關于抗震中強震地面斷裂評估的研究

楊 興

（華北電力大學 科技學院）

關于抗震中強震地面斷裂評估的研究

楊 興

（華北電力大學 科技學院）

斷裂是地質現象，也是一種自然災害(地質災害)。通常，地殼應變能沿斷裂瞬時大量釋放會導致破壞性地震的發生。當其接近地表時，在一定條件下會引起地表形變和破裂，使結構出現錯位和撕裂破壞，因其是地震引起，故屬地震地質災害的范疇。

發生在國內外的若干強震中,伴隨強震地面斷裂的地震時有報導,由于破壞作用大,后果嚴重,非一般工程措施可以抗拒而引起普遍關注,在我國已納入工程地震安全性評價的一項重要內容。

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成潛在的威脅。斷裂再活動的危害性主要表現在2個方面:1)可能導致破壞性地震,即斷裂的潛在地震危險性和危害性;2)強震發生時,在發震斷層線附近可能產生地面斷裂帶,其上的地下設施、地基基礎和上部結構除遭受強震動破壞外,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是一項重要的基礎性工作。

強震地面斷裂主要受發震斷層控制,其力學性質和方向性與發震斷層基本一致,并沿發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性質、幾何形態和破壞作用存在明顯差異。我國近代強震地面斷裂帶的寬度一般都在數十米以內,長度由數公里到數十公里,而長度達數百公里、寬度達數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地震的地面斷裂帶比較狹長 ,地裂縫的連續性也較好。相反,平原和盆地內部的強震地面斷裂帶寬短、且連續性較差。強震地面斷裂帶內的地裂縫長度和寬度存在很大差別。規模小的地裂縫長度可能只有數米到數十米 ,寬度不過數厘米。規模大的長度連續延伸數公里到數十公里 ,水平和垂直錯動數十厘米到數米 ,有些斷裂縫的可見寬度可達數米。強震地面斷裂帶內的地裂縫分布具有明顯的不均勻性和隨機性,它可能既不沿著地質圖上標明的活動斷層線展布 ,也可能不發生在歷史地震的地面斷裂帶內,而是沿著發震斷層線 ,在抗剪強度薄弱的剪切帶內斷續延伸[1]。

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

傳統的斷裂潛在斷錯危險性評價多以經驗、確定性的評價為主,預測的結果是危害發生(概率為 100 %)或不發生(概率為 0)。事實上,地震作為一種自然災害,其發生和危害性雖有必然性,但也有其偶然性,特別在當前,由于受對其科學認識的限制,地震及其危險性和危害性的估計和預測還存在許多不確定性。建立在這種基礎上的震害防范,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致不可接受的投入,而過于冒險,又有可能增加工程潛在不安全性的隱患。因此,根據目前的科學狀況和地震危險性及危害性的估計基礎,考慮防震減災投入和可能導致災害損失的平衡,尋找最佳設防是當前抗震減災的基本出發點?？紤]到人們對斷裂地震地表斷錯的預測和估計也存在很多不確定性,從風險設防的角度去應用和理解斷裂地震斷錯的潛在危險性和危害性,是和該學科發展水平相適應的。為了達到這一效果,在對斷裂進行斷錯的工程評價時,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生潛在斷錯可能性的大小,根據現有資料盡量從斷錯發生的可遇概率去評價斷裂斷錯的潛在危險性和危害性,從而為工程的減輕地震和地質災害提供風險設計的科學基礎。

斷裂對工程的影響包括地面斷裂效應和地震動效應，地面斷裂對于建筑物是難以抵抗的，因此在建筑抗震設計規范中規定為危險地段，在建設時應予避開。而地震動效在確定抗震設防烈度或設計地震動參數時已給予考慮。

并不是所有地裂均需考慮避開。發震斷裂地震時與地下斷裂構造直接相關的地表地裂位錯帶，是建筑工程遭受斷裂破壞的主要因素，工程建設應予避開。與發震斷裂間接相關的受應力場控制新產生的地裂（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，對經過正規設計建造的工業與民用建筑影響不是很大。地面斷裂與震級、斷層性質、破裂模式、覆蓋層厚度、場地沉積環境等密切相關。通常，斷層的覆蓋層厚度越大，地表斷裂發生的可能性就越低；傾滑型發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重。中強震（6.5級以下）的地震很少產生地面斷裂。

在場地選擇和規劃時，強震地面斷裂應予以避讓；無法避開時，不能用加固地基和上部結構的方法來處理，而應采取能夠適應斷層錯動變形的工程措施。強震地面斷裂（地表位錯）對城鎮土地利用影響甚大，在規劃中應評價發震斷裂的地面斷裂危險性，為城鎮的土地利用提供依據。

[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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