工程地震学基本概念

土木工程中的地震工程学一、前言地震是一种自然灾害，它的威力极大，能够给人类社会造成巨大的破坏和损失。

在土木工程领域中，地震工程学是一个非常重要的分支，该分支研究的是如何在地震发生时，设计出适合的建筑结构和基础设施，以减少地震对人类造成的伤害和损失。

本文将从地震的基础知识入手，深入介绍土木工程中的地震工程学。

二、地震基础知识地震是由于地球内部岩石的运动引起的，而岩石的运动是由于地球内部的能量释放导致的。

地球内部能量的释放主要有两种形式，一种是地震，另一种是火山喷发。

地震是地球的一种周期性现象，周期通常为数十年到数百年。

地震的强度是根据震级来确定的，通常使用里氏震级或地震烈度等指标来衡量。

地震烈度是根据地面震动的强度和建筑物的震感程度来确定的。

三、土木工程中的地震设计土木工程中的地震设计主要是为了保证建筑物在地震发生时能够保持稳定。

地震设计的基础是地震波的特性和建筑物的结构。

地震波是指由地震引起的地面震动，它的主要特征是频率和振幅。

建筑物的结构是指建筑物内部的构造和布局，其主要特征是设置支撑和抗震设施。

在地震设计中，需要进行地震波分析、建筑物模拟和地震校核等过程。

地震波分析是指通过地震波传播的模拟，研究地震波对建筑物产生的影响。

建筑物模拟是指通过计算机模拟建筑物结构的抗震性能，以评估其耐震能力。

地震校核是指对建筑物进行抗震设施的设计和施工，以满足地震设计要求。

四、地震设计的挑战地震设计面临着很多挑战，主要包括如下几个方面：1.地震波的复杂性：地震波的特性复杂多变，很难预测和控制。

因此，地震设计需要考虑不同场地和地震波特性，以设计出不同的抗震措施和建筑结构。

2.基础设施的复杂性：土木工程中的基础设施通常是由各种不同的材料和结构组成，这些结构之间存在很多耦合和相互作用。

这也增加了地震设计的复杂性。

3.造价的提高：地震设计需要使用高新技术以及大量的材料和设备，这导致地震设计的造价很高。

因此，如何在使用现代农村建设技术的前提下，降低地震建筑的造价和维护成本，成为了亟待解决的问题。

地震学，震源及地球结构概论地震是一种自然灾害，造成了许多生命财产的损失。

因此，地震学及相关领域的研究越来越重要。

本文将介绍地震学的基本概念、震源及地球结构，并对地震学的应用进行一些简要的讨论。

首先，我们来了解一下地震学。

地震学是研究地震现象及其引起的地球物理学现象的科学。

它涉及到地球内部的结构、地震波的传播、地壳的运动、地震后的改变等一系列相关问题。

地震学的基本概念包括震级、震源、震中、震源深度等。

其次，我们来看一下震源。

震源指地震的发生位置。

它可以是浅层的，也可以是深层的。

浅震有时会带来比较剧烈的破坏，深震则感受不到或者破坏较小。

震源深度对地震的破坏性有重要的影响，总的来说，震源越深，震级越大。

最后，我们来了解一下地球结构。

地球可以分为三层：地壳、地幔和地核。

地壳是地球最外层的表面，包括了大陆壳和海洋壳。

地壳的厚度约30千米。

地幔是地球的中层，厚度约为2885千米。

地幔温度高，地球内外的压力都是很大的。

地幔的研究对于解释地震波传播、地球物理学现象等非常重要。

地核是地球的内层，包括了固态和液态两部分。

地核的厚度约为3500千米。

地震学的研究在很多领域都有应用，例如城市规划、地质勘探、建筑工程等，都需要考虑地震的影响。

预测地震的发生时间及地震后的灾害评估也是地震学研究的重要方向。

综上所述，地震学、震源及地球结构是一个庞大而又有趣的领域。

它对我们的生活有很大的影响，也是很多学科的交叉领域。

不断深入地研究，才能更好地预防和应对地震惊险，减少人们的生命财产受损。

地震工程学：地震工程学是研究地震动、工程结构地震反应和抗震减灾理论的科学。

从学科上看，地震工程学跨越地震学、工程学与社会学三个学科，且以前两者为主，它具体包括工程地震与结构抗震两个分支。

地震学与地震工程学前者需要从后者去实现其最终目的；后者需要以前者的研究结果为基础；相互衔接的地方，两者都要去研究，很难区分应该属于哪一个学科；两者各有自己的目的，重点各不相同。

