地震科技动态 陕西省地震局信息中心 2000年 总49期
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单修政 徐世芳 摘要：对近年来美日等国的高架道路和高架桥梁所遭受到的地震破坏以及破坏原因进行了概述, 对其在高架路桥的规划、设计、施工过程中所采取的抗震措施作 修建高速公路和高速铁路是发展现代地面交通运输网络的方向，而在修建过程中，尤其在人烟稠密的城市地区，架设高架路桥则是最经济、最便捷、省时省力的主要途径。但是，高架路桥又易于受到 造成3万多人伤亡、其中6,000多人丧生的1995年1月17日阪神7.2大震灾是继1923年关东大震灾以来又一次袭击大城市的大地震事件。这次地震对高架路桥主要造成如下破坏。 地震当天，电视台报道神户有630m长的高速公路倒塌，100多处起火。据日本运输省的调查报告称，日本高速公路桥在这次地震中塌落，这在日本高速公路史上尚属首次。神户高速铁路支柱破坏30根以上，大开站隧道中的支柱大部分崩裂，隧道墙体上到处是裂隙。 据日本建设省土木研究所的官员讲，从关东大地震到这次地震，因地震倒塌的桥墩有15处，此前最近的一次是1978年宫城县近海地震时田一带的路桥塌落。而在这次地震中，新干线多处塌坏，阪神高架公路倒塌6处，交通瘫痪，严重影响抢险救灾。这次地震灾难对日本工程学界又是一个打击，打碎了日本新干线高速公路安全可靠的神话和安全梦。 神户市东滩区有位汽车司机，在发生地震的那天早上大约6点钟左右，驾驶着汽车行驶在阪神高速公路神户段的一座高架桥上。突然，他感到路面像波浪一样上下起伏，紧接着就像是被什么东西连拉带拽地拖降到地面上，与被砸在倒塌的桥下的汽车司机相比，与那悬挂在断桥边沿的司机相比，他是最幸运的了。说到当时的情况，他面色苍白地说：“我真没有想到自己竟还活着。” 美国是一个经济高度发达的国家，近些年来，沿美国西海岸发生的强烈地震，其震害主要表现在对高架路桥的毁坏方面。 1971年圣.费尔南多发生6.4级地震，1987年惠蒂尔（Whitter）发生的5.9级地震，尤其是1989年在旧金山海湾地区发生的洛马普利塔7.1级地震和1994年发生在北岭的6.7级地震，都对加利福尼亚州的桥梁产生了严重的破坏。洛马普利塔地震中，大部分公路桥梁受到不同程度的破坏；1994年北岭地震与前几次地震相比，对桥梁的破坏更为严重，导致旧金山海湾地区6条高速公路关闭。 1971年的圣.费尔南多地震，除了造成桥梁倒塌外，还出现由于箍筋不足导致的塑性铰的弯曲破坏，墩柱与盖梁节点结合面处的破坏，锚固钢筋拔出破坏，短柱的剪切破坏等。 1987年惠蒂尔地震，主要是对短而粗的柱产生了剪切破坏。 1989年洛马普利塔地震中，桥梁的破坏具有不同的形式，有柱的弯曲破坏、柱的剪切破坏、柱的塑性铰区的剪切破坏，以及由于柱的塑性铰区的剪切破坏而导致柱穿透桥面。其中最普遍的破坏形式是柱与盖梁结合处抗剪钢筋不足导致的剪切破坏和盖梁中钢筋锚固长度不足导致的弯曲破坏等。 1994年北岭地震中桥梁的倒塌主要是由于柱的破坏而致。 另据报道，洛马普里埃塔地震期间，桥梁震害主要发生在5个县（阿拉梅达、圣贝尼托、旧金山、圣克拉拉和圣克鲁斯）。这5个县的公路系统中约有1,500座桥梁，其中80座以上受到轻微损害，10座需要临时支撑，另有10座则因有较大结构破坏而关闭，有3座桥梁发生一处跨塌或多处坍塌破坏。 2 震害原因 由于美日等国的高架路桥在强烈的地震灾害中首当其冲，所以，他们对高架路桥震害的原因进行了深入而全面的调查研究。 日本人认为，城市直下型地震是造成高架路桥严重破坏的直接原因。所谓城市直下型地震，就是发生在城市或城市附近地下的浅源地震。不言而喻，强烈的城市直下型地震会造成城市地区所有地面建筑的严重破坏。我国1976年唐山7.8级地震就属于城市直下型地震。 据日本运输省的调查报告称，发生城市直下型地震时，地面首先产生上下激烈震动，然后又出现水平的大幅度摆动，致使建筑物严重倒塌毁坏。1995年阪神地震亦属于城市直下型地震。地震发生时，地面上下震动幅度达10cm，最大水平振幅18cm，震动加速度为818cm/s2 ，创日本历史最高记录。 地震时地基沙土液化是引起基础移动也是造成现代桥梁破坏的另一个重要因素。一个明显的例子就是Shukugawa大桥。由于横向震动造成了严重的地面变形，基础和支柱向河心方向移动了1m，引桥差几cm就要掉下去。可能是同样的原因，导致了Nishinomiya拱桥引桥的倒塌。 从建筑设计方面讲，日本人总结高架公路和高架桥遭受破坏的原因有4条：1.地震烈度远远超过设计标准；2.桥的基础太软；3.设计形式不合理，即单腿支柱（安全系数低和不稳定）不可取（成本）；4.架在空中，当然不如在地面稳定。 他们认为，过去五年中完工的许多桥梁之所以被严重破坏或发生坍塌，通常是支撑上部结构的钢支撑遭到破坏。Buckle说，在这些情形中，一些用来保证上部结构就位的横向约束失效了。其中一例是濒于倒塌的长213.3m的Rokko岛拱桥，它是1990年建造的。这个结构是由两个拱组成的，它们通过拱上部的支撑构件联接在一起。在地震反应中，拱滑向了东边，几乎从支撑上坠落下来。 