地震工程学-论文
- 作者: 我是高级单身汪
- 来源: 数月亮
- 2019-05-30
汪维安
(西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 610031)
摘要：本文从地震的成因开始，介绍了世界和我国主要的地震断裂带分布。接着结合近年来国内外几次大地震，阐明了土木工程结构物震害情况及其特点，并对其震害原因进行了细致分析。随后详细介绍了基于性能的抗震设计方法，对其设计原理、主要内容做了详尽的阐述。最后简要介绍了各国抗震规范的沿革，及其抗震设计方法。 关键词：地震动；震害；桥梁结构；基于性能的抗震设计；规范
Introduction of Earthquake Engineering’s Subject
Wang wei’an
(School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu Sichuan 610031,China)
Abstract: In this Paper, started from cause of earthquakes, main distribution belt of earthquake faults in earthquake and China was displayed. Based on the lately earthquake events at home and abroad, earthquake damage of civil engineering structures and its character was introduced, the cause of above earthquake damage was analyzed in detail. Combined with its design principle and the main contents, a new design method of Performance-base Seismic Design(PBSD) was expounded. In the end, the amendment of specifications of earthquake Resistant Design in some different countries and design methods in above specifications was summarized.
Key words: earthquake ground motion; earthquake damage; bridge structure; Performance-base Seismic Design; Specification
0 引言
地震是一种较为常见的自然灾害，最近5年全世界范围内已经发生了“5.12“汶川大地震，“1.12”海地大地震，“3.11” 日本东太平洋大地震，这些地震的发生均造成了惨重的生命财产损失。目前我国经济建设迅猛发展，同时也带动了交通基础设施的发展，可以说当今全球最大的土木工程建设在中国。在公路、铁路、市政工程中，桥梁作为生命线工程，对其进行抗震理论研究是十分有意义的。
1 地震与震灾
1.1 地震成因及其分布
地震是一种较为常见的自然现象，关于地震的成因早期倾向于断层破裂学说，近期的观点则侧重于板块构造运动的观点，即认为它是地壳岩石中长期积累的变形在瞬时内转换为动能的结果[1]。
地震成因的宏观背景可以用板块构造学说解释[1]。板块构造学说的有关理论，从大陆漂移说开始，已有六十多年的历史。按照板块构造的理论，地球外壳约一百公里厚的部份称为岩石圈，由许多块体构成，这些块体即称为板块。主要板块包括太平 洋、欧亚大陆、澳洲、南美洲、北美州、印度洋及南极大陆等七块，若加上如菲律宾海板块等较小的板块，全世界约有十四个板块。这些板块下方的软流圈因为热力作用可产生对流运动。板块学说主张新的海洋地壳不断从中洋脊的裂谷中产生，将老的岩石圈向两则推移，海洋板块中的岩石圈一面不断生长，一面也要不断消灭，岩石圈消灭的地方是在两个板块相撞的地方，当两板块相碰
撞的时候，其中有一板块被迫下降进入地球内部，慢慢加热，最後被吸收到地函中，周而复始的循环。据统计，全球85%左右的地震发生于板块边界带上，仅有15%左右发生于大陆内部或板块内部。
地震成因的局部机理是弹性回跳理论[1]。1906年,旧金山大地震发生后,H.F. Reid根据地表的变形而提出弹性反弹理弹解释圣安地列斯断层的形成。假设地层为弹性体,侧地层中的应力不断地使地层产生变形，积累应变能,当地层变形达某一程度, 地层中强度较弱的位置无法再承受时,地层就突然沿著强度较弱处错动,并瞬间释放出地层中所积累应变能，而发生地震。此强度较弱处即为断层。下图图1为美国西部加州San Andreas断层[4]，图2为5.12汶川地震中白鹿镇中心小学教学楼附近断层[6]。
图1 San Andreas断层 图2 5.12地震中白鹿镇中心小学断层
地震可分为天然地震和人为地震两类[1]，天然地震主要有构造地震和火山地震。构
造地震是地震工程研究的主要对象。而在地震的危害中浅源地震对结构物的危害最大。
全世界主要有三个地震带，见下图3，分别为环太平洋地震带（Circum-Pacific seismic zone）、欧亚大陆地震带（Alpine-Humalayan seismic zone）和中洋脊地震带（Mid-ocean Ridge seismic zone） 这些地震带与全球性的板快构造（Plate tectonics）及其演化有密切的关系。大体而言，这些地震带都发生在板块边缘。
环太平洋地震构造系是一个具有全球尺度的一级构造系，它基本上是大洋岩石圈与
大陆岩石圈相聚合的边缘构造系[1]。大陆构造系的主体是北纬20-50°之间的大陆地震秘籍环带，不仅包含欧阳大陆的地震，也包括北美大陆的地震。大陆地震震源浅，震中密集成带，它一方面与板块构造运动相关，另一方面又与板内小板块构造密切相关。
图3 地球主要地震带分布
根据板块构造学说，中国位于欧亚板块的东南端，冻结太平洋板块，南邻印澳板块。我国大陆受到太平洋向西、印澳板块向北、欧洲板块向东的推动和挤压。当这种挤压应力在大陆岩石圈中持续积累，以致超过岩石圈所能承受的限度时，大陆地壳就会破裂而产生地震。同时从板内地震产生的断层观点看，由于地质构造的差异，使得岩石圈断裂分为大小不一、差异明显的各种断裂块体，由此构成多层、多级断层构造。我国的台湾省位于环太平洋地震带上，西藏、新疆、云南、四川、青海等省区位于喜马拉雅-地中海地震带上，其他省区处于相关的地震带上。图4为我国大陆断块构造分区略图，中国地震主要分布在五个区域：台湾地区、西南地区(川滇地区)、西北地区、华北地区、东南沿海地区和23条地震带上。图5为四川省主要的深大断裂分布图。从图5可以看出四川省境内主要存在三大断裂带，即：龙门山断裂、鲜水河断裂及安宁河断裂，呈“Y”字形分布，”5.12”汶川大地震即发生在龙门山断裂带及其沿线上。
图4 中国断块构造分区略图
图5 四川省主要的深大断裂分布图
1.2 地震及其灾害介绍
地震灾害具有突发性和毁灭性，全世界每年平均发生破坏性地震近千次，其中震级达7级或7级以上的大地震约十几次。伴随着地震发生，地震给人类带来了巨大的损失及难以抚平的创伤。我国地震区域广阔而分散，地震频繁而强烈，20世纪至今，震级等于或大于8级的强震已经发生10余次之多，其中发生与人烟稠密之处者，损失惨重。表1给出了世界历史上比较有名的大地震及其简要情况。
表1 世界上较著名的大地震
世界大地震
美国旧金山大地震
日本关东大地震
中国唐山大地震
日本阪神大地震
汶川大地震
海地大地震 时间 1906.4.18 1923.9.1 1976.7.28 199.1.17 1998.5.12 2010.1.12 地点 旧金山及周围地区 日本横滨、东京一带 中国唐山 日本神户 四川汶川、北川一带 海地太子港 震级 8.3 7.9 7.6 7.2 8 7 死亡人数 700余人 14.3万人 25万人 5400余人 约8万余人 22.25万
人
日本本州岛海域地震 2011.3.11 宫城县以东太平洋海域 9 1-2万人
地震震害常划分为直接震害和间接震害两类[1]，直接震害主要包括地基失效和结构
破坏两个方面。地震次生灾害的主要形式有爆炸、火灾、水灾、海啸、泥石流、以及由于滑坡、塌方引起的结构物破坏。
地震对土木工程结构造成的破坏系统地揭示了结构在设计和施工方面的缺陷，因此
调查研究在地震中破坏的和幸存下来的结构对于改进结构设计理论和施工方法都具有极大的价值。下面简要介绍一下最近几次破坏性大的地震造成的桥梁震害情况。
(1) 河北唐山地震
1976年7月28日，唐山市发生7.8级地震。地震的震中位置位于唐山市区。
这是中国历史上一次罕见的城市地震灾害。顷刻之间，一个百万人口的城市化为一片瓦砾，人民生命财产及国家财产遭到惨重损失。北京市和天津市受到严重波及。地震破坏范围超过3万平方公里，有感范围广达14个省、市、自治区，相当于全国面积的三分之一。地震发生在深夜，市区80%的人来不及反应，被埋在瓦砾之下。极震区包括京山铁路南北两侧的47平方公里[2]。
图6 唐山地震中倒塌的滦河桥 图6 唐山地震后变形的铁轨
区内所有的建筑物均几乎都荡然无存。一条长8公里、宽30米的地裂缝带，横切
围墙、房屋和道路、水渠。震区及其周围地区，出现大量的裂缝带、喷水冒沙、井喷、重力崩塌、滚石、边坡崩塌、地滑、地基沉陷、岩溶洞陷落以及采空区坍塌等。地震共造成24.2万人死亡，16.4万人受重伤；毁坏公产房屋1479万平方米，倒塌民房530万间；直接经济损失高达到54亿元。地震时行驶的7列客货车和油罐车脱轨。蓟运河、滦河上的两座大型公路桥梁塌落，切断了唐山与天津和关外的公路交通。市区供水管网和水厂建筑物、构造物、水源井破坏严重。图6为地震中倒塌的滦河桥场景，图7为地震中严重变形的铁轨。开滦煤矿的地面建筑物和构筑物倒塌或严重破坏，井下生产中断，近万名工人被困在井下。三座大型水库和两座中型水库的大坝滑塌开裂，防浪墙倒塌。410座小型水库中的240座震坏。6万眼机井淤沙，井管错断，占总数的67%。沙化耕地3.3万多公顷，咸水淹地4.7万公顷。唐山市及附近重灾县环境卫生急剧恶化，肠道传染病患病尤为突出。
(2) 日本阪神大地震
发生在1995年1月17日的日本阪神大地震，震中位于淡路岛北部离神户市区西部10Km处，震级为M7.2。地震持续时间约20s，记录到的水平运动加速度峰值约为0.8g，竖向运动最大加速度约为0.3g。这次地震使神户地区所有铁路、公路和快捷交通系统均遭受了严重破坏，地震还引起火灾以及土壤液化、地盘下陷等[3]。它是日本自1923年关东大地震以来伤亡人数最多，经济损失最大的一次破坏性地震。在此次地震中，
最严重的桥梁震害出现在阪
神Hanshin高速公路神户段，约有20余Km长度的墩柱发生剪切或弯曲破坏。一座 高架桥共有18根独住墩被剪断，常500m左右的连体向一侧倾倒。图8为倒塌的神户市区内的高架桥，图9为正在修复中的被地震剪坏的高架桥桥墩。
图8 神户市区内倒塌的高架桥 图9 修复中的被地震剪坏的高架桥桥墩
(3) 四川汶川“5.12”大地震
2008年5月12日14时28分，四川汶川发生了里氏8.0级特大地震，震中位于北纬31.0度、东经103.4度。由于汶川地震的震源深度仅为19Km，属于大陆浅源地震，地震释放的巨大能量得以通过地震波广泛向外传播，影响范围之广，处少数地区外整个中国均有明显震感。汶川地震造成长达300余公里的地表破裂，破裂时间持续约80s，断层从汶川县映秀镇向东北方向一直延伸至青川、宁强一带，地震裂缝、地表裂隙、隆起等地面现象随处可见，最大地面隆起达到6m。断层穿过之处山河为之改观，道路、桥梁、房屋等各类建筑物更是损失惨重[6][8]。图10为汶川地震主震的持续时间；图11为汶川地震中的龙门山主断裂带；图10为汶川地震的地震动峰值参数图；图13为汶川地震的地震烈度分布示意图；图14为距离震中映秀18Km的卧龙台站观测到的地震动记录。
图10 汶川地震的主震持续时间 图11 汶川地震的龙门山主断裂分布
图12 汶川地震主震的地震动峰值参数图 图13 汶川地震主震区的地震烈度分布