二、地震工程学的基本内容地震工程学科的任务：根据地震预报现有的结果，在国家经济政策的指导下，经济、安全而又合理地制定新建工程的抗震设防技术措施、对已有工程制定鉴定标准和加固措施。

根据专业性质和工作阶段，地震工程学的研究可分为几个部分：（1）地震危险性分析与地震区划根据地震长期预报的结果（未来地震的时间、地点、强度、概率）对选用的地震动设计参数，估计其大小与发生概率，即地震危险性；再根据危险性大小，作出以这些参数为指标的地震动区划。

如我国现有的地震烈度区划图。

这一工作把地震工作者的预报结果，转化为工程抗震所需参数的预报地震烈度区划是根据国家抗震设防需要和当前的科学技术水平，按照长时期内各地可能遭受的地震危险程度对国土进行划分，以图件的形式展示地区间潜在地震危险性的差异。

（2）抗震规范与抗震设计对新建工程，规定法定抗震原则和具体措施，在抗震设计中必须遵守。

这些原则和措施是根据宏观震害总结出来的抗震经验，从强震观测、结构试验与动力分析所了解的结构抗震原理，以及工程设计者的工程经验这三方面综合起来的技术成果，在国家经济政策指导下，制定的综合准则。

（3）抗震鉴定加固对已有工程，针对当地未来可能遭遇的地震危险，估计已有工程的危害性，提出加固的原则和可行的技术措施。

（4）抗震救灾一项是在已发生强地震的现场，为了减轻可能的进一步的危害而应采取的措施；另一项是对短临强地震预报区进行的防灾准备。

工程地震：研究的问题是中、长期地震预报中的潜在震源区划分、潜在震源区地震活动性规律、地震动工程参数的选择，以及这些参数的估计等。

抗震结构设计知识点汇总抗震结构设计是建筑工程中非常重要的一个方面，它关系到建筑的安全性和耐久性。

在进行抗震设计时，需要考虑到多个因素和知识点。

本文将对抗震结构设计的一些重要知识点进行汇总和介绍。

一、地震基本知识1. 地震的定义和原理：地震是地球发生的一种自然现象，由地球内部能量的释放引起地球的震动。

2. 地震波的类型：地震波一般分为P波、S波和表面波。

P波是纵波，S波是横波，表面波是沿地表传播的波动。

3. 地震烈度和地震烈度等级：地震烈度是根据震感进行划分的，并以烈度等级进行表示。

二、抗震设计的目标和原则1. 目标：抗震设计的目标是使建筑具有足够的抗震能力，能够在地震中保持相对的稳定和完整。

2. 原则：抗震设计的原则包括合理使用材料、优化结构形式、提高刚度和强度等。

三、结构抗震分析1. 确定设计地震动参数：根据地震带和设计参数，确定地震动参数，包括地震烈度、地震波峰值加速度等。

2. 结构响应分析：通过数值模拟和计算方法，分析结构在地震荷载下的响应情况，包括位移、应力、变形等。

四、抗震设计方法1. 弹性设计方法：弹性设计方法是最常用的抗震设计方法，它以结构在弹性范围内的行为进行分析和设计。

2. 储备能量设计方法：储备能量设计方法是基于结构的耗能能力进行设计，通过在结构中引入耗能元件来减小地震波对结构的影响。

五、抗震构造措施1. 增加结构的刚度和强度：通过选择合适的结构形式和材料，增加结构的刚度和强度，提高结构的抗震性能。

2. 设计合理的阻尼系统：阻尼系统能够有效地吸收和消散地震能量，降低结构的震动响应。

3. 增加结构的耗能能力：通过增加结构的耗能能力，减小地震波对结构的影响。

4. 合理设置隔震层：隔震层可以将建筑与地面分离，减小地震波对建筑的影响。

六、抗震设计的检验和评估1. 抗震设计的检验：通过对结构的抗震性能进行检验，验证设计方案的合理性和可行性。

2. 结构的抗震评估：对已建成的结构进行抗震评估，根据评估结果对结构进行加固和改造。

《工程地震》复习提纲0绪论∙工程地震学Engineering Seismology是研究工程建设中的地震和地震地质问题的一门科学，对区域未来可能发生的地震及工程场地可能遭受的地震影响作出科学的估计，为工程抗震和减灾防灾提供既安全可靠又经济合理的科学依据。