总结发生在美国的几次强烈地震中高架路桥遭受破坏的原因，他们认为，影响高架路桥性能的因素主要有：无约束的剪力键；接缝钢筋不足；地处软土场地；可变土壤条件；由于有些排架有挠性铰，有的斜置，有的下层只有3根柱而出现横向刚度变化。这些认识都与日本相类似。总的看法是，桥梁的倒塌主要由于柱的破坏而致，即： （1）按弹性理论设计及配筋不足，导致柱与盖梁的抗弯强度不足； （2）墩柱塑性铰区的配筋不足以及细部构造不当，导致柱的抗弯延性不足； （3）由于对抗弯强度估计不足、承载能力设计方法的欠缺以及箍筋不足，导致柱身抗剪强度不足； （4）节点处抗剪强度不足，特别是柱与盖梁、柱与承台的联结处； （5）在顺桥向地震力作用下，上部结构抗弯能力不足导致柱身形成塑性铰； （6）基础承受柱塑性弯矩的抗弯、剪能力不足； （7）桩（特别是上拔桩）承受塑性弯矩的能力不足； （8）结构在承受跨越活动断层的桥墩间的相对变形时，延性不足； （9）设计中的某些不周，如柱支撑在盖梁的端部造成柱偏心较大等。 以下就美国几个具体路段在1989年洛马普里埃塔地震期间所遭受破坏的设计施工因素予以简要介绍： 赛普里斯高架道路 Ⅰ型排架的坍塌可能是由于0.14g基底剪切力造成支承上部柱子的托座在其铰下方受剪破坏所引发。当这种破坏发生时，对侧向力的抵抗完全转移到对面的上部梁柱接合处，致使该处发生受弯接合部破坏。 Ⅱ型排架发生破坏可能是在当基底剪力约达0.17g而下层横隔梁负弯矩端头处受挠形成塑性铰时开始。当反应基底剪力约为0.21g 时，在下层横隔梁两端可形成包括塑性铰在内的全部破坏机理。同时，在0.21g时，上部连续柱柱底的抗剪强度和全部侧向抗力均丧失。剪切破坏发生在即将达到上部连续柱柱底的预计抗弯能力（0.24g）时。 Ⅲ型排架上部柱子的抗剪及抗挠强度要求破坏时的基底剪力至少要达到0.29g。但是在低得多的0.19g反应水平时，在下层横隔梁中就可形成一种梁摇摆机理。 双层高速公路880号线 这次地震造成伤亡最大的地方是高速公路880号线塞普里斯地段附近。在1957年修建该道路时，美国双层钢筋混凝土高速道路的梁采用了当时最新技术椩びα炷凉乖欤庖桓咚俟返慕峁够旧喜捎昧擞闪礁鼋陆拥拿攀礁旨艿鹄吹男问健５灿猩喜阄?个铰接构造的结构。根据距这一高速公路1.8km处的埃m里维尔软土地基上得到的加速度记录，地震震动的周期为1.3至1.5s，最大加速度为0.25g。因此，除要注意道路的抗震性能外，还要注意这一地区的软土地基条件。 关于高速公路880号线破坏的原因有以下推测： （1）在没有坍塌的一层柱梁接点附近，可看到很多因不均匀沉陷而引起的龟裂。认为这种不均匀沉陷是导致双层高速公路最终破坏的原因。 （2）因为塞普里斯附近是软土地基，来自硬质岩石地基的地震波在软土地基上的加速度增大率约6至7倍以上。 （3）一层梁上端钢筋的固定形式不妥，导致部分混凝土脱落。 （4）柱子箍筋（抗剪加强筋）明显不足。相对于Ф57的主筋，Ф12的箍筋犹如细钢丝一般，且是按30cm间距配置的。 （5）两个铰接和三个铰接的高架桥对震动和热应力也许有利，但对于水平方向施加的地震力，其超静定次数则为零或1，剩余承载力不够。 （6）两个或三个铰接构造的铰接部分，是将4根Ф35的钢筋象插筋似的埋入梁柱之间。在过去就曾指出这种脆弱的铰接部分需要加固，因而一部分已经得到加固。另外，在1971年圣费尔南多地震中，很多地方出现了道路桥的桥梁从承托部分脱落的事故，因此，采取了用钢丝圈将梁与梁缠牢，以防止脱落的措施。这项工作优先于加固铰接部分得到实施，结果并未达到预期效果。 海湾大桥 连接旧金山与海湾东侧奥克兰市和伯克利市的海湾大桥是1934年建成的由吊桥和桁架桥组成的双层高速公路钢桥。这次遭到破坏的是桁架桥部分。由于两侧的桁架变位大，跨度为150m的桁架桥的桥墩上道路大梁脱落。在1976年虽然安装了防止脱落的销钉，但似乎没有效果。 海湾大桥桁架塌落部分正好是连接大桥简支桁架和大桁架的塔架部分。由于地震力使得塔架扭转，结果简支桁架部位的大梁被大大拉开了，使其连接螺栓开裂。支承接点是直径约2.54cm、长约10￣13cm的高强螺栓。根据州运输局局长的推测，这些螺栓的承载力约为218t。但遭到地震时，受力达到1 814t。据很多人看到的破坏情况，认为桥梁工程人员对地震时桥梁移动的预测值估计过小的可能性很大。地震时，桁架朝一个方向的移动约达18cm，另一方向为4cm；最后在往奥克兰市方向移动了约11 cm和往北移动了将近4cm的错位状态下停止。加利福尼亚州立大学伯克利学院的土木工程副教授认为，如果不是高强螺栓断裂的话，塔架两端的桥墩就会受拉，由此可能会引起更大规模的塌落。 3 抗震措施 美国和日本建设高架路桥已有近一个世纪的历史，其间多次遭受地震灾害的侵袭，也主要是受到地震的侵袭破坏，所以，他们有许多经验和教训，并在规划设计高架路桥和高架路桥的建设施工过程中，总要考虑地震因素，总要采取相应的抗震措施。 首先，他们得到的教训是，在地震发生之前，有无抗震防灾规划，有无准确的预报，有无抗震减灾意识，对于减轻建筑物和高架路桥的破坏、减少人员伤亡和财产的损失意义重大。抗震救灾也好，防震减灾也罢，都是一个大的系统工程，尤其是在现代化的城市，这项工作尤显重要和复杂，不能掉以轻心，不能孤军作战，更不能敷衍塞责，否则将等于是拿人民的生命乃至自己的生命当儿戏。 