第一节 工程震害防御

知识类型: 析出资源
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内容出处: 《福建省志·地震志》 图书
唯一号: 130020020230002142
颗粒名称: 第一节 工程震害防御
分类号: P315.9
页数: 27
页码: 148-174
摘要: 本文记述了福建省地震局在地震区划方面所做的工作。自70年代初期开始,该局不断利用现代科学技术的新方法、新技术手段,对福建省及邻近海域的地震活动性及其地震构造环境进行深入研究,以制定出相应的防震减灾对策。
关键词: 福建省 震害防御 工程震害防御

内容

自70年代初期开始,国家地震局各研究所和福建地震研究部门不断深入研究福建省和邻近海域的地震活动性及其地震构造环境,利用现代科学技术的新方法、新技术手段,对可能出现的震害类型进行分析预测,发现建筑物、工业设施和生命线工程在抗震能力方面的薄弱环节,制定出相应的防震减灾对策,为国土资源的合理利用与开发提供经济上合理、科学上可靠的抗震设防标准,并通过对防震减灾措施和对策的落实,增强城市、村镇和工矿企业抗御地震的能力。
  一、地震区划
  地震区划是针对量大面广的一般工程需要给出的抗震设防标准。重大工程的抗震设计,需要考虑场地工程地质条件及其他局部影响因素,地震小区划是根据具体场地条件给出小范围内今后可能发生的地震的影响分布。地震区划或地震小区划均属于地震分区,以地震烈度或设计地震动参数来表述,这种分区及其表述都属于抗震设防标准。
  (一)烈度区划
  中华人民共和国建立.后,为了最大限度地减轻地震灾害,福建进行过3次地震烈度区划图的编制,1998年,福建地震部门根据国家地震局“九五”重点课题,正在编制第四代地震动参数区划图。
  1.第一代地震区划图最早涉及福建省境内的地震烈度区划图是1957年由李善邦教授等人编制的《中国地震烈度区划图及其说明书》(1/500万),发表在1957年地球物理学报上,该图在编制中采用了两条原则:一是历史上曾发生过的地震将来还能重演;二是地质构造条件相似的地区可能发生同样强度的地震。当时编制该图的目的是希望将图上所示的地震烈度,作为确定该地抗震设计烈度的参考。这次烈度区划存在的问题:一是由于历史地震资料不完整,对地震发生的规律还认识不足;二是没有明确的时间概念,没有考虑地震发生的频率,致使划定的地震高烈度区面积过大,因而未被建设部门采纳。
  2.第二代地震区划图
  第二代地震烈度区划图是70年代福州地震大队和江西地震办公室编制的《福建、江西地震烈度区划图》(1/100万),1977年颁布,供建设部门中、小型工程的抗震设防时参考使用6这张图基于长期地震预报的概念,应用了当时地震活动性研究、数理统计、地震地质等方面的研究成果,明确提出区划图上表示的地震烈度是指未来一百年平均土质条件下,可能遭遇的最大地震烈度。这张地震烈度区划图的特点是具有时间概念,缺点是采用确定法判定潜在危险区,把本来不确定的结果用确定的形式表达,超越了对地震发生规律的认识水平。但它代表了中国70年代地震区划的水平和工作程度。编制工作步骤是,第一步先编制未来百年内的地震危险区划图,然后在此基础上再编制出地震烈度区划图。
  第一阶段地震危险区划图的编制工作包括:根据区域地震活动、地震地质条件划分地震区带,在此基础上根据地震区带的地震活动性分析与数理统计、地震活动周期综合评价,算出各地震区、带内未来百年内可能发生的各级地震数目与最大震级。然后在地震区、带内确定地震危险区标志。最后对地震危险区标志加以综合分析、对比,划分各级地震危险区,绘制成未来百年内的地震危险区划图。
  第二阶段地震烈度区划图的编制工作,首先依据统计得到的本省震级与烈度间的经验公式,换算出与各级地震相应的震中烈度,并将危险区划图上的各级地震危险区作为各级地震相应的地震烈度的极震区,然后根据地震区、带内已发生地震影响场的统计与类比方法确定从极震区向外围衰减的各烈度区范围。这次编图工作得到基础图件和成果图件7张:(1)福建江西构造体系图;(2)福建江西新构造图;(3)福建江西强震震中分布图;(4)福建江西弱震震中分布图;(5)福建江西综合等震线图;(6)福建江西地震危险区划图;(7)福建江西地震烈度区划图。这些图的比例尺均为1:100万。
  3.第三代地震区划图
  第三代中国地震区划图的正式编制始于1987年,福建省地震局编制的《福建省东南地区地震区划图》(1:50万)及相关科研成果完成于1992年5月。这张图采用地震危险性概率分析法编制,全面反映了各地区地震活动的相对危险程度,图上所标示的地震烈度值系指在50年期限内,一般场地土条件下可能遭遇的地震事件中,超越概率10%所对应的烈度值。它更符合现今地震预报水平给出的地震烈度的含义,是目前国际上普遍采用的一般建筑物抗震设计的标准。
  这项工作吸收了当时地震科学三个方面的重要成果:(1)采用地震危险性分析概率法,为多样化的工程抗震设计提供了不同风险水平的设防标准;(2)反映了中国各个地区地震活动时、空不均匀分布的特点;(3)吸收了地震预测方面的科研成果,使区划图能够比较确切地反映各个地区将来可能遭遇到的地震强度。
  福建省地震烈度区划图的编制属于全国地震烈度区划图工作的一部分,这一阶段,福建省地震局还承担了福建和江西地区基础材料收集、整理以及基础图件、工作报告的编制工作。福建省内不同地震烈度区的分布详见图5-1。
  4.第四代地震区划困
