關(guān)于抗震中強(qiáng)震地面斷裂評估的研究

楊 興

（華北電力大學(xué) 科技學(xué)院）

關(guān)于抗震中強(qiáng)震地面斷裂評估的研究

楊 興

（華北電力大學(xué) 科技學(xué)院）

斷裂是地質(zhì)現(xiàn)象，也是一種自然災(zāi)害(地質(zhì)災(zāi)害)。通常，地殼應(yīng)變能沿?cái)嗔阉矔r大量釋放會導(dǎo)致破壞性地震的發(fā)生。當(dāng)其接近地表時，在一定條件下會引起地表形變和破裂，使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)錯位和撕裂破壞，因其是地震引起，故屬地震地質(zhì)災(zāi)害的范疇。

發(fā)生在國內(nèi)外的若干強(qiáng)震中,伴隨強(qiáng)震地面斷裂的地震時有報(bào)導(dǎo),由于破壞作用大,后果嚴(yán)重,非一般工程措施可以抗拒而引起普遍關(guān)注,在我國已納入工程地震安全性評價(jià)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

從工程安全的角度考慮,斷裂再活動有可能對人類的工程活動構(gòu)成潛在的威脅。斷裂再活動的危害性主要表現(xiàn)在2個方面:1)可能導(dǎo)致破壞性地震,即斷裂的潛在地震危險(xiǎn)性和危害性;2)強(qiáng)震發(fā)生時,在發(fā)震斷層線附近可能產(chǎn)生地面斷裂帶,其上的地下設(shè)施、地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)除遭受強(qiáng)震動破壞外,還遭受因地面斷裂引起的地基失效的破壞,即斷層的潛在斷錯危險(xiǎn)性和危害性。因此,在工程可行性研究、場地選擇等工程前期工作中,斷裂的地震工程評價(jià)是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作。

強(qiáng)震地面斷裂主要受發(fā)震斷層控制,其力學(xué)性質(zhì)和方向性與發(fā)震斷層基本一致,并沿發(fā)震斷層及其附近分布。在宏觀上,地面斷裂很難用一條線或一個面概括,而是一斷裂帶。不同地震地面斷裂的力學(xué)性質(zhì)、幾何形態(tài)和破壞作用存在明顯差異。我國近代強(qiáng)震地面斷裂帶的寬度一般都在數(shù)十米以內(nèi),長度由數(shù)公里到數(shù)十公里,而長度達(dá)數(shù)百公里、寬度達(dá)數(shù)百米的地面斷裂比較罕見。一般情況下基巖或地表覆蓋層較淺的丘陵山區(qū)地震的地面斷裂帶比較狹長 ,地裂縫的連續(xù)性也較好。相反,平原和盆地內(nèi)部的強(qiáng)震地面斷裂帶寬短、且連續(xù)性較差。強(qiáng)震地面斷裂帶內(nèi)的地裂縫長度和寬度存在很大差別。規(guī)模小的地裂縫長度可能只有數(shù)米到數(shù)十米 ,寬度不過數(shù)厘米。規(guī)模大的長度連續(xù)延伸數(shù)公里到數(shù)十公里 ,水平和垂直錯動數(shù)十厘米到數(shù)米 ,有些斷裂縫的可見寬度可達(dá)數(shù)米。強(qiáng)震地面斷裂帶內(nèi)的地裂縫分布具有明顯的不均勻性和隨機(jī)性,它可能既不沿著地質(zhì)圖上標(biāo)明的活動斷層線展布 ,也可能不發(fā)生在歷史地震的地面斷裂帶內(nèi),而是沿著發(fā)震斷層線 ,在抗剪強(qiáng)度薄弱的剪切帶內(nèi)斷續(xù)延伸[1]。

從強(qiáng)震地面斷裂帶的宏觀震害看 ,凡地裂縫規(guī)模大 ,錯斷地基基礎(chǔ)造成嚴(yán)重地基失效的 ,地下設(shè)施和上部建筑都不可避免地遭受嚴(yán)重破壞。