图14 卧龙台站观测的汶川地震各个方向的地震动时程记录
汶川地震使四川省交通基础设施损毁十分严重，损失十分巨大。一是受损范围广，灾害造成全省21条高速公路、16条国省道干线公路、2.4万公里农村公路的路基路面、桥梁隧道等结构物不同程度受灾。其中损坏国省道干线桥梁670座、隧道24座[6][8]。
图15为震后落梁的庙子坪大桥引桥的立面图及侧面图[5]。庙子坪岷江大桥是都汶高速公路跨越紫平铺水库的特大桥，地震后引桥10#、11#墩间50mT梁出现了落梁。
125+220+125m连续刚构主桥5号主墩墩底及其承台出现出现了裂缝。地震发生时庙子坪大桥主桥刚刚合拢，桥面铺装已经完成，但引桥的伸缩缝尚未安装。
图16、图17均为都汶二级公路上震塌的百花大桥[6]。该桥位于映秀镇下游约2Km，建成于2004年12月设计荷载为汽-20、挂-100，地震烈度按Ⅶ度设防；平面上大桥第1、2联位于左偏曲线内，第5、6联位于右偏曲线内。全桥长496m，桥宽8m，最大墩高30.3m；上部构造分为6联，跨径组合为4-25+5-25+1-50+3-25+5-20+2-20m，除第3联采用简支T梁外，其余各联均为连续梁，第1-2联、第5-6联之间采用牛腿构造搭接；下部构造为双柱式桥墩、轻型桥台、桩基础。地震中原桥第五联5×25m
连续箱梁上部全部倒塌，其余梁体纵
横向移位，墩身倾斜，系梁严重开裂，部分墩身已经压溃，随时都有倒塌可能。
图15 5.12地震中落梁的庙子坪大桥(立面及侧面)
图16 百花大桥第五联倒塌 图17 百花大桥桥墩墩身压溃
图18 百花桥1#墩顶梁体移位 图19 百花桥19#墩底混凝土压溃
图20 都汶高速被震坏的顺河桥 图21被山体砸毁的都汶二级路映秀大桥
图20为都汶高速公路上被全部震坏落入河中的顺河桥，原桥为多跨的简支空心板桥；为避免阻水，下部设置为独住墩，桩基础。
图21为5.12汶川地震中被崩塌体砸断的彻底关大桥[6][8]，彻底关大桥建于2007年，为11-30m的Ⅰ形组合梁及2-20米的空心板梁，桥墩设计为柱式墩、桩基础。地基基础河床内覆盖层自上而下分别为人工堆积层、块碎石土、漂卵石土、砾石质粉土、砾质砂和砾石土，除彻底关隧道进口处揭露的花岗岩外，其余钻孔未揭露岩层。地震中该桥遭受了断墩、落梁、崩塌体掩埋等多种震害。
图22 开裂、塌陷的都汶高速路面 图23 塌方掩埋的龙洞子隧道洞口
图22为都汶高速公路上开裂的路面场景，最宽处路面开裂宽度达16cm，竖向沉降18cm。图23为都汶高速龙洞子隧道进口被掩埋的状况，右洞进口又有巨石落下，隧道洞口的衬砌已局部垮塌，洞口的挡墙已部分外倾。
(4) 日本“3.11”东北部海域9级特大地震
2011年3月11日14时46分（北京时间13时46分）发生在西太平洋国际海域的里氏9.0级地震， 震中位于北纬38.1度，东经142.6度，震源深度约20公里。地震持续时间达5分钟，诱发了超过10 米高的海啸，根据后续研究表明，海啸最高达到23米，它不仅冲刷了日本东北部海岸建构筑物、船只、汽车等所有地面物品，还引起了火灾、核电站设施爆炸、核泄漏和上万人死亡。据统计，自有记录以来，此次的9.0级地震是全世界第五高，1960年发生的智利9.5级地震和1964年阿拉斯加9.2级地震分别排第一和第二。图24为日本“3.11“地震的地震烈度分布图(日本气象厅公布)，从图中可以看出其沿岸地段地震烈度最高达到最高等级7度，相当于我国地震烈度12度，许多地段达到6度，外围地区在5度左右。
图24 “3.11”地震地震烈度分布 图25 “3.11”地震震中附近位移场
本次地震的破裂范围：南北长450km，东西宽150km；破裂速度: 2.0km/s；破裂持续时间：300 S，比汶川地震多3分钟；最大断层滑移量：18m（据日本国立地球科学与防灾研究所资料）。图25为GPS观测到的日本“3.11”地震同震位移场分布图，地震后日本国土地理院所在位置产生了最大东向4米位移。
“3.11”日本大地震的特点是：①震级高。震级大达到9级，是日本有史以来记录到的最大震级地震。②地震持续时间达5分钟，汶川地震长3分钟，持续震动对建筑结构破坏显然要严重。 这里需要说明的是，由于日本是一个多地震国家，且经济发达，地面构建筑物的抗震设防标准明显地比我们国家的标准要高，在相同的地震破坏条件下，地震灾害会比我国轻。 ③海啸。由于本次地震在海域地壳出现局部隆起最大达4米左右，引发了浪高10米的海啸。海啸应该说是严重地震灾害的主因。图26为被海啸摧毁的仙台机场；图27为日本名取市海啸横扫后的沿海房屋；图28为位于日本茨城霞浦的鹿行大桥因地震而倒塌，旁边一座在建中的大桥也受到波及；图29为位于45号线上的Tenno 桥梁，在“3.11“大地震中，出现了支座拔出破坏及拱顶横撑局部屈曲的病害；图30为一3跨钢桁架连续梁桥完全被海啸摧毁，上部结构移位至上游350m距离。④严重的福岛核电站核泄漏灾害。在地震期间安全关闭，但是没有能够证关闭后的安全问题。图31为地震后被关闭的広野核电站，此图为海啸来袭的场景。
图26 “3.11”地震后的仙台机场 图27 “3.11”地震后的名取市沿海房屋 图28 日本茨城霞浦的鹿行大桥 图29 45号线的Tenno桥梁支座破坏
图30 被海啸摧毁的连续梁桥 图31 地震后关闭的広野核电站
在以上几次国内外大地震震害实例中，结构物在地震中均遭受了严重破坏。公路、桥梁结构作为生命线工程，在灾后保通、抗震救灾方面显得尤为重要，汶川大地震中，庙子坪大桥的落梁、百花大桥及彻底关大桥的倒塌、青川县S105沙洲大桥的破坏均给抗震救灾带来了非常不利的影响。这些桥梁的破坏是抗震设计理论、方法的直接试验场，因此对震害桥梁成因的分析就显得尤为重要，它是建立正确的抗震设计方法，采取有效减震、抗震措施的科学依据。
桥梁的破坏直接表现在垮塌、落梁、移位、挡块破坏、墩身破坏、桥台破坏、地基破坏、支座破坏、伸缩缝破坏方面，而间接震害则变现为由次生灾害引起的砸坏、掩埋、淹没、推移等。对于桥梁上部结构，其震害主要为：支座破坏、落梁、碰撞、位移转动；对于下部结构，其震害主要为：墩柱的弯曲破坏，墩柱的剪切破坏以及桩基承台的破坏；对于桥梁地基基础则主要表现为：地表的位移、砂土的液化以及地表断裂的破坏。
对比1976年的唐山大地震、1995年的阪神大地震、2008年的汶川大地震及最近的”3.11”日本东太平洋大地震，它们都属于浅源型地震。桥梁灾害的直接震害一次较一次轻。
唐山地震中位于Ⅶ度至Ⅺ度区内的130座公路梁式桥，倒塌18座，占13.86%；严重破坏20座，占15.36%；中等破坏34座，占26.15%；轻微损伤25座，占19.23%；完好或基本完好的33座，占25.38%。在震后调查的32座拱桥中，有6座倒塌，占调查总数的18.75%；2座严重破坏，占6.25%；8座中等破坏，占25%；6座轻微损坏，占18.75%；10座基本完好，占31.25%。震后需要重建或修复得拱桥占调查拱桥总数的50%，而震后需要重建或修复得拱桥占调查拱桥总数的55%。从以上数据可以看出拱桥的震害要轻于梁式桥。从受力机理上讲，拱桥由于基础要承受较大的水平推力，而且早期修建的拱桥多为石砌拱桥和双曲拱桥，其延性抗震能力较差，不利于抗震。但由于能够修建拱桥的桥址处其地基地质状况均要优于梁式桥的场地状况。由此看见在地震分析中场地条件是影响结构物抗震性能的重要因素。不良的场地及地质条件，放大了地震波，延长了结构物的自震周期，加剧了结构物的震动。
阪神地震后，根据日本道路协会的震害调查，在地震中，钢筋混凝土桥墩和钢桥桥墩的破坏十分严重，其中倒塌和不可修复的钢筋混凝土桥墩和钢桥墩分别占调查总数的8%和4%，严重破坏的分别占5%和10%，中等破坏的分别占25%和39%[2]。震害分析表明，阪神大地震中按照新的规范(1980年及其以后)设计的桥梁，其震害较轻，
这主要是由于新的抗震规范引入了延性设计的概念及增设了防
落梁措施。同时阪神地震中高架桥桥墩的损坏表明，矮墩及独住墩的设计思想是有欠缺的。在抗震设计中矮墩主要表现为剪切破坏，高墩主要表现为弯曲破坏。对于矮墩基础需要配置足够的抗剪钢筋及受力主筋，对于在地震动作用下基础刚度较大的基础，需要考虑减隔振措施以减少控制截面的地震力作用。
汶川地震中，对于震害调查的国省干道调查的1081座桥梁，损毁需要重建的桥梁占3.1%，改建的桥梁占11.55%，大修桥梁占11.26%，而对于震害调查的高速公路及其重点项目的576座桥梁，摧毁需要重建的桥梁占0.53%，改建的桥梁占11.45%，需要大修的桥梁占2.97%[6]。从以上数据可以看出高等级公路桥梁的震害要轻于低等级公路桥梁的震害；另外从广元及重灾区青川县得到的桥梁震害调查也表明，拱桥的病害要明显小于梁式桥。
在汶川地震中桥梁挡块的破坏较为严重，但其有效地防止了上部结构的落梁，尤其在在建的都汶高速公路上除了庙子坪大桥引桥落梁外，其余桥梁有效地避免了上部结构的落梁(次生灾害引起的桥梁垮塌除外)。汶川地震中直线、规则桥梁的病害要明显轻于斜弯桥梁；简支桥梁的病害要轻于连续梁桥；桩基础桥梁的病害要轻于扩大基础，震区设置牛腿、挂梁的结构其接触面上均有较大的不可恢复的位移，乃至出现了上部结构的落梁，百花大桥第五联连续梁的倒塌以及成都市三环路武侯立交某定向匝道牛腿处出现的大于5cm的位移就是很好的例证。
桥梁梁体间或上下部结构之间的碰撞，是一种强烈的非线性耗散能量的方式，根据汶川地震的桥梁震害调查，梁间的碰撞及由于碰撞引起的落梁、挡块开裂、梁体的宏观及微观损失较为明显，如何精确地模拟桥梁碰撞瞬间的工作状态及碰撞后的能量耗散机理，或是通过构造措施，如梁体纵横向增设橡胶挡块，设置拉链等防落梁措施，设置粘滞阻尼或磁流变阻尼来减少构筑物间的碰撞概率；亦或通过允许有限的、可控的碰撞来耗散能量，达到较少控制对控制截面或控制构造的应力水平，是当前抗震研究中非常有意义的课题[9]。
2011 年3 月11 日日本本州东部海域发生9 级地震震动破坏，大面积海啸冲刷、核电站核经受长时间震动破坏引发的核泄漏-将成为抹不去的长久灾难。通过有限的资料我们可以看到地震对日本桥梁的损害方面，直接震害并不是特别突出，反而是此生灾害引起的桥梁病害，地震后发生了大规模的海啸，其巨大的能量造成了不少桥梁的倒塌、移位，核电站结构的损坏、房屋结构的冲毁。同样在汶川地震中，不少桥梁的损坏直接是由次生灾害引起的，如前述的顺河大桥、映秀大桥，还有在抗震救灾保通方面就有重要影响的彻底关大桥，都是由于山体滑坡、崩塌或滑坡引起的泥石流冲刷而破坏，图32、图33即为在地震中被巨石砸毁的彻底关大桥。
图32 汶川地震中的彻底关大桥 图33灾后重建中的彻底关大桥
因此在桥梁抗震设计时，选址是首当其冲的任务，
选择较为有利的路线走廊，
对既选线路进行专门的针对性的场地评价，确定合适的路线方案，对控制性的桥隧工程进行具体详尽的研究，选择合适的桥型、桥跨、桥梁结构形式，再进行具体的抗震设计就显得至关重要。在进行场地评价时，需要弄清楚结构物所经位置的断层构造、场地岩性，有效地避免不良的场地构造是十分必要的。因为地震灾害的另一部分是由发震断层在地震的同时产生地表错动对地面建构筑物的直接毁坏，这种同震地表错动可以说是无坚不摧的；另外，近断层强地面运动记录也反映出近断层地震动量值明显比远离断层区域要大。1995年日本阪神地震期间，地震重灾带集中在野岛—会下山—西宫断层沿线，90%以上的震亡人数和木质房屋倒塌率30%以上的地段均集中在距断层2—3公里宽度范围内（翠川三郎，1995），重灾带以外地区破坏很轻，这是因为野岛—会下山—西宫断层就是阪神地震的发震断层，断层所在地带为灾害特别严重带。图34为1995年日本阪神地震地表破裂带小仓断错点地面建筑设施破坏实例；图35为1999年台湾集集地震中车龙埔断裂，该地表破裂通过处桥梁断裂，河床形成跌水陡坎。连同图2中的汶川地震中的彭州白鹿镇中心小学校内地表断裂图均从正反说明了如果地面建筑物避开具有这些发震能力、地震的时候能够产生错动的断层，就可以有效的减轻由地面破裂引发的灾害。
图34 阪神地震中小仓断错点建筑破坏 图35 集集地震中桥梁附近的车龙埔断裂
2 基于性能的抗震设计方法
2.1 基于性能的抗震设计原理
工程结构抗震的首要任务是容许结构在遇到破坏性地震时有一定的破坏