  第三代地震烈度区划图(1990)使用的资料截止到1986年,区划图上的参数以地震烈度来表述。随着中国经济进入90年代的高速发展,减轻地震灾害的最有效途径是在正确预测地震活动的基础上制定出合理的抗震设防标准。地震烈度区划图已经不能充分反映中国地震科学的认识水平和资料程度,以地震烈度作为抗震设防依据的不确定性较大,且难以与国际上发达国家的抗震设防标准接轨。国家地震局把全国抗震设防区划图编制列入“九五”重点课题,这次编图的原则为:充分吸收国内外有关地震区划的最新科研成果和新资料,采用多学科综合研究的手段,充分考虑中国地震环境和地震活动的区域性差异以及不同时间尺度的地震预测结果,科学地考虑各环节的不确定性因素,编制完成以地震动参数表示的、综合反映场地影响和地震环境特点的、适用于一般工程的抗震设防区划图。
  福建省地震局承担《厦门—汕头地区地震动参数区划图》的编制工作。利用福建省近10年来在地震活动观测、地震安全性评价和地震小区划研究中获取的第一手资料和研究成果,1998年,编制完成福建和江西两省的区域新构造图、区域震中分布图(分为M≥4.75和M<4.75两个分幅)和区域地震构造图(比例尺为1/250万),以及地震动参数区划图编制范围的地震构造图和潜在震源区划分图(比例尺为1/100万)。这些基础图件和阶段性的研究成果提高了全国抗震设防区划图的可靠性和资料的完整性,同时也协调了福建省地震动参数区划图与全国抗震设防区划图的关系,促使正在完成的地震动参数区划的研究成果能够更快更好地应用到重要工程的抗震设防实践中。
  (二)城市小区划
  在地震区进行城市建设时,对于城市规划和房屋建筑设计,必须考虑地震可能产生的破坏影响。80年代到90年代,在福建地震科研部门和建设主管部门的共同努力和组织下,福建沿海主要城市和经济开发区陆续编制以防震减灾为目的的地震小区划或抗震防灾规划,以提高这些地区抵御破坏性地震袭击的能力。
  1.福州市马尾经济技术开发区地震工程地质小区划
  1985年,福建省地震局和国家地震局地质研究所共同完成福州市马尾经济技术开发区福州火电厂的地震小区划工作。该项工作分两期进行,1984年,对厂址区域地震地质稳定性进行评价;次年开展第二期研究工作,先进行场地波速和地脉动测试,然后通过地震地质环境、基本烈度复核和工程地震地质综合分析研究,对厂址进行工程地震特征综合评价,划分出场地类别,确定场地设计反应谱类型,为电厂的结构抗震设计提供地震动参数参考依据。
  1988~1990年,中国地质科学院等单位完成福州市马尾经济技术开发区地壳稳定性评价与地震工程地质小区划。该工作列为地矿部重点地质勘察项目,主要研究马尾经济技术开发区地震工程地质小区划,即地震动作用下场地软土层震陷、饱和砂土液化评估,及其环境效应和工程地震动参数预测等。研究成果为开发区规划建设和招商引资提供抗震设防科学依据,获地矿部1993年度科技成果二等奖。
  2.福州市地震小区划
  福州市地震小区划是福州市抗震防灾规划的基础性研究课题。1991年,在福州市建委的大力支持和市抗震办的协作下,该课题由福建地震地质工程勘察院承担,1993年完成。
  研究范围包括福州市区约100平方公里和外围郊区200平方公里地区。投入资金30万元,按城市抗震防灾规划甲类模式开展工作。从福州市断陷盆地的工程地质分区、场地类别划分、地貌分区、活动断层鉴定和地震地质调查、地震灾害预测、地震危险性分析、设计地震动参数评定等方面进行研究并作出综合分析,在此基础上划分福州市(以市区范围为重点)地震小区,其中包括地震地质灾害小区划及地震动小区划两部分,编制了福州市地震小区划总报告及基础图件7幅(1:2.5万比例尺),即:福州市地貌略图、福州市断裂构造分布图、福州市场地类别分布图、福州市淤泥层分布图、福州市设计地震动参数分布图、福州市工程地质分布图、福州市地震灾害预测分布图及土地利用规划图。这些图件的编制为福州市抗震防灾规划打下基础。
  3.福清市元洪投资区地震小区划
  福清市元洪投资区位于福清市海口、城头两镇,总面积50平方公里。由印度尼西亚的福建籍企业家林绍良为首的林氏集团和新加坡政府联合进行成片开发。为了做好防震减灾工作,福清市人民政府于1996年6月委托福建地震地质工程勘察院,先对首期开发的10平方公里地区开展地震小区划研究。该项目于1996年8月至1997年8月完成,历时1年多。其主要研究工作包括:区域和近场区的地震活动性和地震构造研究、场区工程地震条件分析、地震烈度和地震动衰减关系、场地地震危险性概率分析、场地地震动参数确定和地震地质灾害评价,以及地震动小区划和地震地质灾害小区划。研究表明:①开发区受区域地震构造环境控制,处在6.0震级潜在震源区内,须采取相应的防震设防措施;②根据场地工程地质条件,场地土类别评判为中软、中硬及软弱场地土,场地土类别评为Ⅱ类和Ⅲ类(基岩裸露区为Ⅰ类场地);③通过卫星遥感解释和地震地质工作,确认开发区内若干条断层不属于全新世活动断层,给出工程建设范围内断层处于稳定状态的可靠结论;④场区地震基本烈度为Ⅶ度,并在不同场地土条件下给出相应的设计地震动参数值,共划分出5个地震动影响小区;⑤场区地震地质灾害类型主要是软土震陷;⑥从防震减灾的实效分析,将场区划分为抗震有利和不利两个区(段),编制了相应的土地利用规划图。这些研究成果和图件为投资区合理地使用土地资源,减轻地震灾害损失,提高投资效益提供了科学的、合理的依据。
  二、工程地震评价
  (一)基本烈度鉴定与复核
