地震对桥梁破坏及机理分析Word文档下载推荐.docx
《地震对桥梁破坏及机理分析Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地震对桥梁破坏及机理分析Word文档下载推荐.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
2.1.2区域地震构造
区域地震构造评价的目的在于：
通过对区域地质构造背景、区域新构造活动特征、区域活动构造特征等资料收集和分析，结合区域地震活动特点，归纳区域范围内强震发生的条件，判定区域发震构造及其特征，为划分地震区、带，判定潜在震源区及其地震活动性参数等方面提供重要的依据。
区域地震构造评价应在充分收集、分析现有地质、地震和地球物理资料基础上进行。
考虑到区域地震构造评价的精度要求，以及去过范围内大部分活动断层、地震构造资料方面20多年的积累程度，区域地震构造评价一般不需要开展现场调查工作，但当区域范围内存在对工程场地地震安全性评价有影响，且现有资料不能满足发震构造评价的断层时，需要开展野外调查，获得必要的评价资料。
2.1.3综合评价
综合评价是在对区域地震活动性和地震构造基础资料收集与分析的基础上，把握区域地震活动性特点和发震构造整体特征。
2.2近场区地震活动性和地震构造评价
区域性的地震活动行和地震构造分析，在很大程度上是为进行近场区地震活动性和地震构造评价提供必要的依据，而近场区域地震活动性和地震构造评价结果又对后续的场址区域地震危险性分析起主要作用。
近场区地震活动性和地震构造评价的质量对工程场地地震安全性评价结果的合理性、工程抗震设防的针对性具有重要的作用。
近场区范围指的是不小于工程场地及其外延25km的区域范围。
2.2.1近场地震活动性评价
近场地震活动行研究的主要目的是判断近场区域范围内（工程场地及其附近地区）可能发生强震的地点（即潜在震源区或发震构造），并进行发生地震危险性分析。
因此，近场地震活动性研究在某种意义上直接关系到场地地震动参数的评定，它要求的研究深度和地震资料的详细程度与精度和区域地震活动性研究是不同的。
区域地震活动性研究多数情况下是从统计学的角度，或从规律性认识的角度要求地震资料具有一定的可靠性和完整性，而近场地震活动性分析要求更加精细，甚至对单个地震发生的时间、震中位置和震级都应有相应的严格要求。
2.2.2近场地震构造评价
近场地震构造评价的工作重点是对主要断层进行活动性鉴定，目的是为了判识相关的发震构造，确定其空间位置和有关活动性参数，为工程场址的地震危险性分析和地震地质灾害评价提供依据。
近场活动构造调查的基本原则是在收集和研究前人资料的基础上，对确定厂址的地震东参数有重要贡献的地震活动断层做详细的实地调查。
2.2.3综合评价
综合评价的目的是为了给出近场区域地震活动性和地震构造评价的基本结论。
2.3工程场地地震工程地质条件勘测
场地范围应为工程建设规划的范围。
场地地震工程地质条件是指对场地地震效应产生影响的场地条件，大致包括场地内及附近地区的工程地质、水文地质、地形地貌、地质构造条件及场地土体物理与力学特性等。
场地地震工程地质条件资料是确定场地设计地震动参数和评价场地地震地质灾害的基础。
场地地震工程地质条件勘测的内容包括：
在分析现有资料的基础上，进行场地钻探及场地土体物理及力学特性测试，编制相关的工程地质图、表，综合评价场地特性。
2.3.1场地勘测