为了对付像阪神大震灾那样的高烈度地震，日本政府计划对全日本的高架路桥进行加固。 日本本州国营铁路（JR）、私营铁路和公有地下铁路的31家公司于1995年8月24日向运输省提交了对高架路桥和开凿隧道进行加固的紧急计划。各公司需要加固的支柱共有5.1万根，需要防止塌落的有1.1万处，事业费约需1 300亿日元。而靠近活断层的路段则是加固的主要对象。 具体到高架路桥的抗震设计和抗震加固，日本人宣称，他们已开发出桥梁减震新装置。 日本建筑公司熊谷组的技术研究所在日本率先开发了利用重物将地震晃动减少30％~60％的桥梁用减震装置“强力调谐质量减震器”（TMD，Tuned Mass Damper）。该装置运用杠杆原理，当地震一开始，它即可使桥桁在出现较小水平晃动时就能得到较大的衰减力。这一装置既能安装在现有的桥梁上，也适用于高速公路、新干线等所有桥梁的建设中。 TMD是通过安装的可动式重物产生与晃动方向相反的晃动来吸收原晃动的装置。该装置是试图在连接地基和桥桁的桥基上接上杠杆，利用地震时与桥基的反力，通过杠杆强行起动重物摆动来增加减少水平晃动的衰减力。这是一种利用杠杆的无动力源的被动型减震装置，维修保养容易。 该装置具有可安装在桥桁内的紧凑尺寸。据说用于50m以上的长桥效果更好。安装在300m长的混凝土桥上时，建筑费用估算约增加不到5％。 日本人还研究出各种防止地基液化和喷砂现象的新技术；还设计或设想出各种减震技术。这些减震技术包括被动型减震技术、主动减震技术和复合型减震技术三种。 被动型减震技术的基本功能有：①把地震震动频率带与建筑物固有振动频率带隔开；②吸收地震震动的能量，减弱地震对建筑物的影响。被动型又分积层橡胶技术和减震器两大类。 主动型减震技术分控制力型（即AMD型）和可变刚性型（即AVS型）。 复合型减震技术是通过将被动型装置之间进行组合或将被动型与主动型进行组合而成的。根据建筑物的特点及其地基情况认真选用和组合，是减震技术发展和进一步实用化的方向。对付大地震只用AVS或AMD是不行的，一定要配合使用各种减震器。 美国对高架路桥的抗震加固工作主要集中于多震的加利福尼亚州。 在经历了多次强烈地震灾害的侵袭之后，加利福尼亚州运输部首先列出了桥梁抗震加固的三个阶段，即：第一阶段，在铰和伸缩缝处安装阻尼装置，以防止落梁震害。落梁在圣·费尔南多地震时是桥梁倒塌的主要原因，并对公共交通构成最严重的威胁。 用此方法对全州公路系统中大约1,250座桥梁进行了加固。第二阶段是加固独柱式墩。第三阶段是加固多柱式墩。这两个阶段几乎同时进行，主要是提高柱的抗剪强度、弯曲延性、盖梁的承载力和延性、上部结构的承载力、结点的抗剪强度、基础与桥台的承载力。 加利福尼亚州抗震加固的原则是，首先加固那些对公众暴露出最大危害以及运输系统中最重要的结构。最终目的是使州内所有桥梁能承受最大可能的地震而不致倒塌。 他们还提出了桥梁抗震加固的优先排序法。优先排序法的具体步骤是： （1）确定出现概率较大的主要断层。选择断层的标准，包括位置、长度、地质年代、最后一次平移的时间等。 （2）研究第（1）步中找到的断层的关系。加州地矿局的著名地质专家Mualc-hin，提出一个平均的模型。 （3）确定可能导致桥梁结构严重破坏的最小地面加速度。可使柱屈服的最小地面加速度被定义为地面加速度的临界值，过去这一临界值为0.5g。洛马普利塔地震实践证明，这个假定是错误的，而且在现行的评价中已做了调整，调整后的值为0.25g。 （4）查找由第（2）步中确定的高风险区域以及由第（3）步确定的临界加速度边界内的所有桥梁。加利福尼亚州运输部已开发了一个计算机数据库，数据库中存储了州、县、市所有24 000座桥梁的坐标。在计算机上可显示州的地图或任一座桥梁的位置，这可使工程师辨识最高风险的桥梁，这一方法相当简便。 （5）根据桥梁的结构及其对运输重要性的总权重分数，确定每座桥梁的风险值，从而对受地震威胁的每座桥梁进行加固排序。 他们还设想了桥梁隔震技术。 隔震是一种通过增加结构弹性和能量耗散来减少作用于结构上的地震力的方法。此方法是增加弹性使结构的自振周期增大，增大的周期能明显的减少地震力。通过调整隔震器的阻尼和能量耗散性能，可以将桥梁上、下部结构间的相对位移控制在设计容许的范围内。理想的隔震装置就是隔震支座。利用隔震支座代替现有支座，其地震力可以被减小到无需加固下部结构的程度。 随着我国经济的高速发展，随着西部大开发的紧锣密鼓，一个加快修建高架道路和高架桥涵的高潮已经到来。借鉴和汲取美日等发达国家的经验和教训，在高架路桥的规划、设计和施工过程中，必须考虑地震灾害这一因素，考虑地震对高架路桥可能造成的各个方面的破坏及影响。同时，在像西安这样的地区，还必须考虑地裂缝活动对高架路桥可能造成的破坏和影响。 返回不只是一次单纯的地震 三十多年来，土耳其曾经历过多次地震（1970年的格迪滋地震、1976年的利杰地震、1983年埃尔祖鲁母地震和1992年埃尔津詹地震）。1999年8月17日发生在土耳其的7 .4级地震，震中位于土耳其西北部沿安纳托利亚断层的伊兹米特市附近。这次地震事件与本世纪土耳其境内发生过的地震有一定的相似之处，同时，又有很大差别。