  地震基本烈度鉴定是通过综合研究基本建设工程地区的地震地质条件、地震活动性规律,预测该地未来百年内或50年超越概率10%水准下发生地震的强度,及其对工程区造成的最大破坏影响烈度,为工程建设提供较合理的抗震设防的科学依据。中华人民共和国成立以前,福建省地震基本烈度鉴定是一个空白的领域。福清东张水库、莆田东圳水库、南安山美水库等工程的地震基本烈度鉴定,都是由中国科学院地球物理所直接将其书面意见答复各单位,没有到现场进行调查研究。1968年10月,中科院地质研究所派人到福建永安吉山水库现场调查,并提交了工作报告,这是福建省具有地震基本烈度鉴定报告的第一项工程。
  1970年省地震办公室成立后,根据历史地震资料及地震地质现场调查分析,提出乌龙江大桥场地的基本烈度为Ⅰ度。这是福建地震科研系统承接的第一项地震烈度鉴定工程。
  此后,福建地震科技人员在烈度鉴定工作中不断积累经验,吸收最新科研成果,解决工作中遇到的新问题。1977年8月,在对闽江水电站的3个可能坝址提出了地震基本烈度初步意见后,于1978年4月又在选定的拦江大坝坝址(闽清县城北14公里处)进行地震地质调查,认为坝址附近具有5级的发震构造背景,即在一般情况下,最高只会有1度的地震破坏。这次工作首次考虑了水库地震,研究认为在蓄水之后,可能诱发地震,水库地震的震中烈度比一般构造地震的震中烈度略有提高,5级地震可能产生Ⅶ度的地震破坏,综合研究结果认为闽江水电站地震基本烈度最高达Ⅰ度。1979年8月,在对永定县棉花滩水电站地区进行地震基本烈度鉴定时,经过实地考证,发现原记载1922年5月20日峰市发生过Ⅶ度地震,不是由地震造成,最后认为该地震基本烈度仅为Ⅶ度。
  70年代,福建省的地震基本烈度鉴定工作最基本内容是采用地震外推和地质对比这两条原则,没有考虑不同服务对象的时间要求,强调了强震的重复性,忽略了在地震活动演化过程中频度和强度的变化。1977年,国家地震局颁布《中国地震烈度区划图》(1:300万),为了便于使用,福州地震大队与江西省地震办出版了《福建、江西地震烈度区划图》(1:100万),地震烈度鉴定开始采用新出版的《中国地震烈度区划图》的鉴定方法。1979年后根据国家建委、国家地震局颁发的《关于地震基本烈度鉴定工作的规定》,一般基本建设项目所在地的地震基本烈度,按《中国地震区划图》(1:300万)确定,不苒另行鉴定,少数特别重要工程的建设地区,需要进一步鉴定基本烈度,按国家建委、国家地震局有关规定进行。
  80年代初开始,省内外一批现代化的重要工程陆续上马,原有的《中国地震烈度区划图》及《福建、江西地震烈度区划图》已不能全部解决地震烈度鉴定工作中出现的新问题,如基本烈度代表着某个地区的平均烈度,通常烈度的取值,一度之差,加速度相差一倍,用最高烈度作为基本烈度,没有反映近场地震动重大差别,对100年内遭遇地震的可能性,并没有说明发生该强度地震的概率有多大等。许多重大工程如核电站、高水坝、特大桥、高速公路、大型化工基地等生命线工程建设对地震烈度鉴定工作提出了更高、更多的要求,为了做好工程抗震设防工作以适应工程建设需要,1986年,开始执行国家地震局公布的《重大工程场地工程地震工作大纲》。地震科研人员还结合重大工程的地震危险性评定,引入了国际流行的地震危险性分析概率方法。其特点是将地震地质条件的认识和地震活动性资料结合起来,并以某种定量的概率含义的方式表达。其最大优点是给出了不同震级(或烈度)地震发生的可能性和感兴趣的场点在一定年限内地面运动可能性的估计值。1986年3月,福建省地震地质工程勘察院在对青州造纸厂基本烈度复核中首次采用了地震危险性概率分析法,与确定性分析方法作比较,结果基本吻合,基本烈度为Ⅵ度。
  90年代初,进一步加强工程建设的地震服务工作,为做到安全、经济地为工程建设场地提供合理的抗震设防标准,采用以地震危险性概率分析法编制的第三代《中国地震烈度区划图》(1:400万),替代1977年颁布的地震烈度区划图,供国家经济建设、土地利用规划和制定防震减灾对策参考,并直接作为中、小型工程抗震设防的依据。对一些特殊及重要工程建设进行地震基本烈度的危险性概率分析与复核。
  在烈度鉴定工作中,省地震地质工程勘察院引进各种先进的技术手段和设备。如采用卫星照片兼容计算机解译、航片解译、结合过去成果和野外实地调查,判别活动断裂,编制出区域地震地质构造图和近场区活动构造图;引进横切断面的地质雷达扫描法、浅层地震法勘探、多种方法的电测法、微地震观测等技术手段探测构造异常,依据野外取得的断层泥样,采用考古用的石英形貌法、热释光法(TC)及电子自旋法(ESR)测定断层活动年代。
  1968~1997年,福建地震科技人员通过大量的区域地震地质和地震活动的野外调查及综合研究,为国家建设提供了约200项工程的地震基本烈度鉴定和复核成果(见附表5-1)。
  (二)地震安全性评价
  工程场地地震安全性评价是场地地震动参数评价和场地地震地质稳定性评价的结合。论证未来地震对工程场址可能造成的影响,并确定项目需要的地震安全设防标准,为新建工程项目的选址与抗震设防,以及已建工程、大型厂矿企业、大城市和经济建设开发区制定发展规划和防震减灾对策提供科学依据。一般建筑建设项目的地震安全性评价,按国家批准颁布的中国地震烈度区划图的使用规定确定。大型工矿企业、超高建筑、大桥、大坝、核电厂及开发区等,采用不同深度的工程安全性评价方法。80年代,按国家地震局颁布《重大工程场地的工程地震工作大纲》及《地震小区划工作大纲》中的相应规定进行。1991年后,为了加强地震安全性评价工作管理,执行国家地震局制定的《工程场地地震安全性评价工作规范》。至1997年,福建省地震局按照有关规定和规范,针对不同工程的要求和实际需要,完成了100多项工程场地的地震安全性评价工作(见表5-2)。
