西南交大地震工程学导论习题解参考

西南交大地震工程学导论解习题参考

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. 地震波有哪几种主要类型？每种地震波引起的传播介质颗粒的运动方式是怎样的？ 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。

4. 某介质密度为2.8g/cm3，杨氏模量为50Gpa ，剪切模量为20 Gpa，泊松比为0.25，试计算纵波和横波在该介质中的传播速度。

υE λ==20纵波波速：α=≈4.63km/s1+υ1-2υ拉梅常数为，则

μ=E =2021+

υ横波波速：μ=2.67km/s5. 地震波从震源出发到达地表时，接近于垂直入射的原因是什么？

由斯内尔定律可知，当折射波速小于入射波速时，折射角小于入射角。一般地壳中的岩石层是越向下越硬，波速越大，所以当地震波由下向上传播时，每经过一个界面，折射角就减小一些。当到达地表时，就接近垂直入射了。

6. 近代地震仪有哪几个主要部分组成？

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。

7. 什么是地方震级？里氏震级包括哪几种？

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。

8. 里氏震级有哪些缺点？

不论是里氏震级里的地方震级、体波震级还是面波震级，精度都不太高，因为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，所以即便是同一次地震，在不同观测点计算出来的震级也会存在差异，差异一般有0.5级，有时会达到1级。

里氏震级、特别是面波震级的一大缺陷——里氏震级难以测量特大地震。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，尽管地表出现更长的破裂，显示出地震具有更大的规模，但测定的面波震级却很难增长上去了，这就使得一些强度明显不同的地震，用传统方法计算得出的面波震级数值却相同，这就是所谓的面波震级饱和现象。

9. 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。

10. 什么叫地震烈度？什么叫基本烈度？工程上怎么定义多遇地震、偶遇地震、罕遇地震的？

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。 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。

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. 补足下表。

目标地震

多遇地震（小震）

偶遇地震

罕遇地震 设防水准 众值烈度 基本烈度 罕遇烈度 50年超越概率 63% 10% 2~3% 与基本烈度I 0的关系 I= I 0-1.55 I= I 0 I= I

+1

12. 影响地震烈度分布的因素有哪些？

a) 震级和震中距对同一场点，震级越高，烈度越高。对同一次地震，震中距越远，烈

度越低。

b) 震源的深度

c) 地震波传播所经过的介质特性

d) 局部场地近地表土层的性质：一般来说、天然的密实的硬质岩石或硬土场地的烈度，

要比人工填充的或松散场地的烈度小。

e) 建筑物本身的动力特性和施工质量：建筑物质量好点，震害情况就会减轻，烈度也

会适当减小。

13. 场地条件对地震烈度的影响是怎样的？

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。特殊的土壤条件通常是造成地震烈度异常的原因。一般规律是基岩地基上的地震烈度较低，软弱松散地基上的地震烈度偏高。而一般在孤立突出的小山包、小山梁上的房屋震害一般较重。

14. 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。

根据下列公式，计算每类房屋的震害指数（每级破坏程度对应的震害指数见表10-2）：

I j =∑(n ⋅i )i

k =1m k

N j

A 类房屋：I A =(3×1.0+8×0.8+5×0.6+4×0.4+1×0.2+0×0)/(3+8+5+4+1+0)=0.676 B 类房屋：I B =(1×1.0+3×0.8+10×0.6+7×0.4+2×0.2+0×0)/(1+3+10+7+2+0)=0.548