但要保证结构生命安全。我国的《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89)和《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02+01-2008)所包含的“小震不坏、中震可修、大震不倒“的三阶段设防标准已初步隐含了基于性能的抗震设计的思想。基于性能的抗震设计理论(PBSD)是1995年由美国加州工程师协会在其2000文件中正式阐明的。基于性能的抗震设计思想主要为：采用合理的抗震性能目标和合适的机构抗震措施进行价格设计，使结构在各种水准地震作用下的破坏损失，能为业主选择和承受，通过对工程项目进行生命周期的费用-效益分析后达到一种安全可靠和经济合理的优化平衡。基于性能的抗震设计实际上是一种总体设计思想，主要指结构在受到不同水平地震(不同概率地震)作用下的性能达到一组预期的性能目标。
基于性能的抗震理论框架包括地震设防水准、结构抗震性能目标、结构
地震反应的预测和结构抗震设计方法四个方面。结构性能水准就是指与每一
级地震设防水准相对应的结构最大破坏程度。主要用于对结构易损性、结构功能性和建筑物内人员安全情况进行描述。在基于性能结构抗震设计中，性能水准要综合考虑社会的经济水平、建筑物的重要性以及建筑物的造价、保养、维修及地震作用下可能遭受的直接间接损失来优化确定。
表2 结构性能目标划分
项目
常遇地震
偶遇地震
少遇地震地震
罕遇地震 基本目标 重要目标 特殊目标 水准1 水准2 水准3 水准4 水准1 水准2 水准3 水准1 水准2
对应于各地震作用水准(常遇地震、偶遇地震、少遇地震、罕遇地震)，建
筑应满足的性能水准为：①水准1 正常使用；②水准2 可靠控制；③水准3 生命安全；④水准4 防止倒塌。抗震性能目标是指针对某一个地震设防等级而期望结构达到的结构性能水准。美国学者建议把具有不同使用要求的建筑物分为三类：基本设防目标、重要/防危设防目标和特别设防目标，并提供了三类结构抗震性能目标作为它们的最低性能界限，见表2。
由于性能设计包含的内容很广，特别是在对地震动、结构的损伤状态及
性能指标，目前的研究水平还很难达到对复杂结构物进行完全的性能设计，它的难处在于如何精确地确定结构的抗震性能及其需求上。与目前的抗震设计理论相比，基于结构性能的抗震设计理论提出了多级设计的理念，与现行规范相比，它需要明确确定结构的抗震性能目标，来选择经济效果最佳的抗震设计方案。结构的抗震目标以规范规定为底线，根据实际情况可选择抗震设计目标。
传统的基于强度的抗震设计方法，主要是在确定合适的设防等级后，要
求结构的抗力[R]>[S](荷载效应)，这样结构物为抵抗地震动荷载，其受力构件尺寸就不得不加大，配筋率也相应提高。而传统的基于位移的抗震设计方法是指用量化的位移设计指标来控制结构物的抗震性能，这一量化指标即为延性系数，它的设计思想是首先确定结构的目标位移，再根据目标位移进行数值迭代反求结构的屈曲位移，反复进行直到满足给定的精度。也就是说，基于位移的抗震设计方法的设计顺序是位移→承载力，构件的强度、刚度及配筋等只是设计的最终结果。简单地讲，现行的《公路桥梁抗震设计细则》给出了两种地震动作用，其中的E1地震作用，对应于强度抗震设计，E2地震作用，对应于结构延性(位移)设计。不同于上述两种传统的抗震设计方法，基于性能的抗震设计设计理念，是抗震设计理念上的一次变革，涉及结构抗震设计的各个方面，与传统的设计理论相比主要体现了精细化、数量化和多样化(性能目标和设计标准) 的特点，最终将以经验为基础的设计上升到理性和定量的设计，代表了未来结构抗震设计的发展方向。
2.2 基于性能的抗震设计方法
基于性能的抗震设计内容主要包括：①科学的定义和确定地震危险性；
②结构在不同水平地震作用下损伤状态、性能水平、性能指标；③设计方法。在设计初始就明确结构的性能目标，并且使通过设计，使结构在设计地震作
用的反应能够达到预先确定的性能目标[2]。
基于性能的抗震设计方法主要包括：基于位移的设计方法、综合设计方
法以及基于可靠度的设计方法等。
(1)基于位移的抗震设计方法用位移作为设计过程的重要指标，将位移作
为结构性能的控制因素，在基于性能的设计中是较为理想的方法。直接基于位移的设计方法是首先对单自由度结构进行等效线性化处理，直接基于位移设计通过最大位移处的切线刚度Ke和非弹性反应滞回能吸收的等效粘性阻尼比ζeff来描述结构。然后根据相应的弹性设计位移反应谱和目标来确定结构的等效周期，以便确定结构的轻度。这种方法基于”等待结构”分析，由Shibata和Sozen提出。直接位移法是一种偏于结构性能的设计方法，设计概念简单，可根据在给定地震等级作用下预期的位移计算地震作用，进行结构设计，使构件达到预期的变形，结构达到预期位移。目前直接位移设计方法在单自由度体系抗震分析中已经取得了显著成果，但是对于多自由度体系，各自由度的位移需求不同，如何进行考虑，尚需要进一步研究。
(2)综合设计法以概率为基础，并充分考虑建筑物服役期的费效最优，是
最全面的结构基于性能的抗震设计方法。其基本思想是使建筑物在达到基本性能目标的前提下，理想的抗震设计应使总投资最少。因此设计应尽力把各级设防地震下每一性能极限状态的损失减到最小。综合设计法全面考虑抗震设计中的重要因素，最大程度的体现基于性能的抗震设计思想，从而能够提供最优的设计方案。综合设计法中，不同的桥型，简单体系的和复杂体系的其极限状态需要关注的内容是有区别的，其抗震体系的极限状态的确定就显得至关重要。
(3)基于性能的可靠度设计方法是由美国学者文义归等人提出，它是把可
靠度理论同基于性能的设计相结合的设计方法，引入基于Pushover分析的等效单自由度方法，提出了一致危险性反应谱的概念，把结构的两种概率极限状态(使用极限状态和承载能力极限状态)转化为相应的基于位移的确定性极限状态，并提出了两阶段可靠度的设计方法。基于性能的可靠度设计方法从根本说仍然是一种单自由度的设计方法，由于体系的可靠度与单个构件的可靠度是不同的，这种简化可能带来较大误差。
基于性能的抗震设计理论是抗震设计理论的一次重大变革，它目前仍处
于研究阶段，由于性能设计包含的内容很广，特别是在对地震动、结构的损伤状态及性能指标，目前的研究水平还很难达到对复杂结构物进行完全的性能设计。
2.3 各国规范采用的设计规范概述
美国西海岸、日本本州四岛及大洋洲沿岸国家均为地震多发地带，当前
美国和日本对地震工程的研究走在了地震研究的前列。
美国加州运输部30年代末即开始桥梁抗震规范的制订，1940年颁布了相
应的条文，即Caltrans规范。1965年在规范中引入了反应谱法，1974年引入延
性抗震思想，1999年出版了桥梁设计法则，采用基于性能的抗震设计思想， 强调非线性分析的重要性，引入了Push Over分析方法。而美国的各州公路工作者协会(AASHTO)规范中也于1943年引入了有关地震力的条款，1961年采用静力法计算地震内力，1975年将74年的C规抗震的内容纳入规范，1990年出版了AASHTO桥梁抗震指南，1994年将90年的指南追为规范条文进行出版，2005
年出版了最新的版本。
日本在关东大地震后的1923年颁布了道路建筑详细条例，其中包含有桥梁抗震设计条款，1939年颁布了《公路钢桥设计规范》，规定了抗震设计方法(静力法)。1956年和1964年两次修订《公路钢桥设计规范》，1971年出版了指导性质的公路桥梁抗震设计指导规范，1980年正式颁发了“公路桥梁设计规范，第五部分，抗震设计”，文中引入了钢筋混凝土桥墩变形能力校核，标志着日本由单一强度设计准则向强度延性双重设防转变，同时规范中还引入了动力反应分析的内容，1990年对修订了局部规范。阪神大地震后的1995年又对其桥梁设计规范进行了较大的修改，使之满足日本的抗震设计需求。
我国于1964年由中国科学院工程力学研究所编制了《地震区建筑设计规范》(草案) ，在规范中引入了反应谱分析方法；1974年我国颁布了建筑抗震设计规范；1978年我国完成《公路工程抗震设计规范》1977版；1986年钢筋混凝土道路桥梁开始采用极限状态法，与此相应《公路工程抗震设计规范》也做了修订，经过大量的专题研究、总结了大量的国内、外震害经验，借鉴了国外的有关规定，结合我国的实际情况，进行了反复讨论和修改，并于1989年正式颁布《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)；汶川地震后的2008年10月新的《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)作为公路工程抗震设计规范》的补充，纳入了许多新的抗震设计内容。89颁的《公路工程抗震设计规范》是一种基于强度的抗震设计方法，在2008颁的《公路桥梁抗震设计细则》中新增加了延性设计及抗震概念设计的要求，引入了减隔振设计的方法，同时明确和严格了桥梁抗震的具体措施，并对特殊桥梁的设计思想进行了较为详细的介绍。
不同国家的抗震设计规范中，抗震设防标准、地震作用、地震反应分析方法、抗震设计方法及必要的构造措施始终是各自规范制定的主线。同时各国规范或各行业规范之间相互借鉴、相互补充。在这些规范中反应谱分析方法、动力时程分析方法以及延性设计的思想大都被采用。日本的抗震规范及欧洲桥梁抗震规范均对桥梁的约束装置，桥梁的减隔振及耗能设计进行了尤为详细的介绍。
3 结论
本文从地震的成因开始，介绍了世界和我国主要的地震断裂带分布。接着结合近年来国内外几次大地震，阐明了土木工程结构物震害情况及其特点，并对其震害原因进行了细致分析。随后详细介绍了基于性能的抗震设计方法，对其设计原理、主要内容做了详尽的阐述。最后简要介绍了各国抗震规范的严格，及其抗震设计方法。
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地震工程学导论
1. 地震按成因可划分为: 构造地震、火山地震、塌陷地震、水库地震、人工地震。
2. 全球地震带: 环太平洋地震带，地中海-喜马拉雅地震带, 海岭地震带。
3. 地震波主要有体波和面波两种类型。体波包括纵波和横波，面波包括瑞利波和勒夫波。
纵波运动时，介质颗粒的振动方向与波传播方向一致；横波运动时，介质颗粒的振动方向与波传播方向垂直；勒夫波质点运动是水平的，且垂直于波传播方向；瑞利波传播时，介质颗粒的运动方式为竖直平面内的逆进椭圆。
λ=
μ=υE 4. 拉梅常数为1+υ1-2υE =2021+
υ=20，则纵波波速：α=横波波速：μ=4.63km/s 2.67km/s5. 近代地震仪一般由拾振器、放大器和记录装置三个系统组成。
6. 地方震级是标准地震仪记录到的震中距100公里处地面运动最大振幅（微米）的常用对
数值。里氏震级包括地方震级、体波震级和面波震级三种。
7. 某次地震后，推算地震矩为2.51×1029dyne ·cm ，试计算该次地震的矩震级。
矩震级等于M W =2 lgM 0/3-10.7，将地震矩代入公式，约为8.9级。
8. 地震烈度指某一地区的地面和各人工建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。
9. 基本烈度指未来50年内，一般场地条件下，超越概率10%的地震烈度。
10. 小震，也叫多遇地震。指的就是未来50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越
概率为63％的地震。相当于50年一遇的地震。多遇地震对应的烈度，称为众值烈度。 大震，也叫罕遇地震。就是在未来50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为2％～3％的地震，相当于1600～2500年一遇的地震。罕遇地震对应的烈度，称为罕遇烈度（大震烈度）。
中震，也叫偶遇地震、设计地震。指的就是未来50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为10％的地震。相当于475年一遇的地震。中震对应的烈度，即为基本烈度。
11. 影响地震烈度分布的因素: 震级和震中距, 震源的深度, 地震波传播所经过的介质特性,
局部场地近地表土层的性质, 建筑物本身的动力特性和施工质量.
