《土木防灾减灾》第一讲 · 灾害识别与防御策略

课程教师未明确
2026/09/15 课程笔记

0 课程概述

核心思想： 从安全→性能→韧性

关键概念：

• 灾害承担能力
• 灾害后果评估
• 工程寿命设计的重要组成部分
• 多道防御策略

1 灾害的基本特性

1.1 灾害作用方式

外部灾害环境主要通过以下方式体现：

1. 时间随机性：极端环境发生的概率
2. 空间依存性：结合结构体系、使用条件、材料性能
3. 后果严重性：导致人员伤亡、经济损失、社会影响

1.2 不同灾害类型对比

1.3 灾害链效应

灾害发生 → 结构损伤 → 构件破坏 → 系统失效 → 社会经济影响 → 韧性恢复

工程师的核心任务： 在灾害链的不同环节设置干预措施，使最终损失最小化

2 典型灾害案例分析

2.1 塔科马海峡大桥风致倒塌（1940 年）

基本情况：

• 桥梁设计风速合理
• 当时被认为"不差"

事故原因：

• 气动稳定性问题
• 涡激共振 + 颤振
• 桥面率先发生扭转失稳

启示：

• 对矮高柔结构影响更直观
• 双开载随时间波动对高耸结构影响显著

2.2 墨西哥城地震（1985 年）

典型案例：

• 软土场地放大长周期地震波
• 高层建筑响应严重
• 周期匹配导致共振

启示：

• 场地条件对地震波有选择性放大/衰减作用
• 必须进行场地 - 结构耦合分析

3 灾害识别与风险分类

3.1 识别流程

环境场地识别 → 灾害类型识别 → 风险等级评估 → 防御策略制定

3.2 不同地区的灾害差异

我国灾害分布特点：

1. 台湾地区：地震高发区
2. 川西、云南：地震 + 滑坡
3. 西北地区：地震 + 黄土沉降
4. 沿海地区：台风 + 风暴潮
5. 山区：滑坡、泥石流

3.3 工程实例分析

某 30 层科研办公楼案例：

• 地下室实验功能
• 所在城市存在：地震、风、火灾、软土地基
• 需识别四类主要灾害风险并提出应对措施

4 灾害防御三大路径

4.1 降低危险性（避）

定义： 从源头预防灾害发生

措施：

1. 规划避让：避开高风险区域
   • 不在地震断裂带建设
   • 不在滑坡隐患区建房
2. 分散重要设施：避免集中布置
3. 设置隔离带：控制道路高度、流量