这次地震发生后的短短45秒钟，就有15 700名人员伤亡，其中包括许多儿童和妇女，而受伤人数是死亡人数的两倍，数千人失踪，200 000人无家可归，经济受到破坏，要恢复经济损失，至少需要90亿美元。这次地震灾难是否与以往地震有所不同？美国乃至其他国家难道不能吸取一些教训？我们的回答是肯定的。 相似性 这次地震事件与土耳其境内以往发生的地震的相同之处主要是：人口伤亡率、房屋破坏和倒塌率差别不大、搜寻救援工作过分依靠外国。过去，每当人民遭到灾难，当局总会用：这是上帝的旨意，我们会帮助你们重建家园的等等来安慰大家。然而，这次地震灾难与以往的地震又有很大差别。 不同之处 与以往地震不同的是：这次事件的发生不仅是自然能量破坏性的释放，而且是土耳其社会和政治体制未曾经历过的冲撞。这次地震发生在土耳其西北部的人口稠密的工业中心城市。这个马尔马拉地区的特大型城市集中了全国三分之一的工业，其人口也约占全国总人口的三分之一以上。更值得注意的是，这里的居民大多是中产阶级和上层社会，代表着城市的知识界和社会名流。不仅如此，这里还是一个文化中心，有数所著名大学、医院、新闻机构和旅游业。总之。这次地震没有发生在安纳托利亚断层以东相对偏僻贫穷的省份。尽管如此，此次地震对土耳其的农业基本上没有什么影响。 是建筑物杀戮了人民，而不是上帝 如今，这个国家的人民再也不相信地震灾难是命运安排或上帝对他们的惩罚的解释。这次地震充分说明：是建造在不稳定的土地上或建在断层上的劣质楼房、开发商的肆意掠夺、缺乏行之有效的建筑法规夺去了无辜群众的生命，而不是上帝，也不是地震。 土耳其的人民认为：政府一定要对这次人员伤亡、财产损失以及人民日常生活遭受的损失给一个说法。在公众的压力下，国会就是否应为灾民建立一些临时房屋来代替他们目前居住的临时住所等问题进行了讨论。同时，人民还呼吁给予更多的言论自由，要求对建筑工程，通过公开招标、择优选择建筑施工队的方式，加强建筑质量的管理，而不是由国家政府及地方政府凭个人意志来选择建筑商。 新闻媒介 新闻媒介能向广大市民真实地反映政府对灾害响应、采取的行动以及对应急者的态度等情况。多年来，土耳其政府在搜寻救援方面的工作非常滞后。这次地震灾害事件发生后，多家电视机构，在未经新闻审查的情况下，同时从受灾现场直接向世人报道灾区的情况。同时，民间搜寻救援队伍如著名的AKUT组织，在灾难降临后动作迅速，成绩很大。而土耳其人，还在坐等政府和军队来营救他们。 对政府的批评 人民对土耳其国内目前这种限制言论自由的局面再也不愿忍受下去。土耳其“感应”法律将可能得以改变。人民群众及新闻媒介已开始对政府领导、房地产开发商以及工程承包人甚至军队提出了尖锐地批评。卫生部长、土耳其红新月会主席都因其在地震灾难发生后没有及时采取有效措施以及对灾害反应迟缓而受到指责。 面对报纸及电视的批评，土耳其政府没有像以前那样对报馆和电视台进行查封，因为，这次人民群众确实被现实激怒了，他们对政府的工作，尤其是对以下工作强烈不满： 1． 对救援工作反应迟缓以及混乱； 2． 应急避难所的质量和数量； 3． 当救援工作还没有结束，政府则宣布放弃救援被埋压人员，开始使用重型施工机械清理地震废墟； 4． 建筑行业近似犯罪似的施工； 5． 卫生设施长时间得不到解决； 6． 缺水及其他生活必需品 尽管如此，土耳其政府却因祸得福。通过这场灾难，土耳其与希腊以及欧共体之间的国际关系得到改善。地震灾难发生后，作为土耳其的邻居，希腊政府迅速做出反应，为土耳其提供搜寻救援援助。稍后，当希腊的雅典发生地震时，土耳其政府也积极做出回报。目前，两国之间的关系正朝着友好的方向发展。 美国从这次地震中可吸取的教训 土耳其、美国以及世界各国都知道明年或20年后，还有发生强烈地震的可能性。我们虽然不能给人们提供地震发生的准确时间，但我们能了解更多情况、采取措施减少风险。 减灾措施 1． 彻底杜绝可持续减灾过程中的薄弱环节棗非法建筑施工： 2． 政府可研究利用希腊政府在1981年雅典地震后所实施的翻新改造工程； 3． 所有的特大型城市都应组建一支训练有素、装备精良的搜寻救援组织； 4． 为保证最有效的应急响应，政府必须授权并鼓励各级管理组织的活动； 5． 国家、各省以及各地区的领导必须拥有多种通讯手段； 政治文化影响 1． 应急管理方面屡屡失误，有可能导致一些国家政府更加开放； 2． 新闻媒介在改变公民的“宿命论”中发挥重要作用。 我相信，这次地震后，土耳其的政治、社会以及经济将有所改变，再也不会发生过去常犯的错误了。若干年后，我们将把这次地震作为一次教训来回顾。 译自:Natural Hazards Observer,1999年11月 （乔迎春 译） 返回美国太平洋地震工程研究中心（PEER）是一个与商业、工业以及政府合作以减少大地震带来风险的各大学的合作组织。PEER是美国科学基金会于1997年10月组建的三个地震中心之一。PEER将西部的阿拉斯加、华盛顿、俄勒冈、夏威夷、内华达、犹他以及加利福尼亚诸州的研究人员和研究设备组织在一起。该中心总部设在加州大学伯克莱分校。 研究计划 PEER已制定出“基于抗震性能的地震工程框架”为基础以带领其多学科的研究工作。这个由多学科研究计划支持的框架将灾害评估与性能表现相结合，得到建立在可靠性基础上的设计和恢复方法。