12. 场地条件对地震烈度的影响主要包含两方面：场地土壤和局部地形。
13. I j =∑(n ?i )i
k =1m k
N j , I m I ∑=N j .
14. 地基破坏形式有边坡失稳及土体变形。结构破坏主要分为延性破坏和脆性破坏。
15. 地震活动的时间分布的两个指标分别是: 年平均发生率和间隔时间。
16. 地震动，是由震源释放出来的地震波引起的地表附近土层的振动。地震动的三要素分别是振幅、持时和频谱。
17. 影响地震动的因素包括震源、传播介质与距离、局部场地条件三类。震源的影响主要体现在震级大小和震源线性长度方面，传播介质与距离的影响主要体现之一就是地震动的振幅随着震源距增大而减小，局部场地条件对频谱形状有重要影响。
18.
仪器
地震仪
强震仪 使用者专业 地震 抗震 地震 强弱 弱 强 运转 连续不停 自动触发 记录 纸速 慢 快 放大 倍数 高 低 记录地震动量 位移 加速度 记录 重点内容 各种波形的到时与初动方向 全过程 设置 地点 基岩 各种场地与通频带 窄、低频 宽高、低
结构物上 频
19. 影响地震反应谱的因素主要包括：体系的阻尼比和地震动的加速度记录。
20. 地震反应谱可以理解为一个确定的地震动加速度记录，通过一个阻尼比相同但自振周期 T 不同的各个单自由度体系所引起的最大加速度反应与相应体系自振周期之间的关系曲线。傅里叶谱，只能反应地震动本身的频率特性，与结构物的概念没有任何联系。但反应谱不同，它表现的是地震波对单质点系所代表的结构物的最大影响，更具有工程上的意义。 对一条时程做傅里叶变换，得到的是一个傅里叶复谱。在每一个离散频率点处，都有一个确定的复数。根据这个复数的模，可以计算出该频率分量的振幅，根据虚部与实部之比的反正切可以计算出该频率分量的相位角。在频域上，傅里叶幅值谱只能表达每个频率分量的振幅信息，必须同时具备每个频率分量的相位信息，才能够完整地表达时程所包含的信息，才能够通过傅里叶逆变换唯一地还原时程。反应谱失去了地震动各频率分量之间的相位差信息，因此从反应谱不能再返回到地震动时程。
21. 地震动卓越周期：地震发生时，由震源发出的地震波传至地表岩土体，迫使其振动，由于表层岩土体对不同周期的地震波有选择放大作用，某种岩土体总是以某种周期的波选择放大得尤为明显而突出，使地震记录图上的这种波记录得多而好。这种周期即为地震动卓越周期。地震动卓越周期的实质是波的共振，即当地震波的振动周期与地表岩土体的自振周期相同时，由于共振作用而使地表振动加强。场地卓越周期：地震波在某场地土中传播时，由于不同性质界面多次反射的结果，某一周期的地震波强度得到增强，而其余周期的地震波则被削弱。这一被加强的地震波的周期称为该场地土的卓越周期，场地卓越周期只反映场地的固有特征。结构基本周期:指结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。结构基本周期与场地的卓越周期相等或接近时，在地震中可能发生共振，震害比较严重，反之震害就小，基本周期避开卓越周期可以减小地震作用。
23. 地震波的特性中对抗震工程有重要意义的量有: 地震波的最大振幅、持续时间、波数、震动周期及能量。
24. 地震活动性指的是地震发生的时、空、强规律。地震活动性分析依据的资料，包括地震地质资料、历史地震资料、仪器地震资料。
25. 超越概率是指某一场地未来遭遇到超过地震动给定值的概率。
26. 地震动危险性分析计算主要包括两个主要步骤：一是确定发生一次地震的地震危险性，另一是考虑多次发生地震的可能性来确定总地震危险性。
27. 第一，地震活动性区划，以地震的发生为指标，包括地震的发生、大小和次数，目的在于了解近代地壳构造和地震活动性的地理分布；第二种是震害区划，以地震造成的灾害为指标，目的在于为政府机构和社会团体提供资料，以便在土地利用和城市规划决策时作参考；第三种是地震动区划，以地震动的振幅、频谱和持时三要素为指标，目的在于用它来设计新建工程、鉴定并加固已建工程。
28. 地震小区划的目的是为了详细指出一个不大的地区内对工程抗震有重要影响的因素是如何影响地震动的，并在地图上标出考虑这些因素之后的地震动和其他影响。地震小区化分为烈度小区划、场地小区划、反应谱小区划、多指标地震动小区划.
29. 试述抗震概念设计的总体原则。
场地选择：尽量选择对建筑抗震有利的地段，避开不利和危险地段。
建筑的平立面布置：不应采用严重不规则的设计方案。
结构抗震体系：结构体系选取的基本原则：①应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；②应具备多道抗震防线，避免因为部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力；③应具备必要的抗震承载能力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力，使结构在遭遇罕遇地震时具有足够的防倒塌能力；④对可能出现的薄弱部位，如结构的局部削弱、竖向刚度突变等，应采取必要的措施提高其抗震能力；⑤结构在
两个主轴方向的动力特性宜接近，如自振周期等。
多道抗震防线：设置多道抗震防线，当第一道防线的构件在强震袭击下破坏后，后备的第
二、第三道防线的构件立即接替，抵挡后续地震动的冲击，保证建筑物最低限度的安全，免于倒塌。
刚度、承载力和延性的匹配：寻求不同性能水平下不同建筑部件的性能目标对强度、刚度、延性需求的合理统一；必要的承载能力和良好的变形能力的结合，使结构在地震作用下具有良好的耗能能力。
确保结构的整体性
防震缝的合理设置；建筑高度和高宽比等
非结构部件处理：在地震作用下，非结构部件参与工作，可能改变整个结构或某些构件的刚度、承载力和传力路线，产生出乎预料的抗震效果，或者造成未曾估计到的局部震害，因此自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。
30. 结构抗震设计理论的发展经历过静力理论阶段、反应谱理论阶段、动力理论阶段。动力理论阶段也称作时程分析法。时程分析特别是弹塑性分析一般需要较大容量的计算机才能完成，比较耗时。
31. 水平地震影响系数最大值，根据抗震设防烈度和设计基本地震加速度值来确定的。 特征周期的取值，根据场地类别和设计地震分组确定。
32. 三水准目标：小震不坏、中震易修、大震不倒。
两阶段设计：第一阶段设计，采用小震地震动参数计算地震作用，进行允许弹性变形验算，实现第一水准的设防要求。采用荷载分项系数的设计表达式进行结构构件承载力验算，近似实现第二水准的设防要求。第二阶段设计时，采用大震地震动参数计算地震作用，进行结构极限变形验算，实现第三水准的设防要求。
33. 我国防震减灾法要求地震应急预案具有下列规范性的内容：(1)应急机构的组成和职责；
（2）应急通讯保障；（3）抢险救援人员的组织和资金、物质的准备；（4）应急、救助装备的准备；（5）灾害评估准备；（6）应急行动方案等。这些内容可作为铁路、公路部门制定地震应急预案时的法规依据和参考。
34. 在铁路、公路部门，工程抗震是目前最有效、最根本的工程性措施；非工程措施包括运营期间的地震警报、制定防震减灾规划，以及抢险救援措施等减灾对策。
35. 剪力墙即钢筋混凝土承重墙（结构墙），承受常规竖向荷载和地震、风等侧向荷载，是重要的结构构件，其特点是刚度较大，靠大面积的总强度来抗震。
抗弯刚架一般用于钢结构，其刚度很小。在受侧力过程中，抗弯刚架将形成足够数量塑性铰吸收地震能量，依靠其大变形来抗震。
抗弯刚架不同时具有刚度和抗震能力，常与斜支撑联合使用。抗弯刚架承受竖向荷载，抵抗弯矩；斜支撑承担侧向剪力。
36. 震害现象有：由于滑坡或填土下沉导致桥台桥墩滑移；由于墩台滑移量过大或桥梁纵向振动引起落梁；由于地基失效或具有良好基础的桥梁由于振动过大产生的桥梁墩柱破坏；由于地基失效或结构振动引起的支座破坏。
桥梁结构抗震设计特点：为保证应急交通需要，要求在短期抢修后能通车，加强防止落梁的工程措施；桥梁选址重视地质条件，选择合理基础及桥梁结构形式，尽量避免过大的桥梁斜交角度；加强桥梁结构延性设计，防止脆性破坏。
37. 建筑抗震设计应包含三个层次：抗震概念设计、抗震计算和抗震构造措施。抗震概念设计就是根据地震震害的经验和教训所形成的关于结构抗震设计的基本原则和设计思想，在建筑结构的总体布局并在确定结构构件细部构造上得到的一些基本措施；抗震计算就是运用已经形成的抗震计算理论对结构进行抗震计算得到结构构件的地震作用，进行荷载组合后对结
构构件进行截面设计和节点的设计；抗震构造措施就是在利用已经被震害证明行之有效的一些构造措施来保证结构的整体性、加强结构局部薄弱环节等，以保证结构抗震计算的有效性。
建筑抗震概念设计的总体原则，一般包括以下部分：注意结构场地选择，把握结构体型，选取有利的结构抗震体系，利用结构延性，设置多道抗震防线，妥善处理非结构构件，注重建筑材料的选择和施工质量等。
38. 地震次生山地灾害主要有地震触发的崩塌、滑坡、泥石流等，汶川地震同震山地灾害以崩塌、滑坡为主，震后次生山地灾害以泥石流、滚石为主。此外，地震形成堰塞湖也可视为一种特殊地震次生山地灾害。
39. 地震同震触发山地灾害的成因特点是地震作用力是造成斜坡物质失稳的主要因素。震后次生山地灾害的特点是地震使强震区成灾环境发生变化，但灾害的直接诱因还是降雨、人工扰动等因素。
地震工程学概述
地震工程学概述
胡聿贤先生认为《地震工程学》是沟通工程地震和结构抗震学科间的桥梁。
随着地震工程理论与实践的发展，地震工程学所涵盖的领域越来越宽。以工程地震和工程抗震为核心的地震工程学正朝着系统减灾的方向迈进。全面把握地震工程学研究领域的众多细节的越来越困难，学习基础性的理论体系尤为重要，它是我们在更加尖端的前沿领域开展研究工作的前提。
1 地震灾害
2 地震工程学的研究内容
3 地震工程学的发展概况
4 地震工程学的特点
5 地震工程学与相关学科的关系
1、地震灾害
地震是人类面临的主要自然灾害之一，在过去的20世纪里，因地震死亡人数平均每年达到17000人，即使不包括唐山地震的人员伤亡，平均死亡人数也达到10000人/年。地震造成的灾难是多方面的，以多种方式引起结构物破坏和人员伤亡，从房屋倒塌到火灾、海啸、瘟疫、滑坡。
20世纪地震灾害造成的绝对死亡人数没有减少的趋势，当然考虑到人口的增长，死亡人数占总人口的相对比例在下降。
由于城市化进程的加快，地震灾害造成的经济损失和保险损失增长迅速。1995年阪神地震造成1000亿美元的损失，预示着如果地震发生在东京、洛杉矶、旧金山等其他更大的城市时，损失会更大。
东日本大地震
2011年3月11日（星期五）世界标准时05时46分23秒，即日本标准时间14时46分23秒，震中位于仙台市以东的太平洋海域约130km处，距日本首都东京约373千米。按日本气象厅震度阶级计算方法计算，此次地震震级为矩震级规模8.8级。地震发生之初，美国地质调查局发布此次地震的规模为矩震级规模7.9级，后数次将震级修正为8.1级、8.8级、8.9级，再于3月13日上午与日本气象厅共同修订至9.0级。
日本东北地域太平洋沿岸及北海道东部沿岸都受到了海啸的侵袭，高度最高达40.5米。日本气象厅对东北、关东太平洋沿海地区发出大海啸警报。宫城县、岩手县、福岛县等地遭到地震过后海啸，沿海地区遭到毁灭性的破坏。
截至日本时间12月29日，地震造成至少15,846人死亡、3,320人失踪、伤者6,011人，遭受破坏的房屋1,135,446栋，为日本二战后伤亡最惨重的自然灾害。损失总额约1.36万亿人民币。 （东日本地震已发现15848具遗体，3305人仍下落不明）
汶川地震