并收集、整理和分析相关的工程地质、水文地质、地形地貌和地质构造资料。
并进行场地工程地质条件调查、钻探和原位测试。
2.3.2场地地震地质灾害勘查
通过对历史地震资料的考证、调查与分析，查明工程场地及附近地区有没有遭受过地震地质灾害，以及灾害的类型和程度等。
在此基础上，参照与建设工程相关的勘察设计规范或工程地质勘察结果进行地震地质灾害场地勘查，为评价场地可能发生的地基土液化、软土震陷、崩塌、滑坡、地裂缝和泥石流等地震地质灾害提供资料。
2.3.3场地岩土力学性能测定
场地岩土力学性能测定是确定场地力学模型的关键，模型力学差数是用场地土静力与动力参数测定结果确定的。
主要的工作包括分层岩土剪切波速的原位测量和密度的测定；
应测定剪切模量比和剪切应变关系曲线、阻尼比和剪切应变关系曲线。
3桥梁地震动参数确定和地震地质灾害评价
场地地震动参数确定和地震地质灾害评价结果作为建设工程抗震设防的依据。
场地地震动参数与地震震源特性、地震波从震源传播至场地的途径及介质特性有关，同时还与局部场地条件有关。
场地地震动参数确定中，首先应进行地震危险性分析计算确定地表自由基岩场地的地震动参数，再在此基础上，进行场地地震反应分析，以考虑局部场地条件对工程场地地震动的影响。
场地地震地质灾害的评价应基于区域和近场区特别是场地及附近范围内的地震地质灾害的调查和评价结果、工程场地的地震动参数计算分析结果，结合场地工程地质条件勘测资料采用经验方法评估或理论计算方法计算分析，评定其可能性及影响范围与程度。
3.1场地地震动参数和时程的确定
场地地震动参数和时程的确定将为工程抗震设防提供依据。
应根据工程结构特点及抗震设计的需要，首先选取合适的地震动描述量，包括地震动参数和地震动时程，而后基于地震危险性分析及场地地震反应分析计算结果，确定场地地震动参数值，必要时还应确定场地地震动时程。
应注意对于不同的工程，抗震设防所要求的场地地震动描述量不同，因此，对于每一特定的工程场地地震安全性评价工作，必须有针对性地选取工程抗震设计所需要的地震动描述量。
3.2场地地震反应分析模型的建立
场地地震反应分析模型几场地力学模型的确定，其中场地工程地质条件资料是确定场地力学模型的基础。
3.3场地土层模型参数的确定
场地地震反应分析模型参数包括土层剖面描述参数及土体力学性能参数，它们是土层厚度（空间三维变化）、土体密度、土体S波（剪切波）与P波波速、土体动力非线性关系，即剪变（或压缩）模量比与剪（或轴）应变关系曲线、阻尼比与剪（或轴）应变关系曲线。
这些参数均可根据场地工程地质条件勘测与试验结果确定。
3.4输入地震动参数的确定
输入地震动参数指场地地震反应分析计算中地震输入界面处的入射地震波参数，它反映的是地震震源特性、地震波从震源传播至场地的途径及介质特性对场地地震动的影响。
本节给出了输入地震动参数和地震动时程确定的原则和方法。
3.5场地地震反应分析与场地相关反应谱的确定
采用与工程场地相适应的场地力学模型，利用适当的分析方法，在已知场地力学参数及计算地震动输入的情况下，可以给出场地不同位置（包括不同深度处）地震反应的地震动时程，而后计算出地震动时程对应的场地相关反应谱，并考虑输入地震动随机样本时程的差异对场地相关反应谱的影响，采用取包络谱或平均反应谱的方法给出计算场地地震动相关反应谱。
另外，因为直接计算所得场地地震相关反应谱曲线形状较复杂，为了便于结构地震反应分析计算，场地地震动相关反应谱通常以归准化形式给出。