经济效果和执行潜能的评价将社会经济分析与地震、地质、结构、材料工程模型等概念和技术结合起来。 PEER的一项工作就是调查交通系统故障的总体影响，包括对震后应急响应、交通方式和经济的影响。斯坦福大学和南加州大学的研究人员将确定在一个地区的主要交通枢纽遭到重创后于数日、数月甚至数年无法使用时，如何恢复经济，这样做的目的，就是要在地震危险区内，更好地开发软件工具以及为交通计划制作分析模型。这将是PEER首要的论证计划，这个计划还包括旧金山的道路、桥梁、港口、铁路和机场的为期三年的详细研究计划。 教育计划 PEER的教育计划的目的是增强在校学生的有关城市地震影响方面的知识，培养他们对地震工程的兴趣；PEER还负责学生的夏季实习计划，地震工程课程以及地震工程毕业资格。此外，还可通过为实习工程师和其他专业人员举办适当的讨论会和培训课程，进行继续教育。 商业与工业合作计划 PEER与商业和工业合伙人一起制定与PEER和工业发展目标有关的计划。在这些计划中，与一个或更多的合作者以及研究中心的研究人员讨论的焦点问题是建立该项计划的初步范围。PEER帮助合作者进行风险管理决策的评估，研制并鉴定新设备和建筑施工技术，发明能防止建筑物或财产在大地震中免受损失的分析方法和设计方法。纵上所述，PEER的主要任务就是制定出基于抗震性能的工程，以满足业主们的期望。 译自:Natural Hazards Observer,1999年3月 （乔迎春 译） 返回
亚洲太平洋地区出现的厄尔尼诺现象等自然灾害事件以及这些事件对经济、食物保障、农业生产、水资源、卫生环境和人身健康的直接影响说明这一地区急需加强防灾减灾、准备、响应和灾后恢复的能力。近日，在菲律宾成立了一个独立的、非赢利性质的机构棗亚洲太平洋灾害管理中心（APDMC）。该中心直接满足防灾减灾需要并为政府及民间机构提供灾害和风险管理服务，为该区域的个社会团体提供技术服务、应急计划分析、风险管理咨询、人员培训、研究、教育、信息以及其他自然或人为灾害服务。 译自:Natural Hazards Observer,1999年3月 （乔迎春 译） 返回 Ｎ.Ｒabinowitz等
摘要 根据勒旺地区近期三次强震的余震序列进行了研究。它们分别是发生在亚喀巴湾1995年1月22日Mw ＝7.1地震和1993年8月3日ML ＝5.8的地震，塞浦路斯西南海岸近海1996年10月9日Mw ＝6.8的地震。修正的大森定律对这两个地区的余震活动的衰减提出了很好的拟合。亚喀巴湾两个序列的p值相对较低。（1993年p为0.90;1995年p为0.75），这反映了余震活动的缓慢衰减，可能是由于接近震中的热流较低。塞浦路斯序列的p值为1.09，这与全球其它许多序列相似。 引 言 勒旺地区近年来经历了几次异乎寻常的强震。1993年8月3日在亚喀巴湾发生了ＭL ＝5.8的地震。两年后，即1995年11月22日，在亚喀巴湾又发生了ＭW ＝7.1的地震。整个中东地区都感觉到了这次地震，在埃及的西奈半岛、以色列的埃拉特市及约旦的亚喀巴等造成了破坏。这些地震的详细分析参见Shamir（1996）。1996年10月9日，在塞浦路斯西南部的地中海，发生了Ｍw ＝6.8的地震。该地震人们普遍感知，并对塞浦路斯和埃及造成了破坏。1997年1月13日，在离10月份地震震中约20Km处又发生了Ｍw ＝5.6的地震（震级取自美国地质调查局矩心矩张量报告）。上述地震的震中在图１（略）中标出。1995年11月22日和1996年10月9日的地震分别是各自地区有记载以来的最强地震。 本文中，我们要分析和比较1993年和1995年的亚喀巴湾地震及1996年塞浦路斯地震的余震序列。这三次地震是该地区首次产生较好余震活动记录的强震。余震活动特征对预测强余震数量很重要，而强余震将会引起一次大地震。因此，这些余震活动特征就为该地区提供了新的、有价值的资料。对未来余震序列的连续监测将成为我们此处所报告的工作的重要延伸。 资料 亚喀巴湾和塞浦路斯地震已通过以色列地震台网（ISN）很好地记录下来。ISN目前有34个短周期台站。这些台站的位置和震中一起在图１（略）中标明。ISN自1982年开始连续运行，1984年起开始提供数据记录，该台网在1996年初升级为卫星遥控传输。ISN发布地震的最新公告，该公告有着完整的报道，并列出以色列及周边地区2.0级以上地震的位置（Shapira,1992）。 分析余震类别采用两个标准：时间和空间位置（Kissling,1996）。二者之中时间更为重要，因为对震中的精度估算的不精确，尤其对亚喀巴湾地区。之所以难于得到精确的估算是由于余震序列位于ISN之外。台网向亚喀巴湾的几何学延伸，将进一步降低震中的精度（图1略）。 时间分析概括在图２（略）和图３（略）中。图中表示了亚喀巴湾和塞浦路斯附近自1987年1月至1998年3月间的地震活动。这些图中包括了ISN记录的所有ＭL ≥3的地震。至1993年止，亚喀巴湾的背景地震活动仅有少量地震。图中背景突出了两个主要序列：它们分别是1993年8月3日和1995年11月22日的地震。另外于1983年上半年在亚喀巴湾发生了最大震级为ＭL 5.2（Shamir,1996）的一个震群。