  福建工程场地地震安全性评价工作主要依据地震地质、地震活动性及工程场地条件,客观评价地震地面运动的各个参数,结合工程的重要性、投资规模、社会发展和环境影响等多方面因素,综合给出适合于工程设计用的地震动参数。
  地震安全性评价工作内容,首先根据工程特征和重要性明确设防要求,接着应用中长期地震预报的理论,根据地震历史数据和地质构造资料,估计地震活动性,再根据地震烈度和地震动衰减关系,估计工程场地的设计地震烈度和地震动参数,最后根据场地工程地质条件,估计场地地震动的影响。
  1.场址区地震地质调查研究
  包括断层活动性考察及地震稳定性评判等工作。对地震构造(或发震构造)和由地震引起的地质灾害做出合理评价。主要手段有:
  (1)遥感解译
  调查分析工程场地及附近区域内地震构造情况时,进行卫星遥感信息的计算机处理和解译,主要利用美国地球卫星图像计算机兼容磁带(CCT),经过计算机滤波处理,如成像—直方图均衡法、比例拉伸法、假彩色合成法等,用各种手段增强处理的图片,结合航片,对场区及其周围线性构造进行判读,获得区域卫星遥感线性构造解译图。
  (2)断层活动年龄测定
  1984年以后的野外地质构造勘查,除对可疑活动断裂的构造特征进行观察、测量、素描和拍照外,还采集断层泥样品,应用热释光(TL)法、电子自旋法(ESR)、石英形貌法(SEM)、C14法等手段测定其活动年龄,获取比较可靠的断层活动年代证据。
  (3)构造异常探测
  对于具有覆盖层的隐伏断层,主要使用地质雷达扫描、浅层地震勘探、电测法等手段探测。1992年引进XG-4型数字测汞仪,进行断层(汞)气测量,利用汞气测量监视活动断裂,在同一断裂的不同地段,通过观察汞异常反映监视断裂活动的程度、断裂面的开启程度,判明断层活动强度特征。该手段在华能电厂二期工程、福建炼油厂25万吨油码头工程等十几项重大工程安全性评价工作中应用,效果良好。
  1993年,福建省地震地质工程勘察院引进国家地震局地球物理研究所研制成功的EW-1型CT探测仪器设备,其发射功率10瓦,接收灵敏度O.lμv,测量振幅范围0.2-3×1000,透距数10米至300米,探测深度可达800米,适用于钻孔间扫描观测,发射—接收频段共有12个频段。这是当时国内孔间电磁波CT仪中性能最稳定、分辨率较高的CT仪,具有重建被探物体内部二维或准三维图像功能,可以揭示岩土体内部结构,成为工程地质勘探的重要技术,在长乐国际机场、金鸡山隧道、华能电厂(二期)、马尾青洲特大桥、福州城门水厂、厦门邮电大厦等十几项重大工程的地震安全性评价工作中发挥了较好的地质探测作用。
  2.场址区场地类别评判主要是应用单孔检层法,通过地面激振、井下接收,测试场地土层的剪切波速值,再依据《建筑抗震设计规范GBJ11-89》中有关建场地分类的规定,利用平均剪切波速值确定场地土类型和场地类别。此外,由于地基常时微振部分反映了地基振动特性,地震技术工作人员利用拾震器和DZQ-3浅层地震仪,接收信号,计算其卓越周期值,分别按《公路工程抗震设计规范JTJ004-89》和《建筑抗震设计规范GBJ11-89》的有关规定,以及工程勘探部门提供的《工程地质勘察报告》中的钻探资料和土工试验报告数据,通过计算得出场地类别综合评定结果。
  3.震害效应评估
  地震震害效应包括砂土地震液化、软土震陷、边坡稳定性(滑坡、崩塌等)、地震断层错位等。
  福建省地震科研部门和勘探部门对饱和砂土地震液化、软土震陷问题的判别,一般依据《建筑抗震设计规范GBJ11-89》和《公路工程抗震设计规范JTJ004-89》、《工程勘察规范》等有关判别方法,根据工程承建方所提供的《工程地质勘察报告》中的钻探资料和土工试验报告数据,经过对区域地震地质条件、场地条件及地基土质条件等要素进行宏观初判,认为具备可能液化和震陷的饱和砂土、饱和软土等再用标准贯入试验判别法或剪切波速法对场地饱和砂土及饱和的淤泥质土、淤泥等软土进行计算并综合判别,获得在一定的地震基本烈度下的饱和砂土液化势评判结果和地基震陷的评估结果。
  对其他能使地基失效的因素,如地震断层错位、地震滑坡等,省地震部门通过对场区断裂活动分析,判断场区发育的断裂是否为晚更新世或全新世以来的活动断裂,及与建筑物的距离关系,是否存在可能产生地震位错而危及建筑物。对场区周围是否存在危险的陡坡、与边坡交切的节理构造面等可能引起地震滑坡的各种因素,通过野外勘察,将获得的大量实地调查资料进行分析和有限元计算,得出比较肯定的边坡稳定性和活动断层地震效应评判结果。
  4.地震危险性概率分析
  这种方法是将地震构造条件和地震活动性资料结合起来,以某种定量的概率方式表达。它给出了不同震级(或烈度)地震发生的可能性,给出了工程场地一定年限内地面运动可能性的估计值。近年来福建地震地质部门为工程建设单位提供的地震危险性概率分析参数有50年超越概率为63%、10%、2%和100年超越概率为10%的基岩地表峰值加速度值等。
  5.设计地震动参数确定
  福建地震地质部门对场地地震动特性的研究普遍采用土层地震反应分析法。
  土层非线性地震反应计算,首先确定一个旨在反映场地地震危险水平地震动输入,即有基岩加速度时程作为计算场地土层地震反应的输入运动;再选用适当的土层反应计算模型,计算场地的地面峰值加速度和反应谱,最后根据计算结果,提出工程设计所需要的设计地震动参数。其中所用的土层动力参数取自场地原土样动三轴试验报告,对每个工程场地,按规定程序抽取典型的土层样品,测定其动弹应变εd、动应力δd、动弹模量Ed、阻尼比统计分析等土层动力参数,再加上各钻孔土层剖面及土工试验资料、剪切波速值等进行计算。
  6.地震动时程分析与选择