2008年5月12日14时28分04秒，四川汶川、北川，发生8级强震。这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震。此次地震重创约50万平方公里的中国大地！为表达全国各族人民对四川汶川大地震遇难同胞的深切哀悼，国务院决定，2008年5月19日至21日为全国哀悼日。自2009年起，每年5月12日为全国防灾减灾日。
汶川地震宏观烈度与等震线
2008年5月12日14时28分，四川汶川发生8.0级地震，截至2008年9月25日12时，已确认374643人受伤，69227人遇难，失踪17923人。遇难和失踪人员达到87150人。
1997.1-2012.2.117-
世界地震带
地震震中分布集中的地带，称为地震带。从世界范围看，有些地区没有或很少有地震，有些地区则地震频繁而强烈。地震带往往与活动性很强的地质构造带一致。
据世界震中分布规律，大体可以划分以下几个地震带：
(1)环太平洋地震带 全世界约80％的浅源地震，90％的中源地震和几乎全部深源地震都发生在这一带。所释放的地震能量约占全世界能量的80％，但其面积仅占世界地震总面积的一半。
此地震带，在太平洋西部大抵从阿留申群岛，向西沿堪察加半岛、千岛群岛，至日本诸岛、琉球群岛，至我国台湾岛，过菲律宾群岛、伊里安岛，南至新西兰为止。在太平洋东部，大致从阿拉斯加西岸，向南经加里福尼亚、墨西哥（在中美有一分支，称为加勒比或安的烈斯环）、秘鲁，沿智利至南美的极南端。这一带也是著名的火山带，它与中、新生带褶皱带和新构造强烈活动带是一致的。
(2)地中海—喜马拉雅地震带 这是一条横跨欧亚大陆，并包括非洲北部，大致呈东西方向的地震带，总长约15000km、宽度各地不一，在大陆部分常有较大的宽度，并有分支现象。太平洋地震带外几乎其余的较大浅源地震和中源地震都发生在这一带。释放能量占全世界地震释放总能量的15％。
此地震带西起葡萄牙、西班牙和北非海岸，东去经意大利、希腊、土耳其、伊朗至帕米尔北边，进入我国西北和西南地区；南边沿喜马拉雅山山麓和印度北部，又经苏门答腊、爪哇至伊里安，与环太平洋带相接。这一带也有许多火山分布。
(3)大洋中脊（海岭）地震带
①大西洋中脊（海岭）地震带 自斯匹次卑尔根岛经冰岛向南沿亚速尔群岛、圣保罗岛等至南桑德韦奇群岛、色维尔岛，沿大西洋中脊分布，向东与印度洋南部分叉的海岭地震带相连。
②印度洋海岭地震带 由亚丁湾开始，沿阿拉伯—印度海岭，南延至中印度洋海岭；向北在地中海与地中海—南亚地震带相连；向南到南印度洋分为两支，东支向东南经澳大利亚南部，在新西兰与环太平洋带相接；西支向西南绕过非洲南部与大西洋中脊地震带相接。
③东太平洋中隆地震带 从中美加拉帕戈斯群岛起向南至复活节岛一带，分为东西二支，东支向东南在智利南部与环太平洋地震带相接；西支向西南在新西兰以南与环太平洋地震带和印度洋海岭地震带相连。以上三带皆以浅源地震为主。
(4)大陆断裂谷地震带 分布于一些区域性断裂带或地堑构造带，主要有东非大断裂带，红地堑，亚丁湾及死海，贝加尔湖以及太平洋夏威夷群岛等。此带主要为浅源地震。
中国主要地震带
我国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育。20世纪以来，中国共发生6级以上地震近800次，遍布除贵州、浙江两省和香港特别行政区以外所有的省、自治区、直辖市。
中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。1900年以来，中国死于地震的人数达55万之多，占全球地震死亡人数的53%；1949年以来，100多次破坏性地震袭击了22个省(自治区、直辖市)，其中涉及东部地区14个省份，造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的54%，地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。地震及其他自然灾害的严重性构成中国的基本国情之一。
中国地震主要分布在五个区域：台湾地区、西南地区、西北地区、华北地区、东南沿海地区和23条地震带上。 我国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。这五个地区是：①台湾省及其附近海域；②西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部；③西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓；④华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、山东中部和渤海湾；⑤东南沿海的广东、福建等地。
我国的台湾省位于环太平洋地震带上，西藏、新疆、云南、四川、青海等省区位于喜马拉雅-地中海地震带上，其他省区处于相关的地震带上。中国地震带的分布是制定中国地震重点监视防御区的重要依据。
? 世界十大自然灾害（据联合国，1947-1980）
热带气旋（飓风、台风）、地震、洪涝、雷暴与龙卷风、雪灾、
火山爆发、热浪、雪崩、滑坡、潮汐与海啸
? 中国是受灾最严重的国家之一
人员损失巨大（7/17次 5万人， 4/4次20万人）
分布广
成灾比率高
? 近年来的三大自然灾害
地震、风灾、温室效应（极端气候）
2、地震工程学的发展概况
地震工程学的发展是随着人们对地震灾害认识的不断深入和科学技术的进步而推进的，经济和生命的代价也激励人们不断提高抵御自然灾害的能力，在顺应自然的前提下达到征服自然，较少损失，减轻灾害。可以说地震的不断发生推动了地震工程学学科的发展。
（1）20世纪前的地震事件
历史上最早一条关于地震的记载在公元前1831年（1652年），“夏帝发七年泰山震”（胡聿贤）
132年汉代人张衡（78-139）发明侯风地动仪；
1556年1月23日（明嘉靖34年12月）陕西关中大地震，“……压死官吏军民奏报有名者八十二万有余”
1755年11月1日，葡萄牙里斯本发生地震，法国、瑞士、意大利北部乃至欧洲大部地区均有震感，地震引起了火灾、海啸等次生灾害，60000~100000死亡。从科学的观点看，地震后房屋结构的设计有所改变。
1755年11月18日，马萨诸塞州首府波士顿附近发生地震；
1811-1812年，New Madrid County, Missouri，USA，发生震群型地震；
1857年1月9日，加利福尼亚发生地震；
1886年查尔斯顿地震，铁轨弯曲，火车被掀翻；地基土液化
（2）20世纪早期的地震事件
1906年4月18，旧金山地震
加里福尼亚洲历史上最严重的地震，也是地震工程学发展史上最重要的地震之一。地震造成了被观察到的最长断层破碎带（430公里），最大水平位移达到6.4米，跨越断层的道路中断，水管破裂。
地震及引起的火灾造成2000余人死亡，财产损失达5.24亿美元。由于水管破裂，无法保证消防用水的供应，大火燃烧了3天，旧金山地区28000栋房屋被毁，80%是由于火灾所致。人们不仅关注地震对结构物的影响，同样关注火灾对结构材料的影响，详细的灾害调查表明：体型较好的建筑物没有严重受损，如果有较好的防火性能，则能在地震和火灾后幸存。该地震给人们留下了一下经验：
1. 钢及钢筋混凝土房屋在较大的地震中受损较轻微；
2. “大地震将会在50-100年重现，期间没有地震发生；火灾将造成严重的损失；
3. 加州的房屋抗震设计规范并未因此次地震事件而修改，抗震设计；
该地震导致：
1. 开启了地震作用（效应）方面的现代研究和记载;
2. 瑞德的弹性回跳学说产生, 20世纪60年代成为板块构造学说的一部分；
3. 地震周期的概念.（活跃期、平静期）
4. 美国地震学会成立–(BSSA)
1908年12月28，意大利 墨西拿地震
1908年发生在意大利西西里岛第二大城市墨西拿的一场7.5级的大地震，地震引发近海掀起局部浪高达12米的海啸。是欧洲有史以来死亡人数最多的地震和海啸。
地震发生在当地时间1908年12月28日凌晨5时25分。震源位于墨西拿附近的海底，地震波及了墨西拿海峡对岸的雷焦卡拉布里亚。两座城市均被毁，大地下陷了0.6米，墨西拿人
口的一半约7.5万人丧生。
巨大的人员伤亡，促使政府指派9位有经验的工程师和5位教授研究地震，制定工程抗震设计的建议。
1. 开启了实用的结构抗震设计时代;
2. 第一部采用等效静力法进行抗震设计的建议（第1层的设计水平力为 1/12楼层以上建筑物重量；2、3层的设计水平力为1/8楼层以上建筑重量）；
1923年9月1日，日本关东地震
日本处于四大板块（欧亚、太平洋、菲律宾、北美）交汇处，地震活动频繁。1923年9月1日11：58am，关东地震发生。
尽管相模湾的海滨以及房总半岛也遭受地震、3-6米海啸，以及地面抬高2米等灾害的重创，但横滨和东京等城区受灾最为严重.
地震发生在中午做饭时间，因而引起大火，同时由于炎热，干燥和大风等天气条件，加之水管破裂，消防用水短缺，因而引发了严重的火灾。关东大地震开启了地震工程研究的新时代：
1. 早期的基础隔震技术 – 柱底采用球形摇轴支座(Riuitchi Oka, 岡 隆一)
2. 柔性建筑物得到认可. (Kenzaburo Mashima, 眞島 健三郎)
砌体结构抗震性能最差，其次是钢筋混凝土结构，钢结构和木结构都具有较好的抗震性能。
3. Dr. Tachu Naito(内藤多仲)赞同采用刚性建筑物，他认为抗震设计的三个重要因素是： 结构刚度, 合理的横向力分配, 减小弹性振子的自振周期，使其小于地震的可能周期.
关东大地震后，建筑规范随即得到改进，并在横滨和东京的重建中生效。
1. 限制木结构建筑物最大高度，增加支撑;
2. 砌体结构需要增加胸墙;
3. 钢结构建筑增设附加支架或支撑，以增加柱与梁连接的刚度；
4. 改进钢筋混凝土结构的细部设计.
1925年圣芭芭拉地震，1933年长滩地震
圣芭芭拉地震发生于6：42am，人们大多没上班，因此尽管主要商业街的建筑大多受损，部分倒塌，但没有造成更多的人员伤亡。
由于不利的地质条件，结构抗震性能差，地震损失加重。房屋倒塌，其中校舍普遍受损严重，造成大量学生伤亡。
这两次地震损害虽不太严重，但对工程和建筑规范的进展产生了积极影响：
制订了第一部包含抗震规定的现代规范: UBC-1927（尽管是非强制条款）
研制了强震仪（1931完成设计，1932使用），并于1933年长滩地震中获得有史以来第一条强震记录，具有里程碑意义。
由于大量没有加筋的砌体结构在长滩地震中毁坏，尤其是一些校舍，使得加州采纳了一下规定：
1 禁止修建没有加筋的砌体结构；
2 加州的所有建筑必须满足强制性抗震要求：即提供相当于结构重量3%的横向强度；洛杉矶8%。
3 校舍的结构设计，平面布置，监理有了严格的标准。为加州的结构工程实践以及后来各类建筑物的建筑规范要求提供了借鉴。
（3）20世纪中期的地震事件
1952年7月21日加州Kern县地震
地震致使46厘米厚的钢筋混凝土隧道墙体开裂，两隧道出口缩短约2.5m，钢轨弯曲成S型曲线。
新一代结构工程师和地球科学家对地震进行了详细的调查，几年后发表“加州工程师协会推荐的横向力需求”（蓝皮书）。成为第一本美国地震区的关于抗震要求的规范，此后成为世界各国竞相效仿的关于抗震需求和建筑设计的规范。
1960年5月22日智利地震
这是一起记录到的最大地震，矩震级为9.5。地震引起的海啸造成了智利海岸的毁坏，也给夏威夷和日本带来了严重的人员伤亡和财产损失；同时地震引起的地基下陷永久改变了该地区大部分的海岸线，引起内涝；地震47小时后，引起火山喷发。
1952年在加州大学洛杉矶分校召开了”地震和爆炸效应对结构物的影响交流会”.