一般情况下，标定反应谱值为计算反应谱的平均拟合值。
3.6工程场地地震地质灾害评价
场地地震地质灾害是由地震动或断层错动引起的可能影响场地上工程性能的场地失效。
震害经验表明，不良地质条件的场地，常诱发产生各种地质灾害。
地震地质灾害主要包括三大类：
1.由于地震动作用导致的对工程有直接影响的工程地基基础失效，包括饱和砂土液化、软土震陷等；
2.由于地震动作用导致的对工程有可能间接影响的工程场地失效，包括岩体崩塌、岩体开裂、岩土滑坡等；
3.有地震断层作用导致的地表错动、地裂缝与地面变形等地质灾害。
4实例：
新建铁路东都—平邑特大桥梁地震动参数确定
现以新建铁路东都—平邑特大桥梁地震动参数确定（青岛市工程地震研究所、济南市地震工程研究院）为例解释桥梁抗震设计内容。
新建东都—平邑铁路起点为磁莱线东都车站中心，终点为兖日线的平邑站，途径汶南、东牛家庄、关山头、放城、仲村，路线全长约59.114㎞。
线路中拟建特大桥两座，分别是：
重兴河大桥（19×
32+40+64+40+32m，全长814.7m；
中心坐标：
N35°
47′39″；
E117°
46′20″）；
大河北特大桥（35×
32m，全长1158.6m；
41′28″；
34′52″）。
4.1地震地质背景
4.1.1区域地震构造背景
研究区域地震构造，其目的是找出区域内构造活动与地震活动的相互关系，为地震区带和潜在震源区划分与地震活动性参数确定等提供依据。
根据《工程场地地震安全性评价（GB17741—2005）》和本区的研究程度，将区域地质构造的研究范围确定为场址周围200Km范围内。
地震的发生有其特定的地震地质背景。
特别是6级以上强震的发生与大的断裂活动和深部构造差异有较好的相关性。
因此，分析研究区域地震地质特征，研究确定强震的构造标志，不仅可以为预测地震危险区和划分潜在震源区提供依据，而且对综合评价场址地震危险性也有十分重要的意义。
拟新建的东都至平邑段铁路项目在大地构造分区上位于华北断块区鲁西断块中部，工程场地的区域范围涉及华北断块区的鲁西断块、冀东—渤海断块、鲁东断块、徐淮断块和苏北—胶南断块。
4.1.2近场区断裂活动性鉴定
鉴于近场区断裂和地震活动在地震危险性分析中占重要地位，因而深入研究近场区30公里范围内的断裂活动对拟新建的新平线东都至平邑段铁路项目的地震安全性评价工作是非常重要的。
近场区30公里范围内主要分布有新泰—蒙阴断裂、上五井断裂、蒙山山前断裂、苍山—尼山断裂、汶泗断裂、铜冶店—孙祖断裂、羊流店断裂、莱芜断裂、独角—梁丘断裂、铜冶店—孙祖断裂和莲花山断裂等11条断裂。
为了搞清这些断裂的活动性，在系统收集、整理、分析前人资料基础上，开展了野外考察、探槽揭露等工作。
根据已获得的资料，对断裂的活动性进行系统鉴定。
4.1.3近场区和铁路沿线地震构造评价
综合多方面的研究结果，将近场区各主要断裂的基本特征、与铁路的交汇关系及其对工程的影响归纳，得到如下结论：
1、近场区内发育北西—北北西向的新泰—蒙阴断裂、蒙山山前断裂、苍山—尼山断裂、汶泗断裂、铜冶店—孙祖断裂、独角—梁丘断裂、铜石—甘霖断裂、莱芜断裂和羊流店断裂，北北东向的上五井断裂和近东西向的莲花山断裂等。
这些断裂在第四纪不同时期有过活动，且具有分段活动特点。
其中，新泰—蒙阴断裂西北为中更新世活动段，东南为晚更新世活动段，近场区内段落为西北段；