因为该地震发生在ISN运行初始时并在数字资料记录安装之前,我们未将它纳入研究。所以，该震群的资料就存在不完整和定位不甚准确的问题。 在过去的十年中，除了1996年10月9日的主震和1997年1月13日的地震之后的强震活动外，塞浦路斯的背景地震活动水平也相对较低。图3（略）所标出的塞浦路斯背景地震活动与Ambrassey和Adams（1993）报告的很相似，他们提供了一本可追溯至1989年塞浦路斯地区的地震活动的资料。其中列出了1890～1990年间震级≥4.5的56个地震。在这些地震中，最强的地震发生于1896年6月29日，震级估算为Ｍs ＝6.5。Ambrasseys和Adams（1993）认为该地震前有许多前震，其后有一个长的余震序列。描述的最有影响的破坏性地震是1953年9月10日发生的Ｍs ＝6.0和6.1的两次地震，其中40人死亡并造成相相当大的破坏。 我们对亚喀巴湾余震序列的分析包括有报道的、估算震中自Ｎ27.8 °～29.6°，Ｅ34.2°～35.2°这一矩形区域内所发生的地震。研究1993年8月的地震，包括了1994年5月底发生的地震；研究1995年11月的地震，包括1996年2月底发生的地震。图４（略）和图５分别列出了1993年和1995年余震序列中ＭL 4的地震震中估算图。震中相当广泛的分散且我们决定采用一个大的矩形区域进行研究是基于两个原因。其一，如前所述，对于亚喀巴湾的地震，ISN易受较大的北－南向定位误差。对于仅达到Ｐ相的地震，该坐标的标准差约为40Km；其二，图２所示的时间表提供了两次强震后的地震活动大于背景地震活动水平的证据，因而应被看作余震活动。关于塞浦路斯的余震序列，我们包括由ISN报告的至1996年12月底自Ｎ34 °～34.8°，Ｅ31.75°～32.9°这一矩形区域内的所有地震。塞浦路斯附近后来的地震活动基本反映出了1997年1月ＭL ＝5.6的地震的余震活动，因此我们决定限制1996年10月余震序列活动的时间周期。图６（略）标出了所估算的震中分布图。在该时段内，塞浦路斯附近的其它地方几乎没有地震活动。ISN对塞浦路斯地震的估算精度比亚喀巴湾要高。不太确定的主要方向自西北到东南（确定震中亦如此）。沿着轴线约有20Km的标准偏差。图３中的时间略图再次提供有力证据，说明其包括的所有地震均属1996年10月9日地震的余震。我们没有提供这些地震估计震源深度的资料。这里研究的所有序列都位于ISN测量范围之外，震源深度的确定不可信。 所有震级是由尾波持续时间来决定（Shapira，1987），用ＭL 震级来描述。尽管ISN提供了以色列周边地区2.0级以上地震的完整报告，但是由于余震数量多及与ISN间的距离，对于研究的序列存在不尽完整之处。图７（略）表明所有三个序列中ＭL ≥2.0的地震的频率－震级分布图。1995年亚喀巴湾主震级在此示为6.2级。最早由以色列地球物理研究所，用ＭL 标度报道的。亚喀巴湾地震序列图显示出4.0级以下的斜率明显变平，这说明ISN公报对这些地震的报道是不完整的（Stepp,1971,第三章）。1995年11月的序列包括162个≥4.0级的余震。1993年8月的序列有98个这样的余震。而塞浦路斯余震序列中，该图显示了其完整性约为4.5的临界值，包括23个震级≥4.5级的余震。总而言之，ISN公报中有60个≥4.0级的余震。 修正的大森定律 典型的余震活动符合修正的大森定律（Omori,1894;Utsu,1961;Ogata,1983;Utsu,等;1995;Kisslinger,1996），余震活动的比率描述为： λ(ｔ)＝K(ｔ＋ｃ)-p (1) 式中，t是主震后的时间（以天计），K,c及p是对应于余震序列的特定参数。比率直接代表了余震的信息。在一个小的时段内，即〔t,t+n〕的余震概率约为hλ(t)。比率衰减是主震后的时间t的函数，与每日观测到的余震数量的衰减一致。修正的大森定律的基本模型是余震序列表现如同泊松过程，但随时间变化，而不是常量及比率函数（Cox and Miller,1965,4.2节;Oga ta,1983）。修正的大森定律已成功地用来模拟世界的许多余震序列在活动中的衰减现象。Ustu等（1995）报道了从200多不同余震序列中得到的衰减参数P的估计值，该值范围为0.6～2.5，中间值约为1.1。还有人提出了余震衰减的其它模型，包括Kisslinger（1993）伸展的指数松弛函数及Dieterich（1994）的应力阶跃函数。 我们用最大似然法来估算大森定律中的参数。Ogata（1983,1988）证明了似然函数的对数由下式给出： l(k,c,p)＝Nln(K)－p∑ln(ti＋c)－K∫T 0 (u＋c)-p du (2) 中，｛t ，＝1，…，N｝是在时间T内发生的地震震级超过完整阈值的余震时间的序列。参数的最大似然估计值是使l(K，c，p)达到最大化那些值。最大似然估计的大样本理论可用来计算参数的近似置信区间（Coxand Hinkley,1974,第9章）。 余震序列的分析 通过三个余震序列计算了大森定律中的最大似然估计值，并把它们与其90％的置信区间列于表１（略）中。从频率－震级图我们进行完整的分析后得出，包括了亚喀巴湾ＭL ≥4.0的地震及塞浦路斯ＭL ≥4.5的地震。