1956年在加州大学伯克利分校召开了首届”地震工程国际会议”。
1960年在第二届WCEE上，建议成立国际地震工程协会(IAEE)，作为IAEE的官方期刊，1972年地震工程研究领域最有影响的刊物“地震工程与结构动力学”(EESD)创刊。
（4）第一个转折点
1964年3月28日阿拉斯加地震
地震持时达到3分钟，地震引起滑坡。
竖向位移（与海平面的相对位移）从抬高11.5米到下陷2.3米，绝对位移大约是13-15m。地震引发的海啸浪高达到67m，给阿拉斯加海湾，加拿大和美国西海岸造成了损失。
阿拉斯加地震有两个显著影响：
影响程度大，范围广。地理效应促进了美国地球科学的发展，此地震的记录文件比较完善； 地震对现代结构的影响(剪力墙的抗震作用)，给结构工程师以警示，为建筑规范在后续的十年中的主要变革提供了思路。
1964年6月16日日本新潟地震
此次地震的真正意义在于对某些显著失效的原因的技术调查及判别-----地基液化（一个在多次大地震中出现的自然现象）。
1971年2月9日加州圣费尔南多地震
尽管新建建筑满足抗震设计规范，但由于建筑柱缺乏横向约束，导致破坏。其他地上和地下公共设施都受到损坏。尽管没有观察到明显的断层，但地裂缝和滑坡导致了广泛的破坏。
加州圣费尔南多地震对工程师的影响不在于人员和经济的损失，而是：
1 工程师对于现代建筑在中等强度的地震下发生破坏感到震惊；
2 该地震得到约100条强震记录，使强震记录数量增加了一倍。
新动向：
上述地震使得岩土和结构工程师认识到：建筑规范需要改进，现役结构需要增加减轻地震灾害的措施。在19世纪70年代：
UBC规范在1973，1976年进行了修订，增加了横向力需求，修订了屋顶-墙间有缺陷的细部构造以及钢筋混凝土柱的横向钢筋间距。
ATC着手起早新的建筑抗震规范；
对液化现象的调查，很快出现了实用的分析液化可能性的工程工具；
注重城市地区电力，水和其他基础设施地震危险性的生命线地震工程的诞生；
美国启动了坝体安全性计划；
1977年，1977地震灾害减轻行动，95-124法案获得通过。
（5）第二个转折点
1985年9月19日墨西哥米却肯地震
此次地震极不寻常，并应其广泛关注的原因是距震中400公里的墨西哥中心城区遭受重创，大量人员伤亡，这在通常情况下是不可能发生的。究其原因：
1、这是一个强远震（M=7.9），高频成分大大衰减，在墨西哥城坚硬土上记录到的PGA仅为0.03-0.04g，但长周期部分的地震波在到达该地区时仍具有巨大的能量；
2、本身独特的地质构造，墨西哥城地处一个被活火山包围的盆地，排水均被收集其中：a. 市区西部为山麓小丘区，坚硬场地；
b. 湖区，由火山灰沉积而成，软弱场地，具有较大的弹性应变能力，自振周期约为2s； c. 变化区
3、墨西哥老城及许多高层建筑均位于湖区，如果没有好的基础，建筑物的沉降极大，因而造成破坏；
4、远震的长周期与场地的卓越周期匹配，因而得到放大，在过渡区与湖区边缘实测的PGA为0.18g；
5、软弱场地上被放大的地震动作用于自振周期为1.0-1.5的建筑结构上，致使其发生损伤或者刚度降低，结构周期进一步延长，与放大的反应谱发生二次共振。
1988年12月7日亚美尼亚地震
1970年代建造的现代混凝土房屋在此次地震中遭受了严重破坏，而不是当地占主要的建筑形式-----老式的未加筋的石砌房屋。原因是面对住房短缺和城市化浪潮，规划者降低了新的多层建筑标准，将建筑高度从5层提高到9层。
两次地震后，高层建筑的安全性问题突出。
1989年10月17日洛马.普里埃塔地震
下午5时04分（星期二），地震持时20s，由圣.安德烈斯断层发生破裂引起。震中区引发了大量的滑坡，奥克兰、旧金山地区发生了砂土液化和海啸。严重的灾害包括：
1、奥克兰的一座双层桥梁倒塌；
2、旧金山-奥克兰海湾桥有一孔落梁；
3、旧金山地区许多房屋倒塌，伴随着火灾；
由于许多人回家观看比赛，故人员伤亡损失较小；
1994年1月17日北岭地震
在震级、发震时间、发震日期等方面与1971年圣费尔南多地震类似，主震后的几周时间内伴随着大量的余震。一些场地上实测的最大加速度超过了1.0g，最大为1.8g。
Caltrans投资计划在2000年前加固加州境内的所有桥梁；
加快了洛马地震后启动的项目；
联邦政府在减灾的研究方面加大了资金投入，如钢节点；一些大学也加快了他们的加固项目；
1995年1月17日阪神地震
民居破坏严重；
神户市中心商业区三宫附近的中层建筑（6-12）倒塌严重，由于受到垂直于断层的长周期速度脉冲的作用，破坏多是朝北的！神户中心区60%的房屋受损，20%的房屋完全倒塌或部分倒塌。
大阪与神户间有阪神高速和湾岸高速，地震中致使阪神高速（建于1960年代中后期）发生严重破坏，近500米桥梁全部垮塌。
高架的铁道结构和车站受到不同程度的破坏，地下结构、港口受损。引发火灾
1999年8月17日土耳其地震
地面沉降与砂土液化
生命线工程（电力，通讯、铁路、公路、煤气及水管道）抗震
马尔马拉地区的迅速发展修建了众多不规则建筑，导致了不合理的横向力体系，具有空心粘土瓦填充的无延性钢筋混凝土框架，与薄弱层共同作用导致了薄煎饼式的损毁。
1999年9月21日台湾地震
许多高层建筑受损（由于薄弱层的影响），断层错动。
2001年1月26日印度地震
Earthquake engineering is the scientific field concerned with protecting society, the natural and the man-made environment from earthquakes by limiting the seismic risk to socio-economically acceptable levels. Traditionally, it has been narrowly defined as the study of the behavior of structures and geo-structures subject to , thus considered as a subset of both and engineering. However, the tremendous costs experienced in recent earthquakes have led to an expansion of its scope to encompass disciplines from the wider field of and from the , especially sociology, political sciences, economics and finance.
地震工程学是一个在社会经济可接受的水平上限制地震风险，关注保护社会、 自然和人为的环境的科学领域。传统意义上，它被狭义地定义为研究承受地震荷载时结构和岩土结构的行为，因此被视为结构工程和岩土工程的一个子集。然而，近期地震带来的巨大经济损失，使得其研究范围得以扩大，涵盖更广泛的土木工程领域和社会科学领域，特别是社会学、 政治学、 经济学和金融学科。
The main objectives of earthquake engineering are:
Foresee the potential consequences of strong on and civil
infrastructure.
? Design, construct and maintain structures to at earthquake exposure up to the
expectations and in compliance with . ?
地震工程的主要目标是：
预见到城市地区和民用基础设施上的强震作用下的潜在后果；
按照建筑法规设计、 建造和维护结构，使其在地震作用时达到预期的抗震性能。
冈本（1973）：地震工程学是由广泛的知识，包括：地球物理、地理学、地震学，振动理论，结构动力学、材料动力学、结构工程和施工技术等的集成。更确切的说，地震工程是运用这些知识去达到一个目的：保证结构物在地震中的安全。
豪斯奈（1984）：地震工程学是包含为减小有害地震影响而采取的所有的非技术和技术努力。有害地震影响包括生命安全、以及社会的、经济的和其他后果。
胡德生（1988）：地震工程学已经很快从以过去地震的经验为基础的研究发展成为以一个知识体系为科学依据的工程领域。
克拉夫（1992）：地震工程学是一个在设计建筑结构、生命线系统和其他特殊结构时，以合理的代价换取可以接受的地震安全水平。
德维多维奇（1992）：地震工程学的目标就是定义抵御可能地震作用的有效方法。第一个目的就是保护生命和建筑物安全，但是减少经济损失也越来越重要。
胡德生（1992）：地震工程学包含着非常广泛的活动：社会的、经济的、政治的以及科学技术的。所有这些方面都是为地震工程的总目标服务--防止地震成为灾难。基础的研究发展成为以一个知识体系为科学依据的工程领域。
地震工程包含着从科学与工程的不同分支而来的多学科领域，其目标是把地震危险控制在社会和经济可以接受的水平。
研究内容
1. 地震动
地震动作为结构动力分析的输入，是工程结构动力性能与抗震减灾理论的基础，是地震工程学与地震学的交叉点。地震工程学侧重于从地震地质背景、强震观测、地震动特性、地震动模拟、震害现象分析等方面来关注地震动。而地震学则侧重于震源物理机制及模拟，震相分析、地震的强度及分布规律来研究地震动。
2. 工程结构地震反应
工程结构地震反应包括抗震试验与理论分析两项内容，通过试验（静力试验、拟动力实验和动力试验）现象获得对结构构件或结构物动力性能的了解，以指导抗震设计，具有直观、费用昂贵的特点。而理论研究则主要以结构动力学、土动力学、随机振动理论，动力可靠度理论等为基础，通过仿真分析研究结构体系的抗震性能，具有可反复，费用省的特点。
3. 抗震减灾理论
抗震减灾理论包括：抗震设计理论、结构振动控制理论、地震危险性分析、震害预测理论、防灾规划、灾害控制理论，其目的是为了减轻和控制地震灾害。
特点
地震工程学属于综合型应用学科，除具有应用学科的一般特点外，还包括：
地震工程学是一门理论与实践结合的学科，除了需要系统的理论知识外，还有赖于强震观
测、震害经验和试验研究等经验背景；强震观测是研究地震动的基础，也是进行结构动力试验的主要依据；对震害经验的总结，是人们进行抗震设计、完善抗震技术和开拓研究领域的重要依据；试验研究是丰富地震工程学内容，改进和完善地震工程学理论的有力手段。
地震作用是动力荷载，与静力荷载相比：
1）荷载大小与结构动力特性（质量分布与刚度分布）有关；
2）真实的地震荷载时一种不规则的循坏往复荷载，其解具有时间概念；
3）具有更大的随机性，导致抗震设计不能完全依靠强度安全储备。
由于地震作用在强度上的不确定性，结构物可能在未来强震中进入塑性状态，因而结构非线性地震反应分析是地震工程学的一个研究热点，尤其是考察往复荷载作用下结构累积损伤的非线性变化过程。此外，随着地震动差动台阵强震数据的丰富和大跨度空间结构的修建，考虑复杂地震动输入的结构反应成为地震工程学领域研究的新热点。
由基于随机振动理论的结构动力可靠性理论、与结构隔震、减震技术相关联的结构振动控制理论和议灾害预测学、系统运筹学和系统控制论为基础的防灾规划论的萌芽，标志着地震工程学的发展已经进入到一个新的阶段。
地震问题的本质：灾难及预备状态
产生地震灾难的因素：
地震地面运动的强弱；
人口及经济发展的规模与分布；
对地震来临的准备程度。
地震危险性的定义、评估与控制
某一个场地、不同场地或建筑物指定的寿命期间，，地震造成的社会或经济后果等于或超过某个特定值的可能性。
评估和控制某一场地地震危险性，需要以下步骤：
1、估计场地的地震活动性；
2、预测主要影响地震危险性的地震地面运动；
3、评价这些地震地面运动是否会产生下述潜在危险；
4、预测这些地震地面运动是否会导致地基失效；
5、评估设施体系的性能；
6、评价是否可能出现下面的事件；
7、投资收益分析。
地震工程学与地震学
二者都以地震为研究对象，关系密切，类似于细菌学与医学、水文学与水利工程之间的关系。即后者需要以前者的研究成果为基础，前者需要从后者去实现其最终目的。
地震学研究地震动，主要是通过宏观调查，研究其强度及分布规律，并结合地质构造环境，预测和模拟未来地震；而地震工程学则从工程着眼，在了解未来发生地震的时间、强度、频度和地点的前提下，进行结构物抗震设计，以确保安全。
地震学研究的主要目标是地震本身而不是地震动（地震震源和地球介质的特性）
地震工程学的研究目标是地震动本身（三要素），是地震动与结构振动之间的关系，而不是或主要不是地震本身。
地震工程学与土木工程学
土木工程学是一个古老的学科，地震工程学可以认为是它的一个新分支。地震工程学的发展过程中，受到土木工程需要的推动。
地震工程学与社会学
地震引起的损失，除直接经济损失外，还有社会经济损失等多方面间接损失，大地震影响
范围广，灾害影响到人们生产、生活的各个方面。为了有效的减轻地震灾害造成的损失，可以从地震工程和社会组织两方面采取预防措施，有效的社会组织，如地震知识宣传、强化防震减灾意识、加强抗震救灾组织，应急预案和快速的应急响应体系是减少人员伤亡、尽早恢复生产和正常生活的有效途径。
课程的主要参考资料包括：
胡聿贤，《地震工程学》，地震出版社，1988
李杰、李国强，《地震工程学导论》，地震出版社，1992
A.K. Chopra, Dynamics of Structures: Theory & Application to Earthquake Engineering, Prentice Hall, 2000
W.F. Chen, Earthquake Engineering Handbook, CRC, 2003
Yousef Bozorgnia, Earthquake Engineering-From Engineering Seismology to Performance-Based Engineering, CRC, 2004
W.F. Chen, Earthquake Engineering for Structural Design, Taylors, 2006
Charles K. Erdey, Earthquake Engineering-Application to Design, John Wiley, 2007
R. W. Day, Geotechnical Earthquake Engineering Handbook, McGraw-Hill, 2002
I Codes and Specifications on Seismic Design
Federal Highway Administration (FHWA)
Caltrans
AASHTO
II Earthquake Information (Earthquake Ground Motion Database) (PEER, USA) (NIED，Japan) (NCEDC, USA) (NEIC, USGS,USA)
III Research on Earthquake Engineering
Caltrans
EERC (Earthquake Engineering Research Centre)（Berkeley, CA） (Abstract can be accessed)
EERL(Earthquake Engineering Research Laboratory, Pasadena、CA)
EERI (Earthquake Engineering Research Institute, USA)
PEER (Pacific Earthquake Engineering Research Centre)
DPRI (Disaster Prevention Research Institute, Japan) (Many useful links)
独立行政法人 土木研究所（Japan）
IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology, USA) NCREE (国家地震工程研究中心, 中国台湾)
期刊目录：
Bulletin of the Seismological Society of America
Earthquake Engineering and Structural Dynamics
Earthquake Spectrum
Bulletin of Earthquake Engineering
Journal of Earthquake Engineering
地震学报
地震工程与工程振动
建筑结构学报
土木工程学报
Proceedings of World Conference on EE.