蒙山山前断裂东段晚更新世活动，西段早更新世活动，铁路穿越了断裂的西段；
上五井断裂北中段中、晚更新世活动，南段为早、中更新世活动，近场区段落为断裂的南段；
铜冶店—孙祖断裂南东段为晚更新世活动，北西段为早中更新世活动；
苍山—尼山断裂为晚更新世活动断裂；
羊流店断裂为中更新世活动断裂；
汶泗断裂、独角—梁丘断裂和莱芜断裂为第四纪早期活动断裂。
铜石—甘霖断裂为早中更新世断裂；
莲花山断裂东段为晚更新世晚期活动断裂，西段推测为晚更新世早期或中更新世活动断裂。
2、根据近场区地质构造、活动断裂和地震活动的研究结果，结合不同震级档发震构造条件，综合分析认为近场区30km范围内具有发生6.5级地震的构造背景。
在山东内陆部分潜在震源区划分与调整方案中近场区及周围地区沿蒙山山前断裂划分出北西向费县—平邑6.5级潜在震源区，沿苍山—尼山断裂划分出北西向苍山6.5级潜在震源区，沿新泰—蒙阴断裂和铜冶店—孙祖断裂划分出北北西向新泰—莱芜6.5级潜在震源区。
分析认为目前的潜在震源区划分与近场区的地震地质情况是相吻合的，其结果是合理的。
这些潜在震源区对新建东都—平邑铁路工程的地震危险性有一定的影响。
表4.1.3.1近场区主要活动断裂评价一览表
编号
断裂名称
断层长度（KM）
走向
倾向
倾角
性质
最新活动时代（近场区段落）
与铁路的
关系
评价意见
1
新泰-蒙阴
断裂
110
NW
SW
60-80º
左旋正走滑
Q2
与铁路不相交，距离为7Km
无直接影响
2
上五井断裂
150
35°
SE
60-80°
左旋逆走滑
Q1-2
与铁路不相交，距离为12Km
3
蒙山山前断裂
160
NWW
45-85°
Q1
与铁路相交
可不进行避让
4
汶泗断裂
80
S
5
铜冶店-孙祖断裂
50-70º
Q3
与铁路不相交，距离为20Km
6
羊流店断裂
70
350º
SE或SW
Q2
与铁路不相交，距离为2Km
7
独角—梁丘
66
与铁路不相交，距离为15Km
8
莱芜断裂
20
SW
正断
9
苍山—尼山
120
SW或NE
70-80°
Q3
与铁路不相交，距离为28Km
10
铜石—甘霖断裂
50
60-85°
与铁路不相交，距离为10Km
11
莲花山断裂
NW、EW
Q2-3
3、近场区和铁路沿线存在11条规模较大断裂，对新建东都—平邑铁路工程影响情况见表4.2.3.1。
其中，新泰—蒙阴断裂、苍山—尼山断裂、铜冶店—孙祖断裂、独角—梁丘断裂、莱芜断裂、羊流店断裂、铜石—甘霖断裂、莲花山断裂和上五井断裂都与铁路不相交，距离新建东都—平邑铁路工程2—28km，对铁路工程不会产生直接影响；
与铁路相交的断裂为蒙山山前断裂的西段和汶泗断裂，为早中更新世活动断裂（段），是晚更新世以来不活动断裂，根据有关规范和《山东省地震活动断层调查管理规定》，可忽略断裂位错对铁路工程的影响。
4.2地震活动性分析
通过区域地震活动在空间上和时间上的分布特征研究，以及历史地震对工程场地的影响分析，进行铁路工程沿线地震活动环境评价，为判定断裂活动性提供参考依据。
4.2.1区域地震活动性
从公元前70年至今，区域范围内发生破坏性地震（M≥
）32次，最大地震为1668年的山东郯城
级地震。
工程场地位于地震活动性较强的华北地震区，该区是我国大陆历史地震记载最为长久、丰富的地区。
区域地震活动大致呈条带状分布，主要地震带对地震活动有明显的控制作用，特别是6级以上强震均发生在断裂带上，1668年山东郯城