C 类房屋：I C =(0×1.0+1×0.8+2×0.6+11×0.4+15×0.2+5×0)/(0+1+2+11+15+5)=0.276

再根据下列公式，计算该地区的平均震害指数：

I m I =N j

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20. 平均震害指数：I m =(IA +IB +IC )/3=(0.676+0.548+0.276)/3=0.5 地基破坏的主要破坏形式及其表现是什么？与结构破坏的区别有哪些？ 地基破坏形式有边坡失稳及土体变形。这是由于地下或土体内饱和松散的粉细砂层液化引起的剪切破坏，其表现形式可为边坡垮塌、滑坡，地基沉陷、隆起等。还有少数破坏是由地基土中的薄砂层液化引起的。 结构破坏主要分为延性破坏和脆性破坏。延性破坏中结构强度下降缓慢，破坏前有较大变形。由于倒塌是人身伤亡的主要因素，加强结构延性有利于防止结构倒塌，所以延性破坏是我们希望的结构破坏模式。而脆性破坏中结构强度急剧下降或消失，结构没有变形而直接坍塌，应该采取相应工程措施进行避免。 地震活动的时间分布的两个指标分别是什么？ 年平均发生率和间隔时间。 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。 影响地震动的因素包括哪三类？是如何影响的？ 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。 如何通过地震动对地震烈度进行区划？ 地震烈度与地震动单一参数关系：用强震观测记录到的地震动加速度或速度最大值经常用来与地震烈度相联系，不同学者提出不同的关系式。还有许多其他的量被采用，例如他们的均方值、谱强度、位移、持时等。但是这些经验公式数据过于离散，由单一参数对应的烈度过于粗略，不宜在工程设计中应用。 地震烈度与地震动多个参数关系：地震烈度由地震动多个独立参数共同决定，包括加速度、速度、位移最大值，震级和震源距。但多参数地震动与地震烈度的联系效果，尚未得到满意结果。因为烈度是一个宏观综合的震害描述，其一部分是由地震动的各种因素综合决定的，另一部分则主要决定于地质准静力现象。地震动离散性很大，而地质准静力现象与地震动无关。 地震仪与强震仪的区别是什么？

地震仪以弱震动为主要量测对象，常常用来记录微小地震动的位移；强震仪以强震动为仪器 专业

地震

抗震 强弱 弱 强 运转 连续不停 自动触发 纸速 慢 快 倍数 高 低 动量 位移 加速度 重点内容 各种波形的到时与初动方向 全过程 地点 基岩 各种场地与

结构物上 通频带 窄、低频 宽高、低频 地震仪 强震仪

21. 影响反应谱的因素有哪些？

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。

22. 试述傅里叶幅值谱与反应谱的区别及联系。

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。

23. 何为地震动卓越周期，场地卓越周期，结构基本周期？抗震设计应如何处理他们的关

系？

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。

24. 地震波的特性中对抗震工程有重要意义的量有哪些？

地震波的最大振幅、持续时间、波数、震动周期及能量。

25. 什么是地震活动性？地震活动性分析依据的资料有哪些？

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。

26. 地震动危险性分析中的超越概率指什么？

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。

27. 地震动危险性分析计算包括哪两个主要步骤？

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。

28. 地震区划的几种目的和指标是什么？

地震区划有三种不同目的和指标。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。

29. 为什么要进行地震小区划？地震小区划有哪几种不同类型？

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。

30. 结构抗震设计理论的发展有哪几个关键阶段？动力分析理论的优缺点分别是什么？

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。在结构中输入符合该结构所在场地条件的地震加速度记录，得到结构在各个时刻的地震反应。可以考虑地震动振幅、频谱特性和持续时间三要素。如果结构和构件模型合理，动力理论可以较为准确地反应结构振动的全过程，包括变形和能量的积累和损耗；进而结构地震过程中结构构件出现塑性铰的时间和顺序，判明结构的屈服机制，找出结构的薄弱环节。不过时程分析法中，采用不同的地震波时程记录曲线进行分析，得到的结构反应是不同的。即便他们具有相同的最大振幅，其频谱特性和持续时间是不同的。因此选择符合建筑物所在场地条件的地震波并用时程分析计算结构分析和判断就十分重要。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. 确定水平地震影响系数最大值和特征周期的依据分别是什么？

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. 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。

33. 简述剪力墙构造抗震的原理，与抗弯刚架与斜支撑体系构造抗震有何不同？

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。

34. 桥梁结构的震害现象有哪些？简述桥梁结构抗震设计特点。

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。

35. 抗震设防三水准目标是什么？针对三水准设防所采用的两阶段设计包括哪些内容？

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。

36. 铁路、公路部门制定地震应急预案时应包括哪些内容？

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。

37. 铁路、公路部门抗震减灾常用的工程措施与非工程措施有哪些，应如何处理二者之间的 关系？

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。

38. 请论述建筑抗震设计三个层次的内容和要求。

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。

39. 地震次生山地灾害有哪些类型？汶川地震次生山地灾害的特点有哪些？

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。

40. 地震同震触发山地灾害与震后次生山地灾害的成因有什么不同？

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。