∙地震影响的模式地震震源－传播路径－工程场地∙简述工程地震工作的具体内容。

确定潜在震源区确定场地地震地面运动参数预测场地地震效应地震小区划和工程选址∙分析地震影响模式的意义。

1地震的成因天然地震∙构造地震∙火山地震∙陷落地震人工地震∙水库诱发地震∙矿井注水诱发地震∙核爆炸诱发地震∙阐明有关地震成因的“弹性回跳”说。

∙地震与岩石强度及应力场的关系。

∙地震的动力来源∙活动断裂与地震的关系。

∙天然地震与人工地震的异同。

2地震的描述地震的空间描述∙震源S∙震中O∙震源深度h∙震中距∆∙震源距R∙按震中距离的地震分类：地方震∆＜100km近震100km≤∆≤1000km远震∆＞1000km∙按震源深度的地震分类：浅源地震h＜60km中源地震60km≤h≤300km深源地震h＞300km地震的强度描述 烈度 I∙ 烈度表 ∙ 等震线 ∙ 等震线图 ∙ 震中烈度 I 0 ∙ 烈度衰减 ∙ 烈度异常 ∙ 场地烈度 I S∙工程烈度（基本烈度、设防烈度）震级M∙ 里氏震级（近震震级）M L ∙ 体波震级（深震震级）m b ∙ 面波震级（远震震级）M S∙震级M L 、M S 、m b 所反映的地震辐射能量的频段。

M L ： 3～10Hz M S ：0.05Hzm b ：0.1～0.2Hz ∙ 震级饱和：上述三种震级代表了0.1～20s 周期范围内地震能量的大小，测定上述震级所使用的地震仪无法测出周期大于20s 的地震波能量。

地震波的周期与发震断层的长度成正比，而地震释放的能量也与发震断层的长度成正比，因此地震释放能量也就与地震波动的周期成正比，测不到更大周期的地震波，就意味着测不到更大的地震辐射能量，从而导致测量震级存在一定的上限，这就是所谓的震级饱和现象。

