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图1.21地震损失估计的基本分量

例如，改装。 脆弱性也可以通过其他手段来减少，例如长期土地使用管理和教育。 获得暴露资产及其价值的准确清单仍然是一项重大挑战，不仅需要技术工具，而且需要政治意愿和国家承诺，特别是在私营行业拥有不属于公共领域的大量库存数据集的地区。

地震会造成生命和生计损失的破坏性影响。 地震的破坏潜力取决于许多因素。 事件的大小

（按1.2.1和1.2.2节所述强度或震级表示）、震源深度和震中距离、地形条件和当地地质是重要的地震特征。 然而，死亡原因和破坏程度在很大程度上取决于该地区的建筑类型和人口密度。地震对暴露的社会系统的各个方面造成了严重的损失。 它们可以有几个直接和间接的影响，如图1.22所示。

地面震动是迄今为止地震造成的最重要的危险，只有一些例外(例如。 2004年12月26日亚洲海啸，约有28万人丧生)。 结构损伤，这是主要的垂直和横向承重系统的一个特点，可能在轻损伤和塌陷之间有所不同。 非结构损伤包括建筑的失效或故障，

地面效应

地面效应

图1.22直接和间接地震效应

地震效应

直接影响

间接影响

地面震动

滑坡

地面裂缝

海啸

地面倾斜

西切斯

差分地面沉降

雪崩

土壤液化

瀑布

横向扩散

滑坡

洪水

瀑布

火灾

结构的振动

有毒污染

坠落物体

结构损坏结构坍塌

结构效应

其他影响

建筑内的机电系统和部件。 非结构性损害可能导致巨大的经济损失，并对生命构成重大风险。 关于非结构损伤的更多细节可以在ATC（1998）和破坏性地震后发表的侦察报告中找到。

损坏建筑物和生命线

建筑物、桥梁、公路和其他生命线在地震中受到广泛的结构破坏。 结构的地震脆弱性随建筑材料和抗震系统的作用而变化。 表1.11概述了砌体、钢筋混凝土(RC)、钢和复合材料（钢-混凝土）建筑物的典型损坏。 损坏分为结构构件、连接和系统类别。 应该指出的是，在某些情况下，不同结构构件的损坏模式是常见的。 例如，可能发生剪切破坏.

表1.11建筑结构的典型损坏。

砌体及钢筋混凝土. 钢和复合材料

结构元素/系统 观察到的伤害 结构元素/系统 观察到的伤害

光束 剪力破坏，混凝土保护层剥落，钢筋屈曲.

列 开裂，破碎，混凝土保护层剥落，钢筋扣拉，弯剪破 坏，短柱效应.

联系 破碎，破碎，加固.

棒材屈曲和拔出，剪切破坏

结构墙和填充 呈X形裂缝，破碎，钢筋

屈曲，倾覆，摇摆，滑动.

基金会 沉降，钢筋拉拔.

出来，摇摆，滑动，提升

框架 软弱无力的楼层，过度的残余变形，横膈膜和连接件的遇 险，撞击，摇晃，抬升，截瘫和砖烟囱的坠落.

光束 法兰和腹板屈服，局部屈曲，脆性断裂

列 法兰屈服，局部屈

曲，脆性断裂，拼接破坏，构件屈曲

痕迹 局部和构件屈曲，脆性断裂.

联系 屏蔽，局部屈曲，脆性.

断裂，焊缝裂纹，面板变形过大，螺栓断裂

基金会 螺栓锚固破裂，焊缝裂纹和断裂，拉拔，过大的底板变形.

框架 软和弱层，过度的残余变形，隔膜和连接器的遇 险，撞击，提升

在钢筋混凝土梁和柱中。 此外，局部屈曲可能影响钢梁、柱和支撑。 附录B提供了建筑物和桥梁损坏的几个例子，其中还详细讨论了在钢、混凝土和砌体系统中观察到的常见结构缺陷。木材结构得到了广泛的应用，特别是在日本、新西兰和美国。 它们包括旧的非工程单层家庭住宅和新的三层公寓和共管公寓建筑。 木结构建筑本质上是轻量级和灵活的；这两个特点在地震加载条件下都是有利的(Ambrose和Vergun，1999年)。 然而，在大地震期间，中低层木建筑受到结构破坏的影响(Bertero，2000年)。 观察到的损坏包括内墙和砖烟囱开裂、外墙砖单板开裂和倒塌。 木制建筑经常经历类似砌体建筑的失败。 事实上，几次部分或全部倒塌是由于软层和薄弱层，横向支撑不足，以及建筑物各组成部分之间的联系和连接不足。 在加利福尼亚最近的地震中，地基锚固不足导致了许多情况下的抬升和滑动(例如。 Baker等人，1989年； Andreason和Rose，1994年等)。