级大震发生在工程场地的东部，对场地影响较大。
1970年以来地震观测结果表明，区域现代小震活动也相当频繁。
仪器记录地震与历史地震活动的空间分布特征基本一致，北北东向莒县—宿迁一线地震条带更为明显。
总体来看，区域范围内地震震源深度主要分布在10—30Km范围以内，由此可知，区域范围内的地震基本上是发生在地壳中上层的浅源地震。
本区自公元1484年以来总的地震应变能释放为6.53×
108J1/2。
本区的地震能量释放主要反映了郯城8½
级地震的活动，本区域范围内具有震级高、强度大的特点，近期没有地震应变能释放加速现象。
4.2.2地震区、带划分
地震区、带划分是指对地震活动时空的不均匀性进行区划，并考虑其与构造活动、地壳结构之间的关系。
地震区是指区域地震活动性和地震孕育的地质环境和发生地震的构造条件相类似的地区；
地震带一般是指地震集中成带分布，并受活动构造带或地壳结构变异带控制的地带。
4.2.3历史地震对铁路沿线场地的影响
在区域范围及邻近地区发生过多次强烈地震，其中1668年郯城
地震对东都—平邑铁路所在场地影响最大，影响烈度为Ⅸ度。
此次地震震中位于山东郯城北，震中烈度≥Ⅺ。
此次地震东都—平邑铁路所经场地影响烈度为Ⅸ度。
4.2.4区域和近场范围地震活动环境评价
通过本节的论述，对区域地震活动性作出如下评价：
（1）工程场地位于地震活动较为强烈的华北地震区，主要涉及华北平原地震带和郯庐地震带。
（2）从公元前70年至今，区域范围内共记录到中强地震（M≥
）32次，其中5.0—5.9级地震17次、6.0—6.9级地震3次、7.0—7.9级地震1次，8.0—8.9级地震1次，即1668年的山东郯城
地震。
（3）区域内地震活动大致呈北东向带状分布，东部地震相对散布，与郯庐地震带大体一致。
1668年山东郯城
级大震发生在工程场地的东部。
（4）仪器记录地震与历史地震活动的空间分布特征基本一致，北北东向莒县—宿迁一线地震条带更为明显。
（5）区域范围内地震震源深度绝大部分在30Km以内，平均震源深度为19Km，由此可知，区域范围内地震基本上是发生在地壳中上层的浅源地震。
（6）1668年山东郯城
地震对东都—平邑铁路沿线场地影响烈度为Ⅸ度。
4.3场地工程地质条件与地震地质灾害评价
场地断裂活动性鉴定与工程地震条件评价是工程场地地震安全性评价工作的重要内容。
本章通过高密度电法及野外地质考察等工作、对工程场地范围内是否存在隐伏活动断裂进行了深入细致地调查与分析。
此外，通过工程场地地质钻探、钻孔土层剪切波速测试等工作，对土层动力学特性进行了分析，开展了场地地震反应分析计算及场地条件、地震地质灾害评价。
4.3.1桥址工程地质条件分析
主要对沿线的重兴河特大桥、大河北特大桥进行了工程地震条件勘探、剪切波速测试和地脉动测试。
4.3.1.1重兴河特大桥工程地质条件
该桥址位于新泰市汶南镇果庄村西侧，跨越重兴河和日东高速公路，地形总体上呈南高北低中间洼，地貌为剥蚀残丘、河阶地。
布置钻孔4个，并进行了剪切波速测试和地脉动测试。
根据钻孔揭露和野外调查，第四系覆盖层较薄，下伏灰岩。
4.3.1.2大河北特大桥工程地质条件
该桥址位于新泰市放城镇大河北村西侧，地形总体上呈东西高中间洼的凹形，地貌单元主要为剥蚀丘陵和河阶地。
结合场地条件布置钻孔4个，并进行剪切波速测试和地脉动测试。
第四系覆盖层较薄，下伏泥灰岩、灰岩和片麻岩。