由于塞浦路斯地震包括了较少的余震，我们将所有震级ＭL ≥4.0的60个余震进行了反复分析，得到的P和c的估计值分别为1.19和0.17，与仅从较强的余震中得到的结果相近。 图8（略）显示的是三个序列的间隔时间对应于时间ti ＋c重对数图。叠加在每个图上是估算的强度函数的倒数〔1/λ(t)〕，近似等于间隔时间之期望值。三个序列的估值与间隔时间很接近。 进一步的分析是将两组序列的误差进行审查。误差是由t时刻发生的地震间隔时间除以近似的期望值1/λ(t)得到的。这些调整后的间隔时间应当符合一个标准的指数分布。三个序列调整的间隔时间对应于指数分位数的分布图（图9，略）接近于单位斜率的直线，说明与理论分布配合很好。 估算的三个余震序列的强度函数以对数形式标示于图10（略）中。估算的曲线总体速率及形态都有所不同。亚喀巴湾余震序列的强度曲线比塞浦路斯地震的强度曲线消失的缓一些。为了证实对公共值p的强度函数是否具有相同的衰减速率，进行了统计试验。该试验建立在把有最大对数似然值与没有最大对数似然值对比，加上一个限制必然减少最大对数似然值。如果两个序列确实有同一个参数，则减少量的2倍以1度的自由度符合X2 分布。该试验把观测的增加值与X2 分布的分位进行比较。如果亚喀巴湾两个序列是一个公共p值，即最大似然值减少1.82，而X2 试验具有观测的显著水平0.06。因此，存在相当强的迹象表明这些地震的p值的确不同。假定塞浦路斯余震序列与亚喀巴湾余震序列p值相同，最大似然值减少0.88，因而没有明显的统计证据证明塞浦路斯序列有独立的p值。这次试验缺少统计意义，原因是塞浦路斯序列的余震数量较少。 讨论 过去5年整个勒旺地区发生了异常多的强震。这些地震，由于造成了员伤亡和财产损失，引起了关注并开始为减轻将来地震灾害作出努力。余震序列的研究可能对预防准备具有重要的实际作用。Reasenberg和Jones（1989,1994）证明了如何运用余震序列对主震后的预期的强余震数量提供精确、时实的评估。这些知识对于那些从事减轻灾害和救援工作的人们具有很重要的价值。 修正的大森定律很好地描述了序列活动的衰减情况。1993年和1995年亚喀巴湾序列的p值与发现的那些典型值相对偏低。另一方面，对于塞浦路斯序列中的p值则接近于由Utsu等（1995）报道过的中间值。对世界各地200个序列研究得到1.1的中值。Papazachos（1967，,1975）研究了希腊的25个余震序列，发现p值变化很大，范围为0.82～2.5。在加利福尼亚发现了类似的结果（Kisslinger和Jones,1991），39个序列的p值范围为0.7～1.8。 我们研究中的一个有趣发现是亚喀巴湾的p值比世界各地的其它序列及塞浦路斯序列要低。对该结果的一种可能的解释是地面热流值不同所致，如Mogi（1962)假设的那样。Mogi发现日本31个余震序列的p值与热流呈正相关。Creamer和Kisslinger（1993）发现在加利福尼亚23个余震序列中有类似的相关性。关于这个问题的详细讨论参见Kisslinger（1996）。他总结了余震衰减和地面热流存在着可证明的相关性。Ben-Avraham和Von Herzen（1987）报道了亚喀巴湾热流测量。他们在1993年和1995年的主震震中附近进行了5次热流测量。平均修订的热流为74mW/m2 。Girdler和Evans（1977）进一步在红海南部进行热流测量，发现了明显较高的热流值。因此，亚喀巴湾的结果与先前地面低热流区余震缓慢衰减的发现是一致的。 本文所作的分析是对勒旺地区的余震行为特征进行的初步尝试。随着余震序列记录的增加，对勒旺地区余震行为进行研究以获得更全面的描述将是很有价值的。 译自:Bull Seism Soc Am.1998,88(6) （田春兰 译） 返回火车西出玉门关，呈现在眼前的是一派荒漠旱海的凄凉景象，此时，我首先想到的是水；汽车在通往北疆富蕴的沙丘戈壁上狂奔数小时而不见一个人影，只有偶而可见的、稀稀拉拉的骆驼草还显示着生命的存在，此时，我想到的仍然是水。在这次新疆之行中，水始终充斥着我的脑海，水的概念时时萦绕着我。 我想，如果有水，这里就不存在荒漠，也无所谓戈壁。 如果有水，这里亦然是大道阡陌纵横，田园绿野相连。 如果有水，这里也会出现一个接一个的繁华都市，也会人流如织，车流如龙。 我还想，目前，科学家因忧虑地球村的“人口爆炸”而开始设想移民于月球和火星这样的外星体，岂不知在占我国国土面积六分之一的新疆维吾尔自治区，仅居住着占全国百分之一的人口。如果有足够的水，这里不是至少还可以容纳上亿人口？这不是可以大大缓解一下我国人口问题的压力？ 近查辞海，确知“水流所从出”之处称源；“水的天然露头”之点称泉。源和泉合二而一，即源泉一词的词意则是“事物发生发展的根源”。由此可见，作为生灵万物之根本、人类诞生进化之渊源的水以及产生水的源和泉，被赋予了多么深刻而宽广的含义。 水的重大作用还体现在人类对水的趋向性翻开全球人口密度分布图，一目了然就可看到，人口密度与水的多寡密切相关，如沿江沿海人口众多；降雨量大的湿润地区，人烟稠密；在类似于新疆那样的沙漠戈壁地区，哪里有河、有溪、有泉，一句话，有水，那里就有生命，有绿洲。 