地震工程概论　全套讲义.DOC

第一章 地 震 地和刮风、下雨一样是一种自然现象．当地下某处岩层突然破裂，或因局部岩层塌陷、火山喷发等发出了振动，并以波的形式传到地表引起地面的颠簸和掐幌，这种地面运动就叫做地震，有人也叫它“地动”。据统计，世界上每年发生数百万次地．人们对许多小地震并无感觉．只有仪器才能记录到；三级左右的有感地震每年发生约五万次，但它对人民的生命安全和工程建设并无危害；能造成严重破坏的地震，世界上每年平均约十八次．近年来在我国河北邢台，云南通海、昭通，四川甘孜和辽宁海城地区发生的几次地震都居于这种破坏性的强烈地震． 这一章我们简单介绍一些与工程抗震有关的一般地知识地球的结构 为了便于解释地震的发生及其发展规律，我们首先需要对地球的内部构造有个初步了解． 地球是一个平均半径为6400公里的椭圆球体，至今已有45亿年的历史．研究表明，地球是由性质不同的三个层构成：最外面是一层很薄的地充中间很厚的一层是，最里面叫地核(图1图I．1 地球断面与地壳剖面 地壳是由各种不均匀的岩石组成的． 除表面的沉积层外，陆地下面的地壳主要有两大层：上部的花岗岩层和下部的玄武岩层；海洋下面的地壳一般只有玄武岩层． 地壳的厚度很不均匀，在大陆下面，地壳平均厚度是30公里；在海洋下面，地壳只有几公里．世界上绝大部分地震都发生在这一薄薄的地壳内． 地慢主要是由质地非常坚硬、结构比较均匀的橄榄岩组成．据推测，构成地馒的物质是具有粘弹性的．地幔厚2，900公里，即从地表起接近地球半径一半的探度． 占地球全部体积的六分之五． 到现在为止，所观测到最深的地震是700多公里，这比起地球半径来仅占十分之一，可见地震仅发生于地球的表面部分——地壳中和地幔上部． 地核是半径为3500公里的球体，又可分为外核(厚2100公里)和内核．据推测，主要构成物质是镍和铁．由于至今还没发现有地震横波通过外核，故推断外核处于液态，而内核可能是固态． 地球各部分的比重随深度增加而增大，平均比重约为5．5克／厘米3． 地球内部的温度也随深度增加而升高，从地表每深1公里约升高300C，但增长率随深度增加而减小．经推算地下20公里(多数地震发生在这个深度)深处温度大约6000C，地幔上部(地下700公里左右)温度约20000C，地核内部温度可达4000一5000℃．地球长期保持高温主要是其内部放射性物质不断释放热量的缘故． 地球内部的压力在地幅上部约为9吨／厘米2，地核中心达31700吨／厘米2． 地震的类型与成因 地震通常按照其成因可以划分为三种主要类型：构造地震、火山地震和陷落地震． 由于火山爆发，岩浆猛烈冲出地面时引起的地面振动叫做火山地震；由于地表或地下岩层因某种原因(如石灰岩地区较大地下溶洞的塌陷或古旧矿坑的塌陷等)突然造成大规模陷落和崩塌时导致小范围内的振动叫陷落地震；由于地壳运动产生的自然力推挤地壳岩层使其薄弱部位突然发生断裂错动，这种在构造变动中引起的地震叫构造地震．前两类地震影响范围和破坏程度都相对较小，后一类地震破坏性大影响面广． 下面主要介绍一下构造地震的发生与发展过程． 地壳是由各种岩层构成的．大量事实说明，地壳并不是静止不动的，地壳是在很长的地质年代中连续地变动着，广大地区或在上升，或在下沉，或在倾斜．由于地球在它运动和发展过程中内部存在着大量的能量，地壳中的岩层在这些能量所产生的巨大力的作用下使原始水平状态的岩层(图1．2中1)发生形变．当着作用力只能使岩层产生弯曲而没有丧失其连续完整性时，岩层只发生褶皱(图1．2中2)；但当岩层脆弱部分岩石强度承受不了强大力的作用时，岩层便产生了断裂和错动(断层，图1—2中3)．在这种地壳岩层构造状态的改变(称为构造变动)过程中，地壳岩层处在复杂的地应力作用状态之中，随着地壳运动的不断变化，地应力的作用逐渐加强，构造变动也随之加剧，当地应力的作用超过某处岩层的强度极限而发生突然的断裂和猛烈的错动时就会引起振动，它以弹性波的形式传到地面，地面也随之运动这就是地震．地震使得构造变动过程中积累起来的应变能量突然得到释放．关于地震成因还有其他一些学说，但在地壳或地幔上部岩层由于力的作用达到极限时，岩石发生破裂引起地震这一点上是一致的． 那么引起地壳构造变动的巨大作用力是如何产生的呢？一般认为这可能有地球内部物质放射性元素在蜕变过程中释放的热能，天体，特别是太阳和月亮对地球的引力以及地球自转过程中产生的迥转能等所引起的。 从上面已经知道，地震的发生与地质构造密切相关． 那么哪些部位比较易于发生地震呢?一般说来．许多地震集中发生在活动性大断裂带的两端和拐弯的部位、两条活动断裂的交汇处，以及现代断裂差异运动变化剧烈的大型隆起和凹陷的转换地带． 这些地方是地应力比较