生命线是那些对社区的健康和安全以及城市和工业区的运作至关重要的服务。 其中包括电力、煤气、水和废水系统。 基础设施，如运输系统（公路和铁路）、桥梁、港口和机场也被归类为生命线。 对生命线的破坏给社区带来毁灭性的经济影响。

图1.231999年Izmit（土耳其)地震期间氧气罐的倾斜(左)和断路器的脆性断裂(右）(由Andrew S.Whittaker博士提供)

其抗震性能影响应急响应，短期和长期恢复.. 煤气和电力线路断裂是对安全的严重威胁，这主要是由于火灾和爆炸的风险。 缺水也妨碍消防工作。 废水系统泄漏和破裂可能导致有毒污染.. 例如，在1995年神户地震期间，生命线和公用事业的破坏使消防人员无法到达由断气线引起的火灾(Bukowski和Scawthorn，1995年；Elnashai等人，1995年；Scawthorn等人，2005年)。大片的城市被烧毁，极大的造成了生命的损失。 油箱和电力系统损坏的例子如图1.23所示。 倾斜和“象脚”屈曲是持液钢罐的常见破坏模式，而在变电站中通常观察到脆性断裂，这些变电站接收并向大城市地区分配能量。 过去地震中停电的主要原因是变电站断路器、变压器衬套和断开开关的灾难性故障。 表1.12概述了最近地震期间观察到的对生命线的重大损害。

表1.12中的损害类型列表是指示性的，而不是详尽无遗的，因为生命线系统的多样性和复杂性超出了本书的范围。 有几本专门研究这一主题的教科书和手册(例如。 冈本，1984年；泰勒等人，1998年；泰勒和范马克，2002年，等等)。 地震工程研究所在因特网上公布了对生命线损害的调查报告(http://www.eeri.org)。

对地面的影响

地震损伤分析表明，地面效应是造成建筑环境破坏的重要因素。 局部地质和地形影响地震波的行进路径和放大特性.. 例如，天然和人工松散的地基材料，如河流三角洲的沉积物和用作填埋场的材料，与在固结沉积物或基岩上测量的运动相比，放大了地面运动。 松散土的厚度也会影响地面震动，如第1.3.2节所讨论的.. 正如本书前几节所介绍的，在过去的地震中，底层土层和结构之间的准共振导致了更大的破坏。 不同厚度和固结程度的沉积层可以放大地面运动。

除了直接的震动效应外，地震还可能导致几种形式的地面破坏，对建筑环境造成损害。 例如，在1964年阿拉斯加地震中，超过2亿$的财产损失和大量死亡s =8.6)是由于地震引起的地面故障。 同样，土壤效应在1971年圣费尔南多和1989年加州洛马普里塔地震中也很明显。 特别是三滨区的许多公寓楼

表1.12生命线的典型损坏。

高速公路和铁路 气和电力. 水和废物系统 交流系统

钢筋混凝土桥墩的弯剪破坏..

钢和复合墩的局部和整体屈曲.. 焊接构件脆性断裂..

在铰链座椅和甲板支架上打孔和启封。

公路路面裂缝，大缺口和居民点..

钢轨弯曲或破裂和列车脱轨..

网络中的裂缝和破裂.

高压输电站和变电站瓷件脆性断裂.

发电厂开关系统、起重机和储罐的损坏

电力供应中断

气体泄漏引起的火灾和爆炸.

管道破裂和网络泄漏

金属储罐晃动及吸力损坏.

金属罐中的象脚和壳体屈曲.

混凝土盆地的裂缝和渗漏

与地面沉降或摇动有关的工艺设备故障

电子交换系统的损坏.

电话线损坏

电话系统建筑物损坏.

计算机网络故障 输电塔故障和坍塌.

弗朗西斯科因土壤液化而受到损害。 地震的地质和岩土方面超出了本书的范围。 岩土地震工程的详细处理可在Kramer（1996）中找到。 结构地震工程主要关注的破坏模式概述如下。 水波的影响，如海啸（或海波)和海潮(或湖波），下文不讨论。 读者可以查阅现有的文献(例如。Steinbrugge，1982年；Kanai，1983年；Okamoto，1984年；Bolt，1999年)。

表面破裂

地面破裂可能是由强烈的长时间的震动和断层破裂引起的。 这可能产生深裂缝和大缺口（大小从几米到几公里不等）。 断层破裂造成的损害比地面震动造成的广泛损害更局部。 在1995 年日本地震中观察到沿阿瓦吉岛Nojima断层有9公里的地表破裂（图1.24）。 从左到右沿着图1.24所示的破裂，地震引起的滑坡覆盖了一条道路，一条横跨稻田的断层疤痕和一条土路中的右外侧偏移。 右侧稻田的剖面已经上升了1米多；即使在离断层很近的地方，建筑物也会受到光的破坏。

主要断裂的影响可能是极端的结构，建筑物可以撕裂。 地面的裂缝和缝隙也可能对运输系统（公路，铁路，港口和机场)和地下网络(水，废水和煤气管道，电力和电话电缆）造成严重破坏.. 地震引起的地面震动可能导致软、饱和土壤中地面的开裂（定义为“倾斜”或“倾斜开裂”）。 土或岩体在与悬崖和陡坡成直角时发生运动.. 部分或全部建立在这些质量上的结构可能经历显著的横向和垂直变形。

沉降和提升.