(1956 第1届旧金山，2008 第14届 中国北京 2012 第15届 葡萄牙里斯本)
……
由于时间关系，讲稿中的引用的图片未注明出处，特此声明！
第一章 地震工程学的早期发展和当代目标
1.1 绪论
1.2 地震工程学的诞生与成长
十九世纪后期诸多事件和1906旧金山大地震的重创
1908墨西拿大地震与1923关东（东京）大地震
1925—1933年的发展 1933美国长滩大地震的重创
1933—1959年：建筑规范标准的发展
EERI(美国工程地震研究所)的建立
1952年和1956年的会议
1960年以来结构动力学在地震工程学上的应用
1960年国际地震工程学联合会的建立
关于美国地震工程学早期发展的进一步阅读材料
1.3 自从1960年以来的地震工程学
地震工程学的概念与目标的发展 地震认识、地震灾害与设防的现实 地震风险的概念，
评测与控制 地震工程学的跨学科性
1.4 地震工程学最近的事件、发展与未来的挑战
1.5 结束寄语
1.1绪论
本章节介绍了特别是美国的地震工程学的早期发展，简短地谈到了1960年以前影响地震工程学发展的重大事件，以及对地震问题的认识，导致发生地震灾害的影响因素和地震设防的重要性。之后的内容包括了自从1960年发生的各种影响事件，地震工程发展与取得的进步，还谈及了地震工程学的未来挑战，以及最后附上的结束寄语
1.2地震工程学的诞生与成长
本节简短的讨论了特别是美国地震工程学的历史，由于地域范围的限制，地震工程学的全史超出了本章的范围；由此只选择性的讨论了与地震工程学联系密切的事件与人物。仅谈论美国地震工程学的发展而不提及他国的重要发现显然是不可能的。因此，会概述某些他国重要密切的发现。
根据哈德森（Hudson、1992）的说法，地震工程学既是一个古老的事物也是一个新鲜的事物。如果说，地震工程学是人类有意识的提高人造建筑的抗震能力的尝试的话，那这的确很古老，中国3000多年的地震史就验证了这一点。另一方面，如果被看作多学科共同努力下的科学成果的话，相对的这又是一个新鲜事物。通过本章节，我们强调的是要关注地震工程学的现代科学性。
正像许多学者（比如豪斯那（Housner，1984）；Usami，1988；哈德森Hudson，1992）表达的，根据EE的定义，很难确定一个精确的地震工程学发展的时间表。但是，不同时期发生的事件和活跃活动都和地震灾后调查，抗震设计方法和抗震设防的改善相关联，这已经确认的了；讨论即以此为开始。
1.2.1 十九世纪后期诸多事件和1906旧金山大地震的重创
十九世纪晚期至20世纪早期，对地震及其效应的兴趣开始在日本，意大利和美国（特别是加州）（弗里曼Freeman，1932；豪斯那Hounser，1984；Usami，1988；哈德森Hudson，1992；Elnashai，2002）兴起。这主要是由当时一系列的大地震导致的，比如1855年日本江户（东京）地震（Usami，1988），1891年浓尾地震（豪斯那Hounsner，1984）和1923年关东地震，1906年美国加州的旧金山大地震，1908年意大利的墨西拿大地震。
援引胡聿贤书中的记叙：
地震工程学始于19世纪末，当时欧洲的一些工程师建议取一定结构百分比的结构自重作为侧向荷载进行结构设计。这个抗震设计的观点在20世纪初在日本被采用，并得到了发展。
Usami（1988）的叙述：
以日本为例，我个人认为地震工程学的实践始于1885年袭击东京（当时还叫做江户）的那场强烈地震。第二年，出版了一本手册，列举了一些灾后防火的方法，并有图示，还给出了明确实用的通过在木屋中安装三角形截面的斜撑提高抗剪能力的方法。
还有，Usami(1988)还写道：
1914年，一个叫佐野的日本工程师，发展了一种拟动力方法，我们现在称作地震系数法，用来对木结构，砖砌体，钢筋砼结构和钢结构进行抗震设计。佐野的研究，房屋抗震设计方法的论文被发表，开启了日本地震工程学的定量研究。
正如豪斯那（Housner，1984），博尔特（Bolt，1996及本书第二章）和埃尔纳塞（Elnashai，2002）所指出的，在十九世纪，一批英国工程师对地震产生兴趣，并在了解地震上做出了显著的贡献。他们包括 罗伯特马莱（Robert Mallet，土木工程师），约翰米尔恩（John Milne,采矿工程师）以及詹姆斯尤因（James Ewing）和托马斯格雷（Thomas Grey，均为机械工程师）。事实上，是罗伯特马莱发明了 地震学（seismology）这个词汇，它源于希腊语，意思是关于振动的知识；他还创造了Epicenter（震中）这个词（豪斯那，1984）。根据豪斯那的说法，“罗伯特马莱可以被称作地震工程师的先知。”
图1.1 1906年旧金山大地震——被毁坏的旧金山市政厅
1906年4月18日大地震（Mw7.9）袭击了旧金山及加州北部。地震时长达430公里的圣安德雷斯断层被撕裂，这使得旧金山（见图1.1）和加州北部遭到了巨大的破坏。如豪斯那指明的，尽管这场地震得到了世界范围的关注，并且破坏是严重与广泛的，但这并没有动摇致力于地震工程发展的工程师们。按照盖斯文德（Geschwind, 1996）的说法, 尽管工程师们了解到了1906年地震的直接的经验教训，但是很大程度上这些教训并没有引起他们对建筑项目的抗震功能需求的关注。相反，很多工程师提出要完善次生火灾灾害的预防，和采用钢筋混凝土作为主要的建筑材料 — 这二个方面也是在长期…..经常性交流活动中的主题。然而也有一些工程师，除了对地震引发火灾防范的一般性建议，还做了其他的建议。他们中最享誉（聒噪）的就是小查尔斯德莱恩，一个加州大学的结构工程师（盖斯文德Geschwind，1996）。德莱恩反复强调使用优质材料，良好的施工质量，和明智的设计的重要性，并且给出了具体的例证（盖斯文德Geschwind，1996）。但是，德莱恩并没有看到尝试计算地震引起的结构应力的实用价值， 正如他在他1907年美国土木工程师协会（ASCE）发表的一篇论文里写到的：“对地震引起的应力的计算的尝试是徒劳的。这样的计算只会导致没有实用价值的结论。”（豪斯那Housner，1984）。
作为1906年旧金山大地震导致的结果，美国地震协会（SSA）于1906年10月成立，旧金山结构联合会于1906年6月成立。大约一个世纪后，美国地震协会依旧是一个活跃的著名的组织，应对着各种地震中的重要问题。旧金山结构联合会组织的会议活动主要关注于提高火灾的防护能力，在1906年12月联合会的存在逐渐淡出了历史的舞台。
同样作为1906年大地震的结果，加州地震调查委员会成立。委员会推出了两卷本的调查报告。第一卷，出版于1908年，包括了木结构房屋项目的具体建议，和为了应对地震可能使建筑得到加强的临时意见。第二卷，出版于1910年，含有1906年旧金山大地震的理论性的讨论，其中H.F里德（Reid，1910）提出了地震的“弹性回越理论”。
地震工程学论文
地震工程学课程总结
北方工业大学
费彩会
地震工程学是从工程上着手力求在最经济的条件下使结构物具有足够的抗震性能，这门学科对防震减灾专业、结构工程专业特别重要，所以这学期我选择了屈铁军老师讲授的地震工程学这门课。以下是我对这学期学习地震工程学的课程总结，主要从对所学内容的综述、学习收获与体会、对感兴趣的问题的叙述与分析这三个方面展开。
1对所学内容的综述
1.1地震学基础
地球由地表至核心可以分为地壳、地幔、地核三层。地壳厚度变化比较大，范围从几公里到几十公里，绝大部分地震都发生在地壳内。地幔是由比较均匀的橄榄岩组成的，分为上地幔和下地幔。地核又分为外核与内核，外核处于液态，内核处于固态。地幔与地壳的交界面称为莫霍面，地幔与地核的交界面称为古登堡面。
地壳运动是导致地震发生的根本原因，板块构造运动是目前被广泛的解释地震的形成与分布，按照这种理论地球共被分为六大板块：太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印度洋板块和南极洲板块。在板块与板块的交界地带通常是地震的高发地带，称为板边地震；有些地震并不发生在板块边缘地带，这些地震称为板内地震。
地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波，分为体波和面波。其中体波又分为纵波（P波）和横波（S波），面波又分为瑞利波（R波）和勒夫波（Q波）。只有体积变形而无畸变的波叫做纵波，它是地震中首先到达的波，可以在固态、液态、气态中传播；只有形状改变而无体积变形的波叫做横波，它不能在液态和气态中传播。在一般情况下，当P波以α角向一自由表面入射时，可以产生两个反射波，一个是P波，在入射波的对称方向反射；一个是SV波，反射角为β，且β
1.2随机振动基础
随机变量具有不确定性，地震时的地震动与结构反映就是这样的随机量，虽然随机变量的个别情况不可预估，但是随机量并不是随意变动、毫无规律的量，这是因为无穷多个影响因素中还有一些主要部分是有明显规律变化可循的。假如一个随机变量x为另一个确定变量t的函数，则x(t)称为随机函数，若该自变量t为时间，则此随机函数x(t)又称为随机过程。随机过程的宏观特征是：在可控制的基本条件下，对同一个现象进行多次连续观测，可以得到一组观测过程xi(t)。自相关函数是表示随机过程特征的量，互相关函数是表示两个不同的随机过程之间关系的量，若所有统计特征都与时间t无关，只与时间差有关，则此随机过程称为弱平稳随机过程。与相关函数有对应关系的是功率谱密度函数，可以定义为相关函数的傅里叶变换对，即S（?）、R（?）。自相关函数和功率谱密度函数都是偶函数，R（?）是平衡的、各态历经的。对于功率谱如果S（w）=C,
S则称为为白噪声，如果S（w）=0，则为为过滤白噪声。
1.3结构地震反应分析
在实域内不好解决的问题可以在频域内得到很好的解决，是我学这一章最深的感受。对于线性结构，由于存在叠加原理，时域和频域是完全等价的，频域不是真实的，而是一个数学构造，时域是惟一客观存在的域，而频域是一个遵循特定规则的数学范畴。传递函数是频域分析中极为重要的一个概念，它是体系受到一简谐振动的干扰时稳态反应与干扰的比。有了传递函数、傅里叶级数、快速傅里叶变换，从此频域与时域就可以相互转换，极大的促进了抗震的发展。
反应谱理论分为线性和非线性两种理论,一组具有相同阻尼、不同自振周期的单质点体系，在某一地震动时程作用下的最大反应，为该地震动的反应谱。反应谱分为加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱。反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系，通过反应谱来计算由结构动力特性（自振周期、振型和阻尼）所产生的共振效应，但其计算公式仍保留了早期静力理论的形式。时程分析法又称作动态分析法。它是将地震波段按时段进行数值化后，输入结构体系的振动微分方程，采用逐步积分法进行结构弹塑性动力反应分析，计算出结构在整个强震时域中的振动状态过程，给出各个时刻各杆件的内力和变形以及各杆件出现塑性铰的顺序。时程分析法计算地震反应需要输入地震动参数，该参数具有概率含义的加速度时程曲线、结构和构件的动力模型考虑了结构的非线性恢复力特性，更接近实际情况，因而时程分析方法具有很多优点。它全面地考虑了强震三要素；比较确切地、具体地和细致地给出了结构弹塑性地震反应。