当然，任何事物都具有两重性，水也一样。当水过分多时，或当人们不需要水而水又不约而至时，又往往产生水灾水患，如海潮涌溢、江河泛滥、霪雨连绵、霜冻雪崩，以及由于水而导致的滑坡、崩塌、泥石流等灾害。 据地震学家研究，不仅地震的孕育发生与水密切相关，且地震的许多次生灾害也是水造成的。不过，地震学家又认识到，地下水在地震预测预报中亦起着举足轻重的作用。 我希冀，我企盼，我也坚信，随着人类社会的进步，随着科学技术的发展，有朝一日，人一定能够改变水的来龙去脉，一定能够把干旱的沙漠戈壁改变为湿润富庶的良田，造就众多繁华似锦的闹市，地球大陆上由于水的分布不均而出现的地域差异将日益缩小，直至消除。 单修政 返回在我国新疆塔里木盆地、准噶尔盆地以及青海柴达木盆地沙海戈壁的局部地区，有一种特殊的地貌类型，当地人俗称“魔鬼城”。近日，笔者有幸拜访谒见了所谓的魔鬼城。 汽车在一望无垠的旱海沙丘上疾驶，当魔鬼城映入眼帘时，遥而望之，仿佛远方的雾霭深处隐伏着重重叠叠的琼楼玉阁，又好象无以数计的宫宇瑶台被连绵不绝的紫气烟霞缭绕笼罩。瞬间，我脑海中浮现出海市蜃楼的幻影。 当汽车在距魔鬼城大约一公里处停下来时，远而观之，似乎一座连着一座的古代城堡直接天际。伫立凝目这些城堡，又俨然其中刚刚经历了一场惨烈的血肉搏杀，无一丝丝生的气息，呈现出宇宙太空的静谧沉寂。 当我们终于身临其境，近而视之，眼前的魔鬼城是一派沟壑纵横、沙石嶙峋、峭壁悬崖、一毛不拔的景观。当我们在魔鬼城里领略大自然的鬼斧神工和旖旎风光时，又宛如置身梦幻之中，大有迷途忘返之感。我想，之所以称之为魔鬼城，大概就是因为其远观象城，近视又非人功所为，且充满肃杀之气的缘故吧。 可不是吗，五十年代著名爱国将领杨虎城之女在此为寻找地下宝藏而献身，七十年代知名学者彭加木在此为进行科学考察而殉职，九十年代探险英雄余纯顺在此为扬名中华而捐躯。 也难怪，在那广袤无垠的沙海戈壁滩中，在那绵延数百公里的魔鬼城内，在那恶劣严酷的自然环境和变换无常的气候条件下，一旦迷失方向，将在劫难逃。 其实，俗语所谓的魔鬼城，学名应称“雅丹”地貌。雅丹一词是维吾尔语，意即陡峭的阶地或垄槽。 地质学的研究表明，魔鬼城或雅丹地貌是一种风力吹蚀而成的地貌类型，它是原始的河湖相沉积地层，经以后的地壳运动，水平抬升、干裂，以及由于水平节理的不均匀分布，在干旱地区近地表定向风沙长期强烈地吹蚀、磨蚀作用下形成的一种独特地貌。 在雅丹地貌区，由于地层岩性软硬不同，以及由于不同岩性地层相互层位关系不同，除了魔鬼城（又称风成城堡）之外，还会形成风蚀拄、风蚀塔、风蘑菇等自然景观。 可能会有人问：“风的作用有那么大吗？” 这个问题如同喀斯特地貌（俗称岩溶地貌）的成因一样，也需要从地质学的角度予以解释。众所周知，“只要功夫到，铁杵磨成针”；“只要时间到，滴水能穿石”。由于地质学所说的时间是以百万年、千万年、亿万年为单位的，如地球的存在已有5060亿年，而人类只有200万年的历史，人类有文字可查的历史更短仅数千年，所以，地质学中的时间概念和地质历史上所发生的自然事件远非一般人所能想象。雅丹地貌，包括喀斯特地貌的形成就是一个十分漫长、极为遥远的地质过程，在这个过程中，风，尤其是夹杂着沙石的风力，在数千万、甚至数亿年的时间周期内，雕琢出魔鬼城那样的杰作也就不足为奇、不难想象了。 “只要功夫到，没有办不到。”“时间创造一切。”让我们永远铭记这些哲理名言吧！单修政 返回
会议上讨论了准确预报地震的可能性问题。一位日本科学家声称他曾检测到了神户地震的前兆。如果是事实，那将是攻破地震预报的重大发现。 但是在地震界，地震预报还是一个梦想。他的论点很快受到挑战，其他科学家提出了一大堆问题。东京大学地震化学实验室的科学家给出了一种前兆，表示在神户对面的一个岛上的一座工厂地下水测氡仪记录的水化学变化。在1月17日地震前水中的氡含量从13.3ppm 到15.4ppm在稳定上升，地震发生后，它立即降到原来水平。 美国地质调查局的一位地震学家说，在简单的好奇之后，对于强震这并不能表明它是一种可靠的前兆。他认为还需要20年的记录，来看看它有多少次上升了，有多少次上升后有地震发生以及有多少次没有地震发生。 阿拉斯加大学地球物理研究所的一位科学家显示了五次前兆现象，包括前震和地下水变化。他认为，问题是这些现象并非次地震都发生。100多位科学家聚集在一起研究如何找到实现他们希望的突破口。 加州大学地震实验室主任对地震预报持怀疑态度。对数据的研究结果表明短期预报非常困难。前兆现象如前震及动物的反应会时有发生，但是它们的特性不稳定，因此不能用于可靠及精确的短期预报。 他还认为，即使地震可以预报，也未必有什么重要意义。 另一位研究人员反驳说：正象你不能立即找到治疗癌症的办法一样，这并不一定就意味着你不再去努力了。 前国家科学院院长非常了解地震预报进退两难的处境。但大多数人认为，恐怕需要20年到100年有可能准确地预报地震。 他认为，虽然存在很多问题，但损失了成千上万的生命和几百亿财产，我们还得努力去试验。 哥伦比亚大学地质观象站一位学者说，即使不能做出准确的短期预报，中期和长期预报也有价值。 田春兰 编译
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