傳統(tǒng)的斷裂潛在斷錯危險(xiǎn)性評價(jià)多以經(jīng)驗(yàn)、確定性的評價(jià)為主,預(yù)測的結(jié)果是危害發(fā)生(概率為 100 %)或不發(fā)生(概率為 0)。事實(shí)上,地震作為一種自然災(zāi)害,其發(fā)生和危害性雖有必然性,但也有其偶然性,特別在當(dāng)前,由于受對其科學(xué)認(rèn)識的限制,地震及其危險(xiǎn)性和危害性的估計(jì)和預(yù)測還存在許多不確定性。建立在這種基礎(chǔ)上的震害防范,也只能是在一定條件下的期望,過于保守的、超越承受能力的防范有可能導(dǎo)致不可接受的投入,而過于冒險(xiǎn),又有可能增加工程潛在不安全性的隱患。因此,根據(jù)目前的科學(xué)狀況和地震危險(xiǎn)性及危害性的估計(jì)基礎(chǔ),考慮防震減災(zāi)投入和可能導(dǎo)致災(zāi)害損失的平衡,尋找最佳設(shè)防是當(dāng)前抗震減災(zāi)的基本出發(fā)點(diǎn)?？紤]到人們對斷裂地震地表斷錯的預(yù)測和估計(jì)也存在很多不確定性,從風(fēng)險(xiǎn)設(shè)防的角度去應(yīng)用和理解斷裂地震斷錯的潛在危險(xiǎn)性和危害性,是和該學(xué)科發(fā)展水平相適應(yīng)的。為了達(dá)到這一效果,在對斷裂進(jìn)行斷錯的工程評價(jià)時,一方面要考慮斷裂潛在斷錯的可能性,另一方面也要考慮發(fā)生潛在斷錯可能性的大小,根據(jù)現(xiàn)有資料盡量從斷錯發(fā)生的可遇概率去評價(jià)斷裂斷錯的潛在危險(xiǎn)性和危害性,從而為工程的減輕地震和地質(zhì)災(zāi)害提供風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)的科學(xué)基礎(chǔ)。

斷裂對工程的影響包括地面斷裂效應(yīng)和地震動效應(yīng)，地面斷裂對于建筑物是難以抵抗的，因此在建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定為危險(xiǎn)地段，在建設(shè)時應(yīng)予避開。而地震動效在確定抗震設(shè)防烈度或設(shè)計(jì)地震動參數(shù)時已給予考慮。

并不是所有地裂均需考慮避開。發(fā)震斷裂地震時與地下斷裂構(gòu)造直接相關(guān)的地表地裂位錯帶，是建筑工程遭受斷裂破壞的主要因素，工程建設(shè)應(yīng)予避開。與發(fā)震斷裂間接相關(guān)的受應(yīng)力場控制新產(chǎn)生的地裂（為分枝及次生地裂），對建筑物的剪切撕裂作用比較小，可以通過采用剛性地基和其他方式加以考慮，對經(jīng)過正規(guī)設(shè)計(jì)建造的工業(yè)與民用建筑影響不是很大。地面斷裂與震級、斷層性質(zhì)、破裂模式、覆蓋層厚度、場地沉積環(huán)境等密切相關(guān)。通常，斷層的覆蓋層厚度越大，地表斷裂發(fā)生的可能性就越低；傾滑型發(fā)震斷層造成地表斷裂的可能性、影響程度與范圍均要比走滑型斷層嚴(yán)重。中強(qiáng)震（6.5級以下）的地震很少產(chǎn)生地面斷裂。

在場地選擇和規(guī)劃時，強(qiáng)震地面斷裂應(yīng)予以避讓；無法避開時，不能用加固地基和上部結(jié)構(gòu)的方法來處理，而應(yīng)采取能夠適應(yīng)斷層錯動變形的工程措施。強(qiáng)震地面斷裂（地表位錯）對城鎮(zhèn)土地利用影響甚大，在規(guī)劃中應(yīng)評價(jià)發(fā)震斷裂的地面斷裂危險(xiǎn)性，為城鎮(zhèn)的土地利用提供依據(jù)。

[1] 周正華、孫平善等.斷層場地震害研究綜述.地震工程與工程振動，2003.10 23-5

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