断层破裂可能引起地面的大的垂直运动.. 这些运动反过来又对建筑物的基础、桥脚和地下网络造成严重损害。 的崩溃.

图1.241995年神户（日本)地震期间在阿瓦吉岛北部观察到的断层破裂：鸟瞰图，断层破裂贯穿图片中间

(左），特写显示Nojima断层的垂直和水平偏移（右)(由南加州大学地理工程地震勘测提供）

图1.251999年科贾埃利（土耳其)地震期间地面沉降和隆起的影响：洪水(左)和人工瀑布(右）

在圣费尔南多（1971年)、洛马·普里塔(1989年)、诺斯里奇(1994年)和神户(1995年）地震中观察到了几种桥梁的接近结构和桥台。 在世界各地几次地震之后，人们观察到建筑物的沉降、倾斜和下沉。 差别化的地面定居点可能造成结构上的困难。 粒状土壤被地震引起的地面振动压实，导致沉降。 这种类型的地面运动影响到高渗透性的干燥、部分饱和和饱和土壤。 在美国密西西比河谷的新马德里地震（1811-1812年）中观察到6-7米的沉降。 靠近海洋、湖泊和河岸地区的沉降可能导致港口、街道和建筑物泛滥。 在某些情况下，人工瀑布也可能由定居点和隆起产生，如图1.25所示，来自1999年土耳其科贾埃利地震。

很愉快

地震时孔隙水压力过大可能导致土体刚度和强度的损失。 过大的孔隙水压力导致土壤通过地面上的孔喷出，从而造成沙子沸腾。 图1.26显示了1998年Adana-Ceyhan（土耳其）和2001年Bhuj

（印度）地震期间液化的两个例子。 土的喷出造成损失.

图1.26沙沸腾是由于1998年阿达纳-杰伊汉（土耳其)地震(左)和2001年布吉(印度)地震(右）

图1.27土壤液化引起的塌陷：1964年新泻（日本)地震中建筑物的沉降和倾斜(左)和1995年神户(日本）地震中Nishinomiya-ko桥码头地基的土壤沸腾和裂缝（右)(由加州大学伯克利分校地震工程国家信息服务处提供）

地基的支撑，从而使结构倾斜或沉入地面。 在1964年和2004年的两次新泻地震以及2007年的皮斯科-钦查（秘鲁）地震中观察到了巨大的液化损伤，如下文所述。

挡土墙可能会倾斜或脱离液化区的流体压力。 重型建筑结构可能由于下垫土的承载强度损失而倾斜.. 1964年日本新泻地震(M_s =7.5)，四层公寓楼在液化土壤上倾斜60度，如图1.27所示。 同样，在1989年洛马·普里塔地震中，用于填充泻湖的土壤和碎片液化，造成旧金山Marina区地面的严重沉降、破裂和水平滑动。

土壤液化可能导致低轴向荷载的桩基和地下轻质储罐浮到地面。 在神户，横向摊铺破坏了桩基

几座建筑物和桥梁（图1.27）由于水平运动。 神户港的海堤和海防也受到土壤液化的影响。

滑坡

滑坡包括几种类型的地面破坏和运动，如崩塌、斜坡深度破坏和浅层泥石流。 这些破坏是由土壤中抗剪强度的损失引起的。 地震引发的滑坡有时比地震本身造成更多的破坏。 滑坡的直接危险是破坏斜坡上或附近的建筑物，可能因岩石、泥浆和水滑下坡或下游而死亡。 电气、水、煤气和污水管道可能会被滑坡破坏。 受地震诱发滑坡影响的区域大小取决于地震的震级、震源深度、引起断层附近的地形和地质条件以及地面震动的幅度、频率含量和持续时间。 在1964年的阿拉斯加地震中，地震引起的山体滑坡破坏了特纳金高地的住宅开发和安克雷奇的许多市中心地区。 观察到的最壮观的滑坡之一，涉及约960万立方米的土壤，发生在锚固区。 这种滑坡在自然斜坡上的规模可以足够大，足以摧毁整个村庄或城镇，如秘鲁地震(1970年，M w=7.8)。 1989年洛马·普里塔地震期间，1000多处滑坡和岩崩大多发生在圣克鲁斯

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