工程抗震知识点总结一、抗震设计概念抗震设计是指在工程设计中，考虑地震力作用的设计，以达到减少地震对建筑物和结构物破坏程度和减小地震灾害损失的目的。

抗震设计的基本原则是在保证建筑物和结构安全的前提下，尽量减小地震对建筑物的影响。

二、地震的基本知识1. 地震的定义地震是地球内部能量释放所产生的振动现象。

地震是地壳变动引起的地震波在地球内部传播的结果，是地壳的快速释放能量的现象。

2. 地震的成因地震是地球内部能量的释放，主要有以下几种成因：构造地震、火山地震、人工地震等。

3. 地震破坏现象地震能够导致建筑物和结构物的倒塌、墙体开裂、地基沉降、构件弯曲等一系列破坏。

4. 地震烈度地震烈度是地震影响程度的度量标准，通常用于估计地震对建筑物和结构物的影响程度。

地震烈度分为12度，由I度到XII度。

三、抗震设计原则1. 安全优先原则抗震设计的首要原则是保证建筑物和结构物的安全，确保其在地震发生时不发生倒塌，建筑内部人员和财产得到保护。

2. 结构合理性原则抗震设计需要根据不同建筑物和结构物的特点和用途，确定结构类型、结构材料和结构形式，以使其在地震作用下具有合理的抗震性能。

3. 节约投资原则在保证结构安全的前提下，抗震设计应尽量减小建筑物的抗震造价，使抗震设计成本控制在合理范围内。

四、建筑物抗震设计的方法1. 结构抗震设计结构抗震设计是指利用结构形式、结构材料、结构布局和结构连接等手段增加建筑物的抗震能力，以减小地震对建筑物的影响。

2. 抗震设防等级划分抗震设防等级是根据建筑物的用途和地震烈度等因素，划分出不同的抗震设防等级，确定建筑物的抗震设计要求。

3. 抗震加固对于老建筑和结构物，可以采用抗震加固的方法来提高其抗震性能，以满足当前抗震设计要求。

五、建筑物抗震设计的技术措施1. 结构合理布局建筑物的结构设计应尽量将水平荷载均匀分布到结构各部位，避免出现集中荷载，提高结构的整体抗震性能。

2. 结构强度设计建筑物的结构设计应考虑地震荷载的作用，保证结构具有足够的强度，并确保结构在地震作用下不发生屈服破坏。

1、名词解释：活断层：指目前正在活动的断层，或是近期曾有过活动而不久的将来也许会重新活动的断层。

地震级：通常地震学上所说的地震的大小。

是依据地震释放出来的能量多少来划分的，释放的能量越大，震级就越大。

——震级是um（微米）的对数来表达的。

区域稳定性：指在内、外力动力地质作用下，现今一定区域地壳表层的相对稳定限度及其对工程建筑安全的影响限度。

地震效应：地震作用影响所及的范围内，地表出现的各种震害和破坏。

滑坡体：与母体脱离通过滑动的部分岩体。

混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀能力有所增强的效应。

地面沉降：地面沉降是指在一定的地表面积内所发生的地面水平面减少的现象。

渗透变形：岩土体在地下水渗透力（动水压力）的作用下，部分颗粒或整体发生移动，引起岩土体的变形和破坏的作用和现象。

表现为鼓胀、浮动、断裂、泉眼、沙浮、土体翻动等。

流土：在渗流作用下，一定体积中的土颗粒同时发生移动，或一定体积的土体发生悬浮隆起和顶穿现象。

管涌：在渗流作用下单个土颗粒发生移动的现象，工程界称为潜蚀。

正常固结土:假如抽水前土层不同深度处的固结限度都与土中现有的天然有效应力此相适应，那么这种土层就称为正常固结的土层。

工程地质问题:工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾或问题。

地震烈度:衡量地震所引起的地面震动强烈限度的尺度。

与地震释放的能量大小、震源深度、震中距、震域介质条件有关。

土洞：是由于地表水和地下水对上层的溶蚀和冲刷而产生空洞；空洞的扩展，导致地表陷落的地质现象。

工程地质条件：与工程建筑物有关的地质条件的综合。

地质因素涉及岩土类型及其工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料。

临界水力梯度：渗流水出逸面处开始发生流土或管涌时的界线梯度即在渗流作用下，土粒开始发生移动时的水力坡度。

渗透力：渗透作用于土体的力叫做渗透力。

地质超前预报：运用一定的技术和手段，收集地下工程所在岩土体的有关系信息，运用相应的理论和规律对这些资料和信息进行分析、研究，对施工掌子面前方岩土体情况，不良地质体的工程部位及成灾也许性做出解释、预测和预报，从而有针对性地进行地下工程的施工。

工程地震勘探 是一种研究人工震源所激发产生的地震在地下岩层、土壤或其它介质中传播来解决地质问题的方法。

弹性介质：岩土介质受外力作用，形状体积发生变化，当去掉外力后恢复原形。

各向同性介质：凡弹性性质与空间方向无关的介质各向异性介质: 凡弹性性质与空间方向有关的介质 应力：单位面积上所产生的内应力（形变介质内部产生的反抗形变的内力）应变：弹性介质在应力作用下产生的形状和体积的变化泊松比：在拉伸应力作用下，物体拉伸总是伴随着垂直于应变方向的收缩，把横向应变和纵向应变之比称为泊松比。

纵波：体积应变，引起的波动（纵波，P 波）-----胀缩力，传播方向和振动方向一致。

横波：剪切应变，引起的波动（横波，S 波）------剪切力，传播方向和振动方向垂直。

面波特点：特点：低频、低速，能量大（强振幅），旋转（铅垂面，椭圆，逆转） 天然地震中，危害极大相同介质中，纵波最快，横波次之，面波最慢。

泊松比大于0.5，越小，弹性变量越大。

地震波场的基本理论包括：运动学，动力学。

运动学（几何地震学）：研究地震波在传播中的空间位置与传播时间的关系，动力学：研究地震波传播时的波形、振幅、频率、相位等与空间位置的关系。

惠更斯原理：在弹性介质中，t 时刻的同一波前面上的各点，可以把这些点看作从该时刻产生子波的新的点振源，经过△t 时刻后，这些子波的包络面就是t+△t 时刻新的波前面。

费马原理（射线原理）：波沿射线传播的时间和沿其它任何路径传播的时间之比为最小。

真速度：波沿射线方向传播的速度。

视速度：在地面上沿观测方向测得的波的速度值，用Va 表示。

αsin v v a = 此式称为视速度定理，它表示了视速度与真速度的关系。

振幅谱：把各分振动的振幅A 与圆频率ω的关系表示在A —ω坐标内相位谱：把各分振动的相位φ与圆频率ω的关系表示在φ—ω的坐标频谱分析就是信号在频率城内表示的一种方式。