  为了提供上部结构在地震反应的时程计算中所需要的地震波,地震地质部门把计算所得到的设计地震动峰值加速度值和设计反应谱的谱形参数作为目标函数,拟合50年超越概率2%、10%、63%和100年超越概率10%的地震时程,同时按《抗震设计规范DBS11-89》的规定,使用工程抗震设计软件EQSS,选取适宜各场地区的天然地震波,以满足建筑物结构抗震设计的需要。
  1988年后,场地地震相关反应分析及设计地震动参数确定已在大、中、小数百项工程中广泛应用,为设计部门提供了合理可靠的抗震设计参数。
  附:工程地震评价项目选介
  1.福建省核电站预选场址(惠安山前,长乐山前)地震基本烈度复核
  1984年3月9日,福建省人民政府决定在沿海地区拟建一座双堆核电站,功率为90×2万千瓦。省核电可行性研究办公室于1984年5月委托福建省地震局承担以厂址为中心半径300公里范围内区域地震地质稳定性、半径8公里范围内活动断层及厂址区地震基本烈度初步综合分析任务。按任务要求,省地震局根据核电站区域已知的大地构造环境、区域性大断裂展布、力学性质、地震活动性、地球物理场特性及遥感地震地质、新构造分区等资料,着重研究有关核电站地区的地震地质稳定性问题。认为该区地处台湾岛屿板缘至板内地震构造过渡区,属于东南沿海地震活动带,具有东强西弱的特点,其地震孕育的周期和发生率远不及板间、板缘带。大震复发,大致有上千年的时间尺度,具板内地震带的特性,最大地震可达8级。
  该区主要发震构造是北北东—北东向的区域性活动断裂,以长乐—南澳断裂带最为重要。断层的运动方式,沿海带以走滑型(右旋)为主,海峡带以平移—正断层居多。大陆沿海地带地震地质不稳定区(带)存在多种地球物理场的异常结构。大地震明显赋存于长乐—南澳带的两个地震群集区,即泉州海外南日岛地区及广东南澳岛地区。
  在未来100年内距山前一大蚱厂址300公里范围内计有:九度危险区3处,八度危险区3处,七度危险区1处。对厂址不稳定的地震影响最大的是泉州海外8级地震危险区(距厂址50~60公里),未来600年乃至数千年内最大地震影响可达九度,将军帽厂址地区地震影响最大达七度。
  距厂址8公里内的活动断层(4.0~3.5万年以来),主要是崇武—秀涂近海地带存在近东西活动断层迹象及埔塘—青山北西西活断层迹象。前者是与滨海北东向活动断层的交汇部位,为潜在强震发生的危险部位。后者属于断块内部次级活断层,其孕震性弱。
  1984年6月,受福建省核电办委托,省地震局再次承担了福建省初步选出的4个核电站厂址区(即惠安山前,长乐山前,长乐南澳山,罗源将军帽厂址区)的地震基本烈度评价工作,根据协议内容组织了30多个科技人员,在1:300万全国地震烈度区划图及福建省1:100万地震烈度区划图基础上,开展核电厂址区的地震地质调查,第四纪地质与活断层调查,卫星遥感信息计算机解译,地震活动数理统计分析,历史地震烈度影响场的考证研究,以及潜在震源区划分标志等方面的专题研究。初步评定了上述4个厂址的地震基本烈度为六至七度。由于实际工作中科技人员在惠安山前厂址8公里范围内,发现可能有近东西向活动断裂通过厂址区(即埔塘—青山断裂和崇武—秀涂断裂),引起了省核电办、水电部规划设计院和核工业部第二设计院等有关单位的重视。为此,省核电办又根据水电部规划院和核工业部第二设计院等单位的建议,于1985年9月要求地震局按照水电部关于国内核电站初步可行性研究的深度,开展活断层疑点鉴定和上述4个厂址地震基本烈度评定工作。
  根据省核电办要求,省地震局联合国家地震局地质研究所、地球物理研究所及核工业部第二设计院、水电部、苏州热工研究所等科研技术力量较强单位的专家共同到现场调查并开展多种方法的探测工作,历时半年,取得了大量宝贵资料,除了对活动断层疑点问题作专题评价外,还将4个核电站厂址地震基本烈度初步综合分析报告送交国家地震局全国烈度委员会有关专家审查通过。
  1988年3月初,省核电办再次委托福建省地震局按重大工程地震工作大纲及核工业部核安全局关于核电站安全建设的暂行条例精神,在原有资料和论证基础上,对惠安山前和长乐山前两个推荐厂址,进行地震基本烈度复核评定,省地震局组织闽赣地震地质勘察院、地震研究所,以原报告为基础并吸收了第三代烈度区划研究以及结合福建省多年所作地震工程评价成果,同时利用1987年8月江西寻乌发生的Ms=5.5级地震的近场地震研究成果,进行综合分析,最后完成《福建省核电站预选厂址(惠安山前,长乐山前)地震基本烈度复核报告》,提交国家地震局烈度评定委员会审查批准,并获得核工业部核安全局审查通过。
  2.厦门海沧901工程场区工程地震技术工作
  厦门海沧901工程为特大型石化企业,工程占地面积约20平方公里。该工程东邻厦门嵩屿,西北以龙海县角美镇为界。根据地震环境的研究,901工程场区处于东南沿海地震带上,自1067年以来,该区附近共发生10次M≥5级地震,其中对厦门市及邻近地区破坏性地震影响主要来自广东南澳地区1600年和1918年发生的7级和7.3级地震,1604年泉州海外71/2级大震,漳州地区多次5~6.5级地震以及厦门海域1906年发生的5.5级地震,分别造成厦门地区建筑物产生不同程度的破坏或者出现地裂、喷砂冒水等震害现象。该区现今小震活动比较频繁,被列为福建省地震重点监视区之一,也是中国12个抗震防灾重点地区之一。
  省地震局根据厦门市901工程建设管委会的委托,按照国家计委、建设部1989年颁布的《新建工程抗震设防暂行规定》和国家地震局1987年颁布的《重大工程场地工程地震工作大纲》、1988年颁布的《地震小区划工作大纲》,制定了901工程地震技术工作方案。组织科技人员80多人,与国家地震局地球物理所7名专家联合,并特邀胡聿贤教授、时振梁研究员为本项目的高级顾问。
