影响地震烈度的场地条件固然复杂,但概括起来,主要有3个要素:
早在1906年旧金山地震和1923年关东地震之后,人们就意识到地基土质对震害的影响。日本学者注意到刚硬地基对柔性结构有利,而软弱地基对刚性结构有利;还认为在不同性质的地基土(包括土质和覆盖厚度)的情况下,地面振动有不同的卓越周期,而卓越周期又可以从平时地脉动中测出。金井清并从理论上提出,卓越周期是由于地震波在地基土层的表面和基底岩层界面之间的多次反射所形成,因而与覆盖土层的厚度有密切关系。美国自30年代以来发展了地震反应谱理论,并取得了大量的强震地面运动观测记录。在此基础上研究了地面运动峰值、地震反应谱特性、地震持续时间等要素与地基土类别的关系。通常把地基土按其坚硬程度,从基岩到软弱土层,分为3~4类,利用强震观测记录作统计分析。一般的结论是,基岩上的运动具有频率较高、频带较窄、持续时间较短的特点;而在软弱土上的情况则相反。大量的宏观现象表明基岩上建筑物的破坏要比一般土层上小得多。在理论工作方面,流行的方法是假定地震波以剪切波的形式从基岩竖直射入表土层,再根据波传播理论计算地面的运动过程及其频谱特征。这样土壤的分层及其刚度的变化都能得到反映。应用同样的理论可以根据在地面上的观测记录反演基岩界面上的运动。研究已进入到地震波入射角度的影响和表面波的影响,以及土层变化的二维和三维问题。
饱和砂土的液化是地基土质影响中的一个独特问题。砂土的稳定是依靠砂粒间的摩擦力来维持的。在地震的持续震动之下,砂土趋向密实,迫使孔隙水压力上升、砂粒间的压力和摩擦力减小,进而使砂土失去抗剪能力,形成液态,失去稳定。因此液化的形成决定于地震的强度和持续时间、砂粒的大小和密度、砂层的应力状态和覆盖厚度等等因素。在宏观现象上,砂土液化表现为平地喷砂冒水,建筑物沉陷、倾倒或滑移,堤岸滑坡等等。1964年美国阿拉斯加地震、1964年日本新潟地震、1975年中国海城地震和1976年中国唐山地震都有饱和砂土的液化现象。探明液化机理,寻找预测、预防措施,成为各国重视的课题。
由于一般城镇多半建设在平坦地区,地形问题不大为人重视。但中国地震区有很大部分位于崇山峻岭,地形十分复杂,城镇村落无法避开,地形的影响值得重视。中国的历次大地震的经验表明孤立的小山包或山梁顶上的烈度比山下较高。反过来,低洼地的烈度是否低则不甚明显。从地震波的传播来探讨地形影响的研究已经有人进行,但作出结论为时尚早。
最主要的是断层影响。地面上的断层随处皆有,但有活动与否、深浅、大小、破碎带宽窄、断面倾角陡缓等的差别。地震时断层对烈度、对震害的影响如何是不清楚的。宏观现象表明,紧靠地震断裂两侧的震害是严重的,如中国1970年通海地震、1973年炉霍地震均如此。强震观测亦表明断裂两侧的地面震动是剧烈的,如美国帕克菲尔德地震和圣费尔南多地震均如此。但在一些地震时没有活动的断层上就看不出有震害或震动加剧的现象。难点在于在地震发生之前,无法预测哪些断层会在地震时活动,因而如何对有断层通过的场地进行评价还是一个悬案。此外,地震时山崩滑坡在很大程度上决定于局部地质,如岩层的形成和风化历史、岩质和倾角等等。这个问题在山区很重要,但研究者甚少。2100433B