1.4结构振动试验
结构振动试验是在控制条件下，为了研究某一特定因素的影响或结构物某一
特定性能而进行的专门试验。静力试验是早起普遍使用的方法，现在用的最多的是大型伪静力试验试验，伪静力试验指的是往复加载多次作用的静力试验，就是使构件或结构在正反两方向重复加载和卸载过程，用以模拟地震动时结构在往复振动中的受力和变形过程。伪静力试验装置一般包括三个部分，一个是实验架，用以支撑试件和加载器；一个是加载器，用以施加所需要的力或变形；还有一个是支撑一些测量仪器的支架。
伪动力试验施加的荷载或变形和结构构件的非线性力学特性两者都同结构物在地震动作用下所经历的真实过程完全一致，用电子计算机与实验和测量装置在线联接，将结构实验中得到的结构反应量立即输入到电子计算机中，进行加工之后得到此试验结构的瞬时非线性特性，将之立即输入联机的计算机中，计算结构下次加载之后的变形，并立即将计算所得到的各控制点的变形变为控制讯号，输入到加载器中，强迫试验结构按照真实地震反应变形或受力。自由振动试验是早期常用的主要试验手段之一，通过自由振动可以求出结构的基本周期、振形和阻尼，这种方法一般只能求出结构中频率最低振形的特性，因为高频振动很快就会衰减掉。
振动台试验是目前地震工程学研究的重要手段，即将试验对象放在一个足够刚性的台面上，通过动力加载设备使台面出现各种类型的地震波，并使实验对象随之产生类似地震作用的振动。实验中的模型设计要满足几何相似、质量相似、荷载相似、物理相似、时间相似、边界条件相似、初始条件相似等。
2学习收获与体会
通过这一学期的地震工程学的学习，我对结构的抗震性能研究有了一个比较深刻的认识。本科期间学习的抗震设计，只是针对一般的工程怎样设防，怎样采取构造措施达到“大震不倒、中震可修、小震不坏”，而研究生阶段的地震工程学给出了具体的研究地震对建筑物破坏的方法与理论，是从理论的角度给出一般的建筑物、特殊建筑物的抗震设防标准。具体来说，地震工程学从地球构造与地震波开始讲起，然后讲了随机振动的基础知识，我对这部分感觉学的还可以。结构抗震理论是地震工程学的主干部分，屈铁军老师主要详细讲述了地震结构反映分析和结构振动试验。没学地震工程学这门课程之前，在解决抗震中的具体问题时，我仅仅能从时域上去分析，大多数问题计算繁琐，甚至肯本解决不了。学习地震工程学后，懂得了频域的概念，懂得了快速傅里叶变换，理解了传递函数的概念，了解了在时域上解决不了的问题，可以在频域内解决，这大大减少了计算量，扩大了我解决具体抗震问题的方法。
另外以前我见过的、做过的实验几乎全都是静力试验，大多数和梁及试块有关，常用的试验设备主要有万能试验机、作动器、应变片，所要测量的量主要有承载
力、裂缝宽度、挠度等。学了地震工程学这门课程以后，大大扩大的我的视野，明白了还有拟静力试验和拟动力试验，甚至是振动台试验和人工地震试验等我从来没见过的试验方法与试验设备，试验用所用的加速度传感器，以前真的没用过。学习地震工程学后，给我最深的体会是：任何一门学科都是不断向前发展的。以前得到一条完整的强震加速度记录是非常困难的，现在利用强震观测系统可以很好的得到完整的强震加速度记录，目前出现了数字强震仪，大大方便了强震的记录，频率可以从几十赫兹到几十秒周期，幅度范围可以从0.001g一下到2g，既可以记录微弱地震动，又可以记录对工程有意义的强烈地震动。
另外，以前电子计算机不发达，在快速傅里叶变换时计算速度慢，现在，随着高性能计算机的普及，可以方便快速地进行快速傅里叶变换。在试验方面，拟动力试验和地震台试验得到了快速的发展，在指导具体的大型工程抗震设防方面正发挥着原来越重要的作用。
3对感兴趣的问题的叙述和分析
这学期所学的地震工程学的内容中，我对拟动力试验部分比较感兴趣。拟动力试验是一种联机试验，通过计算机控制加载模拟地震过程，其特点是按照动力响应加荷载、位移。通过查阅文献了解到早期拟动力试验采用的数值积分方法是线性加速度方法，动力方程采用的是增量形式，需要给出刚度矩阵，顺态刚度由测量得到，由于传感器的精度限值，造成瞬态刚度变化很剧烈，试验结果不理想。为克服这个困难，日本学者采用中央差分法代替线性加速度方法，在试验中直接使用测量的恢复力而避免使用瞬态刚度，这种方法大大提高了试验的稳定性和精度。
我个人认为，拟动力试验可以像地震台试验那样测出科学可信的实验数据，但是在试验花费方面，拟动力试验的试验花费远远低于地震台试验，拟动力试验是一种既可以得到科学数据也可以降低试验花费的绿色试验方案。但是拟动力试验也有其自身的缺陷。对动力方程中的M，C，P三个量，拟动力试验都可以较好的反应。M容易准确测量，而且在试验中一般保持不变；K虽然在试验中不断变化，但由于直接从试件测得，也可以准确反应试件的真实情况；P一般依据事先选定的地震波加速度时程确定，也很明确。拟动力试验中的一个难点就是阻尼矩阵C的问题，在拟动力试验中，阻尼C是人为假定的，而且假定整个试验过程中阻尼保持不变，但是在具体的试验中，尤其是进入塑性阶段后，阻尼是改变的，这与假定不符。我想随着拟动力试验的发展，这个地方一定会有所改进。
地震工程学导论
地震工程学导论
一、简答题
1. 地震按成因可划分为？
构造地震、火山地震、塌陷地震、水库地震、人工地震。
2. 全球有哪几条主要的地震带？
环太平洋地震带，地中海-喜马拉雅地震带也称欧亚地震带，大洋中脊地震带也称海岭地震带。
3. 体波有哪几种主要类型？引起的传播介质颗粒的运动方式是怎样的？
体波包括纵波和横波，面波包括瑞利波和勒夫波。纵波运动时，介质颗粒的振动方向与波传播方向一致；横波运动时，介质颗粒的振动方向与波传播方向垂直。
4. 断层的运动机制主要有哪几种类型？
走滑断层，有时也叫横推断层，指断层两侧岩石平行于断层走向彼此相对水平滑移。 倾滑断层，断层的一侧相对于另一侧上下运动，其运动基本平行于断面倾向。倾滑断层可划分为两个亚类：正断层，指倾滑断层中倾斜断面上部的岩石相对于下部的岩石向下运动；逆断层，倾斜断面上部的岩石相对于下部的岩石向上运动。
5. 结构抗震设计理论的发展有哪几个关键阶段？
结构抗震设计理论的发展经历过静力理论阶段、反应谱理论阶段、动力理论阶段。
6. 什么是地震动？地震动三要素是什么？
地震动，是由震源释放出来的地震波引起的地表附近土层的振动。地震动的三要素分别是振幅、持时和频谱。
7. 什么叫地震烈度？
地震烈度指某一地区的地面和各人工建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。
8. 抗震设防三水准目标是什么？
三水准目标：小震不坏、中震易修、大震不倒。
当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损害或不需修理仍可继续使用。
当遭受相当于本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，但经一般修理即可恢复正常使用。
当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。
9. 根据震源深度可将地震分为哪几类？5.12地震属于哪一类？
按照震源的深度，可以分为浅源、中源地震和深源地震。
浅源地震：深度<>
中源地震：70~300公里；
深源地震：>300公里。
5.12地震属于浅源地震。
10. 面波有哪几种主要类型？引起的传播介质颗粒的运动方式是怎样的？
面波主要有乐夫波和瑞利波两种类型。乐夫波质点运动是水平的，且垂直于波传播方向，在地面上表现为蛇形运动；瑞利波传播时，介质颗粒的运动方式为竖直平面内的逆进椭圆。
11. 第三代地震区划图中的基本烈度概念是什么？
基本烈度：未来50年内，一般场地条件下，超越概率10%的地震烈度。
12. 影响地震动的因素包括哪三类？
影响地震动的因素包括震源、传播介质与距离、局部场地条件三类。
13. 地震引发的次生灾害主要包括哪几类？
地震次生灾害指, 强烈地震发生后, 自然以及社会原有的状态, 被破坏, 造成的山体滑坡, 泥石流, 水灾, 瘟疫, 火灾, 爆炸, 毒气泄漏, 放射性物质扩散对生命产生威胁等一系列的因地震引起的灾害, 统称为地震次生灾害.
地震次生灾害按其成因, 种类一般分为火灾、毒气污染、细菌污染等. 其中火灾是次生灾害中最常见、最严重的.
地震的次生灾害主要分为两类；
1、物理性次生灾害. 大部分次生灾害都属于这一类, 如火灾、滑坡、海啸等灾害.
2、心理性次生灾害. 如“盲目避震”、“盲目搭建防震棚”灾害等.
14. 地震动有哪些主要的工程特征？
二、论述题
1. 影响地震动的因素有哪些？如何影响？
影响地震动的因素包括震源、传播介质与距离、局部场地条件三类。震源的影响主要体现在震级大小和震源尺度方面；传播介质与距离的影响主要体现之一就是地震动的振幅随着震源距增大而减小；局部场地条件对频谱形状有重要影响。
2. 我国防震减灾法要求地震应急预案应具有哪些内容？铁路部门在指定地震应急行动方案时应考虑哪些具体措施？
我国防震减灾法要求地震应急预案具有下列规范性的内容：
（1）应急机构的组成和职责；
（2）应急通讯保障；
（3）抢险救援人员的组织和资金、物质的准备；
（4）应急、救助装备的准备；
（5）灾害评估准备；
（6）应急行动方案等。
这些内容可作为铁路、公路部门制定地震应急预案时的法规依据和参考。
3. 试简述近年的大地震对地震工程学发展有哪些促进和推动作用？
强震数据
震害资料（山地灾害）
验证既有理论、发现新现象研究发展
抗震设计规范
4. 里氏震级的优缺点。
缺陷：
精度不太高。地震波在向各个方向传播过程中，历经的传播路径和衰减效应都存在差异。同一次地震，不同观测点计算出来的震级也会存在差异。
只抓住地面上某一种地震波的最大振幅来表征地震的能量。经过长途传播后到达观测点的地震波能量只能是地震释放总能量的一部分，不足以表达震源破裂面上真正释放出的能量。 由于“地震强度频谱比例定律”的限制，当震级超过8.3~8.5以后，尽管宏观表象显示地震
具有更大的规模，但测定的面波震级很难增长上去，就是所谓的面波震级饱和现象。
5. 试论述地震引起的线路工程震害现象。
线路工程：桥梁、铁路、公路、隧道
同震震害：桥梁震损坍塌、铁轨变形、路基坍塌、路面破坏、隧道口坍塌??
次生灾害破坏：泥石流、滑坡、崩塌
三、计算题
1. 例：某介质密度为2150kg/m3，弹性模量为50Gpa ，泊松比为0.25，试计算纵、横波在该介质中的传播速度。 (注意单位！！)
2. 例：某次地震震后调查发现，某地区A 类房屋（木构架和土、石、砖墙建造的旧式房屋）、B 类房屋（未经抗震设防的单层或多层砖砌体房屋）和C 类房屋（按照VII 度抗震设防的单层或多层砖砌体房屋）建筑物破坏情况如表10-1。试计算该地区的平均震害指数。
3. 破裂长度100 km；破裂宽度13 km；平均滑动量3.5m ；介质剪切刚度3x1011 dyne/cm2，则矩震级为？
?
? 根据断裂面上的基本物理参数计算的，直接表征破裂面上滑动过程中能量释放大小。 对特大地震不会出现饱和现象。