  根据技术方案,通过对场区的工程地震实际调查和分析研究得出如下结论:
  (1)该工程场区(20平方公里)及邻区地处福建沿海北北东至北东向长乐—诏安断裂带的中南段。依据地震烈度区划研究的结果,确认该场区在未来百年内属于厦门—漳州51/4~53/4(七度)地震危险区;
  (2)对场区及邻区地震地质调查、地貌调查、地表断层壤中汞气测定及卫、航片遥感信息的解译分析结果,认为场区内不存在区域性大断裂形迹,也未发现地表活动断层形迹,为相对稳定的工程场区;
  (3)该报告采用地震危险性分析和地震基本烈度鉴定方法所得结论是一致的,其最大地震烈度为Ⅶ度;(4)该场区地震动小区划研究表明:由场地第四系土层性质、厚度以及风化壳和基岩埋深不同等原因,可分为4个小区,并给出不同分区的地震动人工合成时程曲线,各小区内平均设计地震动加速度峰值和设计反应谱参数见表5-3。
  工程报告于1990年7月底先后通过福建省地震局学术委员会和国家地震烈度委员会审查,认为符合“厦门海沧901工程厂区工程地震工作技术大纲”要求,结论和结果可供建筑规划和抗震设计时使用。
  3.漳州后石电厂厂址地震安全性评价
  后石电厂地处强震区,是装机容量为6台60万千瓦/台组成的大型火力发电厂,为抗震设防需要,华阳企业有限公司委托地震地质工程勘察院开展地震安全性评价工作。1996年1月4日,勘察院组织野外地震地质调查小组、波速与地脉动测试组、地震危险性分析组、场地设计反应谱计算组,历时两个半月,地震地质调查范围半径5公里,着重查明场区是否存在指向工程场地的断层及其活动性,取6个断层泥样作年代分析,剪切波速测量孔13个,孔深至中等或微风化基岩,取3个残积土样,一个强风化花岗岩样做动三轴试验,依据地形地貌、土质条件及上部建筑特点布8个地脉动测点,按《工程场地地震安全性评价工作规范
  (DB0001-94)》、《建筑抗震设计规范(GBJ11-89)》和《火力发电厂工程地质勘测技术规程(SDJ24-88)》操作,得出结论(其成果经省烈委评审通过):
  (1)后石电厂厂址地处北北东—北东向长乐—诏安断裂带中南段东侧,历史上曾遭受过多次地震影响,影响烈度最大达Ⅶ度强。北北东—北东向金门—流会断裂及滨海断裂带与北西向漳州—龙海断裂和近东西向厦门—金门岛南缘断裂在近场附近交汇,具有孕育中强地震构造背景。拟建工程必须进行抗震设防;
  (2)后石电厂厂址位于断块内,晚更新世以来以整体上升为主。区内所见的北西西、北西向、近东西及北北东—北东向断裂已硅化,断层泥样品年代鉴定,最新活动年代为10万年以上,近1万年(04)以来没明显活动,弱震活动也稀少,厂址所处地段属于相对较稳定场地,适宜建厂;
  (3)地震危险性50年超越概率10%的烈度值为7.3度,场地基本烈度可定为7度,50年超越概率63%、10%、2%对应的基岩水平峰值加速度为37伽、137伽、269伽;
  (4)现场测试分析结果表明:潮间带多为中软场地土,场地类别为Ⅱ类,场地常时微动卓越周期水平向为0.12~0.22秒,垂直向为0.09-0.14秒;主厂区多为中硬场地土,场地类别为工类,场地常时微动卓越周期水平向为0.07~0.14秒,垂直向为0.07-0.11秒;
  (5)设计地震动参数见表5-4,竖向地震动取对应的水平向地震动峰值的三分之二,其反应谱谱形参数与水平向谱形参数相同。
  2.阻尼比为0.05。
  4.青洲闽江大桥初步设计地震危险性分析
  福州国际机场配套工程青洲闽江大桥为特大型桥梁,全长2572米,正桥1190米,引桥1382米,桥高43米(净空),最大孔径跨度605米,该桥位于福州马尾青洲路渔业公司至长乐县筹东华能电厂煤码头。1993年5月,受福州国际机场办公室的委托,福建地震地质工程勘察院承担了青洲大桥桥址区地震危险性评价工程。根据铁道部武汉大桥局勘测设计院提出的抗震设防评价工作的要点,勘察院制定了相应的地震危险性评价工作大纲,分别开展了地震地质调查、断裂活动性考查、砂土液化评判、大桥南北岸桥线中轴桥位钻孔电磁波井间层析成像(CT)5条剖面的探测,结合闽江桥位线地震剖面探测资料进行综合评价,在引桥段进行设计反应谱及危险性计算确定不同工程地质单元、桥墩的设计谱和引桥地设计谱。评价工作历时6个月,其成果经省烈委评审通过。
  (1)桥址地处福建沿海长乐—诏安地震断裂带北段两侧闽江下游的长乐—福清断块区,构造类比结果认为该区为M=6.0级地震的潜在震源区,存在发生5.5~6.0级地震的构造背景,应有相应的抗震设防措施。
  (2)经地震地质调查及井间CT探测,认为桥址区基岩岩基良好,其主要构造形迹为NEE-NE向次级断层,为中、新生代时期的构造作用产物,在桥址区覆盖层中未见有全新世时期活动断层,为相对稳定区,适宜建桥。
  (3)该场地北岸为Ⅲ类建筑场地。北岸第四纪覆盖层中,存在在七度地震烈度条件下产生轻微—中等砂土液化趋势。
  三、工程场地测试
  (一)工程振动测试
  随着国民经济建设的日益发展,福建各地陆续建设一批大、中型工程,爆破技术与工地打桩技术得到广泛的应用。在矿山、公路、水利、开发区等工程建设中的大、中型山体爆破和城市建设中的旧城改造、基础拆除等城市控制爆破中,对爆破地震波传播特征进行测试是必不可少的一项工作。爆破和打桩的振动强度都会对周围建筑物产生影响,土质条件差异所造成不同程度的震害效应现象,越来越受到人们的关注。为此,福建省地震地质工程勘察院从1990年开始使用各种仪器或技术方法测试脉动周期、波速,监测在爆破、打桩过程中产生的振动强度,为建筑单位和施工抗震设防提供依据,从1990年为福州第二酒厂酿化炉车间承担第一项振动观测项目开始起,至1998年上半年,共为省内百来项建设工程单位进行了爆破和振动测试,以及场地剪切波速(含加速度)、地脉动测试工作,见表5-5。