4.2 提升抵抗性（抗）

定义： 提高结构承受灾害的能力

措施：

1. 加强节点构造：传统防范手段
2. 提高材料强度：增强构件承载力
3. 增加冗余度：设置备用传力路径
4. 抗震设防：按烈度设计

核心理念： 允许可控范围内产生变形，但不导致最终破坏

4.3 增强韧性（韧）

定义： 灾后快速恢复功能的能力

措施：

1. 可更换构件：关键部位设置熔断机制
2. 阻尼器：消耗地震能量
3. 隔震装置：减少地震输入
4. 快速修复设计：便于灾后加固

韧性曲线特征：

• 功能骤降幅度小
• 恢复速度快
• 最终功能水平高

5 地震工程基础

5.1 地震成因

构造地震（最主要）：

地幔对流 → 板块运动 → 断层受力 → 断裂错动 → 能量释放 → 地震波

其他类型：

• 火山地震
• 塌陷地震（地表/地下空洞坍塌）
• 诱发地震（人类活动：蓄水、注水、开采）

5.2 世界地震带分布

我国地震分布：

1. 台湾及附近海域
2. 西南地震带（西藏、四川、云南）
3. 西北地震带（新疆、甘肃）
4. 华北地震带（河北、山东）
5. 东南沿海地震带（广东、福建）

5.3 地震基本术语

5.4 地震波类型

（1）体波（在地球内部传播）

（2）面波（沿地表传播）

【考点】S 波和面波是造成结构破坏的主要原因！

5.5 地震三要素

（1）震级（Magnitude）

定义： 表示地震本身的大小和能量释放

特点：

• 一次地震只有一个震级
• 每增加 1 级，能量增大 32 倍
• 里氏震级：M5→M6 能量×32，M7→M8 能量×1000

常见震级：

• M<3：微震
• 3≤M<4：有感地震
• 4≤M<5：轻震
• 5≤M<6：中震
• 6≤M<7：强震
• M≥7：大地震

（2）烈度（Intensity）

定义： 地面震动和建筑破坏的程度

特点：

• 一次地震有多个烈度
• 距震中越近，烈度越高
• 受震源深度、场地条件影响

中国烈度分级（12 度）：

（3）地震动参数

三个核心指标：

1. 幅值：加速度峰值（PGA）、速度峰值、位移峰值
2. 频谱特性：能量在不同频率/周期的分布
3. 持续时间：地震作用的时长

影响因素：

• 场地条件（软土放大效应）
• 结构自振周期与地震波周期匹配
• 多次往复导致累积损伤

6 抗震设防标准

6.1 基本烈度

定义： 该地区在相当长时间内，一般场地条件下可能遭遇的地震烈度

作用： 抗震设防的依据

原则：

• 保证在设定时间内不发生致灾地震
• 经济合理的综合保障手段

6.2 设防目标（三水准）

6.3 场地类别划分

两个关键参数：

1. 覆盖层厚度：反映软弱层规模
2. 等效剪切波速：反映土体刚度

场地分类：

判定规则：

• 覆盖层>80m → 直接判为 III 类或 IV 类
• 剪切波速<150m/s → 软弱土层

6.4 抗震措施调整

重要性系数调整：

• 甲类建筑（重大）：提高一度设防
• 乙类建筑（重要）：适当提高
• 丙类建筑（一般）：按基本烈度
• 丁类建筑（次要）：可降低

特殊功能考虑：

• 医院、学校：优先恢复功能
• 交通枢纽：生命线工程，提高设防
• 核电站：特别严格

7 特殊地质问题

7.1 液化现象

定义： 饱和砂土/粉土在地震作用下完全失去抗剪强度，呈现液体特性

发生条件：

• 饱和砂土或粉土
• 地下水位较高
• 地震动作用

危害：

• 地基承载力丧失
• 建筑物倾斜、下沉
• 地面喷砂冒水

处理措施：

• 换填非液化土
• 加密压实
• 排水固结
• 桩基穿过液化层

7.2 软土场地效应

特点：

• 长周期地震波被显著放大
• 对高层建筑影响严重
• 可能发生永久变形

设计对策：

• 场地 - 结构耦合分析
• 隔震设计
• 基础形式优化

8 课堂练习要点

8.1 思考题示例

问题 1： 高层结构在地震中应重点关注哪种地震波？

• 答案：S 波和面波（引起水平震动）

问题 2： 软土场地中的高层建筑应关注哪种地震动特性？

• 答案：长周期成分（可能与结构周期匹配）

问题 3： 如何判断场地类别？

• 答案：根据覆盖层厚度和等效剪切波速综合判定

9 复习要点总结

必背知识点：

1. 灾害防御三大路径：避（降低危险性）、抗（提升抵抗性）、韧（增强韧性）
2. 地震三要素：震级（唯一）、烈度（多点）、地震动参数（幅值、频谱、持续时间）
3. 地震波类型：P 波（纵波）、S 波（横波）、面波（L 波、R 波）
4. 抗震设防三水准：小震不坏、中震可修、大震不倒
5. 场地分类依据：覆盖层厚度 + 等效剪切波速

重要案例：

• 塔科马大桥：风致振动导致倒塌
• 墨西哥城地震：软土放大长周期波
• 某 30 层科研楼：多灾害综合防御

易错点提醒：

• 震级 vs 烈度：震级唯一，烈度多点
• S 波比 P 波破坏性大（水平震动）
• 软土场地对长周期波有放大效应
• 韧性不是"零损伤"，而是"快速恢复"

可能考题形式：

• 选择题：地震波类型、场地分类、设防水准
• 简答题：灾害防御路径、抗震设防原则
• 案例分析：给定工程条件识别灾害风险并提措施