮地震的整個作用過程、材料（結構）內部動力變形、土－結動力相互作用等一系列重要問題，應成為重要工程、重大工程地震反應分析的首選方法。,,Hea

37、vy Demands of Engineering Quality to Prevent Seism Disaster,日本明石海峽大橋附近海岸高陡邊坡的加固工程經(jīng)歷了95年阪神地震的考驗,經(jīng)歷汶川大地震考驗的都江堰紫萍水庫大壩和錨索加固邊坡,,Fine-Work on Preventing Seism Disaster,More than 50% Probability of Earthquake in Lately 30 Years

38、 along South-Eastern Japan,,日本的木結構住宅,日本的木結構住宅,日本的木結構住宅,美國西北部地區(qū)木結構,美國西北部地區(qū)木結構,美國西北部地區(qū)木結構,美國西北部地區(qū)木結構,美國西北部地區(qū)木結構,,Popularization for Aseismatic Knowledge in Japan,Aseismatic Knowledge of Structure,Aseismatic Knowledge of St

39、ructure,Aseismatic Knowledge of Structure,Aseismatic Knowledge of Structure,Aseismatic Knowledge of Structure,Aseismatic Knowledge of Buffet,Aseismatic Knowledge of Furniture,To Take Sanctuary in Room,Primary Schools, Mi

40、ddle Schools and Parks All Belong to Public Safety Evacuation Area for Earthquake in Japan.,,三木高校,三木高校,Spare Goods for Seism Disaster,Knowledge of Sand Liquefaction,Knowledge of Sand Liquefaction,,Before Sand Liquefactio

41、n,After Sand Liquefaction,Pile Base,,,Shake Table,Shake Table,Facility of Mitigation Shake,,,,Shake Table,Concept Idea of Relation between Liberative Energy and Earthquake Intensity,Popularization for Aseismatic Knowledg

42、e of Relation between Geotectonic Movement and Earthquake.,Memorial of the 1995 Hyogoken-Nanbu Eearthquake,Memorial of Active Fault with regard to the 1995 Hyogoken-Nanbu Eearthquake,Destroyed Bridge and Car in the Memor

43、ial of Active Fault,Destroyed House and Wall in the Memorial of Active Fault,Destroyed tableware and collapsed sideboard in the Memorial of Active Fault,Shake table in the memorial of Active fault , which can simulate na

44、tural earthquake that intensity is M7 , and is used to offer visitors an experience of earthquake.,地震體驗錄像片斷,,上一世界60－70年代以來，地球已進入有人類歷史以來的第五個巖石圈強烈活動與地震期，而這一時期未來的延續(xù)時間超過300－500年也不算長。由于我國特殊的大地構造背景與復雜而活躍的大地構造運動，決定我國任何地方均不存在無地