折射波：从振源出发的地震波以临界角入射到界面上，形成滑行波，滑行波所经过的界面上的任何一点，都可看作从该时刻产生子波的新震源，在上层介质中形成一种新的波动。

工程地震的基本概念地震作为一种突发性的自然灾害，给人民的生命财产带来了巨大的危害。

在目前还不能准确预报地震的情况下，认真搞好工程抗震，从而使各种建筑物以及工程设施和设备在地震时不遭受重大破坏，并避免由此带来重大的次生灾害就有着十分重要的意义。

解决这一课题必须首先了解工程地震的一般概念。

一地震成因和地震活动性1．工程地震学基本名词世界上发生的大多数地震为构造地震。

由于地球的板块构造运动产生地应力，在地应力作用下构成地壳的岩石要发生变形。

当应力在岩石弹性极限内，岩石以弹性变形的方式将其能量积累起来；在过大的应力作用下，变形超过允许值，岩石发生突然的脆性破裂，形成断层，并产生剧烈的相对运动，将积累的应变能转变为动能，急剧地释放出来形成地震波向四周传播而发生地震。

它是由地球内部动力作用引起的一种地质现象。

下面简要的介绍地震工程中常用的名词。

（1）震源地震学家定义地壳内首先发生断层破坏的一点为震源，但断层面积可能很大，断裂面的几何中心常接近能量释放中心。

（2）震中地震的震源在地表面的投影称为震中，又称仪器震中。

能量释放中心在地表的投影为宏观震中，即破坏中心。

两者有时相距几公里至几十公里。

通常工程上的震中指的是一个区域，又称震中区。

（3）震中距地面上某点到震中的直线距离称为震中距。

（4）震源深度震源至震中的垂直距离称震源深度。

震源深度从几公里到几百公里。

震源深度小于70公里的称为浅源地震，以小于30公里的情况最多。

由于震源浅，对地面破坏严重，但影响范围小。

浅源地震约占地震总数的73%。

震源深度在70～300公里范围内的称中源地震，主要分布在环太平洋地区；占地震总数的23%。

震源深度大于300公里的称深源地震。

影响范围大，但由于震源很深，地震引起的地面加速度小，一般对地面没有大的破坏，它占地震总数的4%。

（5）地震波地震时从震源引起的振动以弹性波的形式向周围传播，这种运载能量的弹性波称为地震波。

地震波可分为体波（纵波和横波）及面波（瑞雷波和洛夫波）两种。

(1) 地震学是研究与地震有关的科学问题，哪几门学科的研究反映了地震学直接为社会抗震减灾的服务？这几门学科的主要研究内容。

①地震预报：短临预报，中、长期预报。

②地震工程学：研究地震危害性的工程问题。

③地震社会学：研究地震引起的社会问题，包涵震害预测与抗震减灾。

(2) 抗震设计的目的、内容与抗震设防标准。

抗震设计目的：是建筑结构能够达到抗震的要求内容：通过确定抗震设计的要求、抗震设计以及抗震设计施工，使得建筑结构物达到抗震设计标准。

设防标准：小震不坏，中震可修，大震不倒(3) 板块构造运动学说。

板块构造学说是在大陆漂移学说和海底扩张学说的基础上提出的。

根据这一新学说，地球表面覆盖着不变形且坚固的板块（岩石圈），这些板块确实在以每年1厘米到10厘米的速度在移动(4) 地震的一些基本概念：震级、震源、震中、震源距、震中距…震级:用地震释放的能量来表示地震的大小震源:地球内部岩层破裂引起振动的地方震中:震源在地面上的投影位置震源距:某一点到震源的距离震中距:某一点到震中的距离震源深度:震源到震中的距离(5) 地震的分类。

①震动的性质：天然地震、人工地震及脉动②成因划分：构造地震、火山地震和陷落地震③震源深度划分：浅源地震(<60 km)、中源地震(60~300 km)、深源地震(>300 km)④震中距划分：地方震(Δ<100 km)、近震(Δ<1000 km)、远震(Δ>1000 km)⑤震级划分：弱震(M<3)、有感地震(M:3~4.6)、中强震(M:4.5~6)、强震(M>6，其中M>8为巨大地震)(6) 断层的基本类型与断层的几何参数。

正断层、逆断层、走滑断层参数：走向，倾向，倾角，倾伏角。

(7)地震矩与矩震级。

地震矩：受构造应力影响使断裂面突然滑移的力学模型，推导出地震整体大小的最有用的量度指为测定地震矩而引入的衡量地震能量以及地震错动。

矩震级：(8)震害与次生灾害、地震烈度与等震线。