4.3.2拟建铁路及特大桥址地质条件综合评价
新建东都—平邑铁路起点为磁莱线东都车站中心，终点为兖日线的平邑站，途径汶南、东牛家庄、关山头、放城、仲村，路线全长约59.114㎞。
宏观地貌单元属鲁中低山丘陵区，岗岭沟谷相间，相对高差148.2m。
沿线地貌单元分为：
汶河阶地区、冲洪积平原区、剥蚀低山区、丘陵区和残丘缓坡区。
铁路沿线主要地震地质灾害类型为地震发生时可能引起的崩塌、滑坡、地面塌陷（采空塌陷、岩溶塌陷）等，应注意边坡支护及采空区的避让和回填。
与铁路相交的断裂为蒙山山前断裂的西段和汶泗断裂，为早中更新世活动断裂（段），是晚更新世以来不活动断裂，根据有关规范和《山东省地震活动断层调查管理规定》，可不考虑断裂位错对新建东都—平邑铁路工程的影响。
根据《建筑抗震设计规范（GB50011—2001）》的有关规定，重兴河特大桥ZK1、ZK2孔属Ⅱ类建筑场地，ZK3、ZK4孔属Ⅰ类建筑场地；
大河北特大桥ZK5、ZK6孔属Ⅰ类建筑场地，ZK7、ZK8孔属Ⅱ类建筑场地。
4.4场地设计地震动参数
场地地震反应分析是在综合考虑震源机制、地震波传播路径等各种影响因素的基础上，将基岩地震波作为输入，具体分析具体场地对地震的反应，对未来一定时期内的地震动参数做出估计，给出场地内地震动参数在空间上的分布，为建筑规划和抗震设计提供依据。
由于地震危险性概率分析是依地震地质、地震活动性以及地震动参数衰减等研究为基础的，因此前面得到的场地地震危险性概率分析结果包含了震源和地震波传播路径对场地内地震动的影响。
但在一个小区域内，震源和传播路径对地震动加速度峰值和反应谱在空间分布上的影响都不大，而局部场地条件则会引起地震动峰值和反应谱值在空间分布上有较大变化。
这些变化，通过场地的土层地震反应分析可以得到。
在地震危险性分析计算的过程中我们得到，同一桥址的不同计算点的结果基本相同。
综合考虑，本次土层反应分析计算采用各桥址较大的结果进行分析计算。
4.4.1地震危险性概率分析
本章在地震地质和地震活动性研究的基础上，通过地震危险性概率分析，将给出东都—平邑铁路工程场地不同超越概率水平的基岩地震动参数，为土层地震反应分析、设计地震动参数确定以及铁路沿线地震动参数复核提供必要的基础数据。
为进行地震危险性概率分析计算，首先需确定适合于本地区的基岩地震动衰减关系，划分地震带并确定地震活动性参数、划分地震带内的潜在震源区并确定相应的地震活动时、空不均匀性参数。
而后依据地震危险性概率分析模型，分析计算工程场地的地震危险性。
根据《工程场地地震安全性评价》（GB17741—2005），并考虑工程场地为长距离铁路的实际情况，本次地震危险性分析计算分别按2个特大桥桥址（每桥址2个点）进行分析计算，以作为特大桥桥址地震反应分析的基岩地震动输入提供基础，对铁路沿线进行地震动峰值加速度计算，为地震动参数复核提供基础资料。
4.4.1.1地震动衰减关系
由于地震动资料的地区性差异和我国强震记录的缺乏，需要在地震波传播理论、震源机制等方面研究的基础上，提出切实可行的确定地震动衰减关系的方案。
从目前工程实践和地震动研究的现状来看，得到地震工程界认可并在国内国际广泛使用的一种方法为地震动转换法。
在特大桥地震危险性分析中，通过检验并考虑与选用的地震烈度衰减公式相配套问题，最终选用了山东海阳核电厂地震工作报告中给出的华北地区加速度反应谱衰减关系。
该衰减关系采用胡聿贤等（1984年）提出的
升级会员 