  (二)桩基检测
  福建省地震局开展桩基检测始于1977年,是全省最早开展桩基无损检测的单位之一,最初使用敲击法(即地震反射法),用重锤敲桩边土,辅以传感器判别桩的质量。1984年闽赣地震地质工程开发公司成立后,开始向有关建设工程提供桩基检测服务。
  1987年开始,使用水电效应法检测桩基质量。1988年,闽赣地震地质工程勘察院的“建筑桩基无损检测”通过部级鉴定,检测技术人员由原来5人增加到10多人,1987~1990年,编写了《福建勘察与设计规范》的桩检部分,并公布使用,获得省科技进步一等奖。
  1990年,成立福建省地震局桩基检测站,通过计量认证和省建委的技术考核,获得省建委颁发的桩基检测许可证。同年,勘察院购进PDM测桩仪,该设备均可用于水电效应法、敲击法和机械阻抗法(包括稳态机械阻抗)。
  1995年,勘察院引进武汉岩海公司生产的J1616P桩基检测仪,除了对高层建筑进行桩基检测外,还应用水电效应法和超声波法对福州市几座大桥桥墩和大型挖孔桩进行检测试验,在福马路—连江路立交桥、江滨立交桥、白马河桥、洪塘大桥、二环路晋安河立交桥、象园桥、六一路和紫阳立交桥的桩基试验项目中均使用该方法,取得良好成效;在省海外联谊中心、省外运大厦、三明化工厂等大型建筑工程桩基检测中分别采用反射波法、超声波法、水电效应法进行检测,并经抽样取芯验证,与实际基本相符;在福州第二化工厂漂粉精车间、华能电厂二期工程的烟囱采用机械阻抗法检测试验,均取得良好效果。至1998年6月,福建地震地质工程勘察院应用地震波法(反射法)、水电效应法、机械阻抗法、超声波法在福建、上海、江苏等地数百项建设工程项目中,对4万多根各种类型桩基工程进行检测和试验,对高层建筑灌注桩、桩身质量、完整性以及单桩承载力开展测试,其准确率可达95%。
  (三)瑞雷面波勘探
  瑞雷面波勘探是90年代发展起来的工程地震勘探方法。利用瑞雷面波对地基岩土体进行探测的物理基础是瑞雷面波传播速度Vr与岩土体物理力学性质的密切相关性Vr与频率f的相关性(即面波的频散性),依据瑞雷面波的频散特征求得岩土体内中波速分布,然后利用波速与土体其他物理力学参数的相关性对地基岩土体作出工程评价。
  漳州后石电厂工程场地为开山取石、填海造陆的填夯地基。由于填夯面积大,填夯土体的复杂性和不均匀性,以及检测任务的艰巨性和紧迫性,无论从技术上还是从时间上看,只用常规勘测方法难以胜任。因此,福建省地震地质工程勘察院厦门分院受华阳电业有限公司委托,于1997年12月起对该工程场地地基强夯效果采用瑞雷面波检测。依据波速与岩土体介质力学参数的相关性,在获得面波波速的分层变化数据后,给出相应土层介质的各种力学参数。取得经济、准确、快捷的效果。
  附:漳州后石电厂工程地基强夯效果面波检测
  1.工程概况及地基检测要求
  拟建的漳州后石电厂位于龙海市隆教乡小澳村东北溪岸,距龙海市35公里,港尾镇15公里,是一个大型工程项目。其地基处理采用回填强夯处理工艺,回填强夯地基面积约36万平方米,按技术指标将工程场地分为为B、C两区,B区要求强夯加固后的地基承载力标准值fk≥300Kpa,压缩模量Es≥15Mpa,压实系数λc≥0.97;C区要求夯实加固后地基的承载力标准值fk≥250Kpa,压缩模量ES≥12Mpa,压实系数λc≥0.97。要求整个强夯区强夯有效影响深度H≥8米。
  2.检测方法
  工程场地范围内原海底地形复杂、起伏显著,回填物质中石块中砾径变化很大,整个工程场地地基回填土体的厚度乃至内部物质结构在水平横向和沿垂纵向上都很不均匀。为了鉴定该工程场地回填土体在变形和承载力上是否趋于均匀并达到设计要求,福建地震地质工程勘察院厦门分院应承建部门的要求,采用点面结合的方法,以大面积的瑞雷面波勘探为主要检测手段,结合点上常规静力学试验,建立工程场地瑞雷波速与地基填夯土体力学参数的统计关系,对工程场地填海造陆填夯处理效果进行检测。
  3.检测结果及强夯地基处理效果评价
  按照瑞雷波勘探的原理对现场测试取得的面波检测记录资料逐点进行反演解释,同时与检测区内3个钻孔波速测试结果进行对照,对本场地1、4、8米三个深度上的瑞雷面波速度平均分布进行分析。根据瑞雷波揭示的工程岩土体波速分布,参照该工程场地同期进行的31个静载荷试验的结果以及其他相似条件的工程所取得的经验,统计得出地基承载力基本值f0、地基变形模量E0、标准贯入击数N63.5与瑞雷波速υr的相关关系。根据这些相关关系对检测范围内工程岩土体的力学性质进行分析。
  (1)不同深度瑞雷波的横向分布
  在宏观上可将填夯土视为一层,该层土体在地表基本上在一个水平面上,而土体的底面回填前的基岩面控制,在横向上具有不同的深度。面波检测揭示的基岩面埋深与实际的基岩埋深一致,所圈定的强夯处理效果较差的位置与同期进行的载荷试验结果具有良好的一致性,特别是在事先完全不知道的情况下,通过不同深度上瑞雷波速横向变化分析,发现B区、C区回填土在物理上存在显著差异,后经施工单位得到证实。
  (2)地基承载力、变形模量和标贯击数的分布
