在地震影响范围内所出现的各种震害或破坏,称之为地震效应。地震效应首先取决于震级大小、震源深度和震中距离,也与场地工程地质条件和建筑物的类型及结构有关。分为振动破坏效应和地面破坏效应两个方面。
(一)振动破坏效应
地震波传播引起强烈的地面运动,是地基、基础和上部结构都发生振动而直接引起建筑物破坏的作用,称为振动破坏效应。在场地地震效应中振动破坏效应是最主要的。
地震动作为一种特殊的地震荷载,对于工程有重要意义的是估计地震动特征并给出场地的地震动设计参数。
国家标准《建筑抗震设计规范》(50011—2001)考虑到了场地岩土特征周期和结构自震周期的作用,给出了水平地震力的计算公式:
FEK=αGeq (8-15)
式中:FEK——结构总水平地震作用标准值;
a——相应于结构基本自振周期的水平地震力影响系数;
Geq——结构等效总重量。
式(8-15)中的水平地震力影响系数为一无量纲参数,表示弹性结构在地震作用下的最大加速度与重力加速度的统计平均值,即α=αEmax/g。其值的大小根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定,取决于地震加速度记录a(t)和建筑物结构的动力特性(自振周期T和阻尼比ζ)。由于预测给定地区在未来地震发生时可能的加速度记录a(t)有困难,规范规定按图8-5采用,进行抗震验算时αmax的值按表8-7采用。


图8-11中的岩土特征周期(Tg),也称为卓越周期。地震发生时,地震发出的地震波传至地表岩土体,迫使其振动。由于地表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放大的尤为明显而突出,使地震记录图上的这种波记录的多而好,这种周期即为该岩土的特征周期。特征周期的实质是波的共振,即地震波周期与地表岩土体的自振周期相同的共振作用,而是地表振动加强。一般来说,土质愈松软,表土层愈厚,则特征周期值愈大。我国现行抗震规范中,根据场地类别和设计地震分组给出特征周期的经验值见表8-8。

建筑的地基设计特征周期应根据其所在地的设计地震分组和场地类别确定。规范中规定的设计地震共分为三组。我国主要城镇(县级及县级以上城镇)中心地区的抗震设防烈度、设计基本地震加速度值和所属的设计地震分组,可按《建筑抗震设计规范》附录采用。
勘察中确定建筑场地的设计基本地震加速度是指50年设计基准期超越概率10%的地震加速度的设计取值,按规范要求应符合表8-9依据抗震设防烈度确定。其中抗震设防烈度7度和8度的地区,设计基本地震加速各有0.1g、0.15g和0.2g、0.30g的分区。一般情况下,抗震设防烈度和设计基本地震加速度可按《建筑抗震设计规范》附录确定或采用中国地震动参数区划图的确定。

地面破坏效应可分为地面破裂效应和地基失效以及斜坡破坏效应。地面的破坏效应指的是强震导致地面出现的断层和地裂缝,从而引起跨越破裂带及其附近的建筑变形或破坏。地基时效是指地震使软土震陷、砂土液化及其淤泥塑流变形等,从而导致地基失效。斜坡破坏效应是指地震荷载作用所导致的边坡岩土体失稳破坏。
1.地面破裂效应
强震时地面出现的地震断层和地裂缝,按形成机制又可分为构造性的和非构造性的两种。构造性地裂缝对应于一定的震源机制,具有明显的力学机制和一定的方向性,且分布受地震断层控制。构造性地裂缝的形成机制是:当震源断层发生地震时,由深部向上传播的地震波,使地面土层产生大幅度振动,当质点位移超过其弹性极限时,便产生永久性的塑性变形。非构造地裂缝是由于地震力作用而使某一部分岩土体沿重力方向产生的相对位移,所以也叫重力性地裂缝。重力性地裂缝多出现在土质较软弱的斜坡地段或下卧层倾斜的平坦地段。
2.地基失效
强震时的地震加速度很大,如果建筑物地基受地震荷载作用后产生强烈的变形以至破坏,危及建筑物的稳定,即为地基失效。按形成机制分为地基震陷、地基水平滑移和地震液化等。
地基震陷一般产生于沉积年代较新的淤泥质土等软土地基,是软土在地震力的周期作用下突然产生固结下沉的现象。其机理是饱水软土在振动力作用下触变,土体突然液化而变为塑流甚至悬液状态。
我国《软土地区工程地质勘察规范》规定,在基本烈度≥7度的软土场地,采用天然地基的建筑物,符合下列条件时应对其地震沉陷进行分析计算:①一级建筑物和对沉降有严格要求的二级建筑物应进行专门的震陷分析计算;②对沉降无特殊要求的二级建筑物和对沉降敏感的三级建筑物,当无条件进行专门的分析计算时,可按表8-10的参考值或地区经验确定;③当地基土实际条件与表8-19中的两项条件相比,只有一项不符合时,应按实际条件的变化大小和建筑物性质和结构类型,适当地减少震陷值,当条件都不符合时,可不考虑震陷对建筑物的影响。

地基水平滑移主要发生在较陡的斜坡地段,由于地震时附加水平地震力作用,使斜坡失稳而危及斜坡上、下的建筑物。此外,斜坡半填半挖形成的地基也可能会发生水平滑移。
地震液化的问题,将在下一部分介绍。
3.斜坡的破坏效应
斜坡的破坏效应包括有地震导致的、滑坡和泥石流等,主要发生在山岳和丘陵地区,可能导致严重的次生灾害。伴随着地震而产生的山崩、滑坡等,会酿成严重的灾害。对山体崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的调查评价,可参考本章有关内容。