  工程场地强夯处理地基,填夯土层厚度由1米到20米,横向变化大,若计算评价所依据的层位过深,计算中势必会时而用基岩波速值,时而用填土体波速值,影响对填土强夯效果的评价,因为填夯土体的物理力学状态仍然占主导地位,所以取H=4米以上填土体平均瑞雷波速度作为评价本工程地基力学状态的依据,在瑞雷波速检测中发现绝多数测点强度都是随深度H的增加而增加,反映出填夯的岩土体随深度的增加,强度也有增大。评价中按4米深度波速值计算,就意味着所评价的结果是4米以上填土体。
  地基承载力基本值f₀的分布:设计要求强夯检测提供填夯地基的承载力标准值fk。承载力标准值fk是根据具体建筑物的地基情况由承载力基本值f₀统计修订而来,因此,给出承载力基本值f₀也就相当于给出承载力标准值fk。根据工程场地建的波速与承载力的相互关系以及评价标准,按4米的波速等值线进行承载力计算,求出了工程场地地基承载力基本值的分布。
  地基变形模量E₀的分布:强夯效果检测要求给出了填夯地基土体的压缩模量ES。压缩模量Es与变形模量E₀都是表征地基土体受力形变特征的物理量,两者之间存在着一定的关系,可以互相转换。同期进行的载荷试验给出了工程填夯地基土体的变形模量E₀,因此检测即以变形模量为基础对填夯土体的受力变形特征进行评价。依据H=4米深度上实测瑞雷波速υr与变形模量E₀的对照,建立工程场地瑞雷波速与地基变形征置之间的关系,计算得出C区和B区对应的变形模量E₀的临界值17Mpa和28Mpa。将4米深度的波速等值线图进行处理后得到的E₀等值线图,该图反映了地基刚度或受力变形特征的平面展布情况。
  地基土体标准贯入击数N63.5的分布:由于工程场地地基土体的特殊性和复杂性,从工程场地地基的静力学试验中基本上无法得到能够代表场地填夯土体力学特征的标准贯入击数值。因此,必须进行工程地质类比、借鉴与工程场地地基土体相类似的土体的标贯试验成果。给出各类土体的标准贯入击数N63.5与土体的横波速度Vs以及测试点深度H的相关关系。对4米深度的波速等值线分布图进行处理结果,得出工程场地地基土体标准贯入击数N63.5分布等值线图。
  4.强夯处理效果与结论
  根据工程场地区的地基承载力基本值、变形模量和标准贯入击数的横向分布,强夯处理后的回填土体在强度和变形上基本达到均匀性要求,填夯土体的承载力基本值、变形模量都达到设计要求。总体上强夯处理达到了比较理想的效果。根据检测所得结果可以得出如下结论:
  (1)强夯前后的检测结果对比表明,只要强夯到位,强夯处理有效深度能够大于8米;(2)按照设计要求衡量,整个检测区范围的填夯地基经强夯处理后,地基承载力基本值总体合格率达到94%;
  (3)纵观全区,尽管存在由于回填介质不同而形成C区、B区波速差异明显的情况,但是承载力基本值f0、变形模量E0和标准贯入击数N63.5在横向分布上变化平缓,反映出强夯处理后填夯地基土体从整体力学能上已比较均匀。
  第二节 社会综合防御
  1971年福建省建立专业地震机构后,通过地震宣传,普及地震知识;建立群众测报网点;协助各级政府制定防震措施;组织协作与联防;平息地震谣传;建立综合防震减灾示范工程等各项工作,逐步建立和完善了福建省防震减灾社会综合防御体系。
  一、地震宣传
  1970年,福建地震部门开始通过对地震基础知识、震前征兆监测知识、地震预报知识、工程抗震知识、地震应急和对策、地震法律法规、地震预报发布程序等的普及宣传,逐步提高民众对地震的认识和全社会的抗御地震灾害能力,以便在发布地震预报和地震发生前后,每个社会成员都能自觉地采取正确社会(包括个人)行动,使震灾得以避免或减轻。
  (一)内容
  1971~1974年为第一阶段,以普及地震常识为主。主要宣传地震发生的原因及地震所造成的破坏,引发的次生灾害等,促进人们对地震的了解和重视。
  1975~1979年为第二阶段,主要宣传地震前兆及地震测报的方法,如地形变、地电、地磁、重力、地应力测量,测震,地下水、海平面、天文、气象、生物生理等变化分析,数理统计方法分析,以及利用地光、地声来预测预防地震等等。
  1980~1983年为第三阶段,仍以地震前兆和地震监测预报为主,但更加注重科学性,不提“土地电、土地磁、土应力”这3种测报方法,动植物异常着重提到应排除生理异常因素造成的非地震前兆异常。同时,增加建筑物抗震知识宣传。
  1984~1992年为第四阶段,进一步建立城乡宣传网络,坚持经常性、科学性、针对性和多样化的宣传。做到内容上有科学依据,准确无误;形式上深入浅出,讲求实效;并结合形势,如地震谣传的鉴别等进行专题宣传。增加了地震预报现状和难度、临震应急等内容。宣传的形式也更加多样,有电视、音像制品、展览、讲座、广播、知识竞赛、街头宣传、夏令营等。
  1992年以后为第五阶段,宣传内容围绕综合防震减灾的地震监测预报、震害预防、地震应急和地震救灾与重建4个环节,分8个方面有系统地进行宣传。一是建立健全防震减灾工作体系,强调机构健全是搞好防震减灾工作的关键。二是建立健全防震减灾法规体系,通过普法执法保障防震减灾事业的顺利发展。三是宣传贯彻国务院1994年提出的中国十年防震减灾目标:“在各级政府和全社会的共同努力下,争取用十年左右的时间,使我国的大中城市和人口稠密、经济发达地区具备抗御6级左右地震的能力。”实施十年目标的关键在于各级政府将防震减灾各个环节的工作和措施纳入当地的经济和社会发展规划和计划中。四是

知识出处

福建省志·地震志

《福建省志·地震志》

出版者:中国社会科学出版社

本书内容由总概述、大事记、地图集、专业分志、人物志和附录等部分组成。其中包括地震构造背景、地震活动、中强地震、地展监测、震害防御、地震应急、地震科研、机构与队伍、地震工作管理。

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