4-4 抗震
我国受环太平洋地震带及欧亚地震带的影响，地震活动频繁，历史上曾多次发生灾害性大地震，对人民生命财产和社会经济造成了巨大的损失，全国大部分地区为抗震设防区，且近期又处于地震活动的上升期，因此，需要重视水工建筑物的抗震设计。
4-4-1 《水工混凝土结构设计规范》 SL 191—2008
a） 13.1.2 结构的抗震验算，应符合下列规定：
1 设计烈度为6度时的钢筋混凝土构件（建造于Ⅳ类场地上较高的高耸结构除外），可不进行截面抗震验算，但应符合本章的抗震措施及配筋构造要求。
2 设计烈度为6度时建造于Ⅳ类场地上较高的高耸结构，设计烈度为7度和7度以上的钢筋混凝土结构，应进行截面抗震验算。
【摘编说明】
（1）鉴于近数十年来，有些基本烈度为6度的地震区发生了较大的地震。因此，6度地震区的水工建筑物也必须考虑抗震构造要求及抗震措施。
（2）对于设计烈度为6度Ⅳ类场地上较高的高耸结构，其地震影响系数有可能高于同一结构在设计烈度为7度Ⅱ类场地条件下的地震影响系数，因此要求对这类条件下的高耸结构仍应进行结构抗震验算和构件的抗震承载力计算。
【检查要点和方法】
（1）结构抗震设计时，有关结构整体的抗震规划、场地的选择以及地震作用的计算等均应根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）、《水工建筑物抗震设计规范》（SL 203—97）的有关规定进行。
（2）钢筋混凝土构件抗震设计时，无论是否进行截面抗震验算，均应根据建筑物的设计烈度提出相应的抗震验算要求、抗震措施和配筋构造要求。
4-4-2 《水工建筑物抗震设计规范》SL 203—97
为做好水工建筑物的抗震设计，减轻地震破坏及防止次生灾害，按《中国地震烈度区划图（1990）》的规定，对《水工建筑物抗震设计规范》（SD J10—78）进行修订，制定本标准。本标准主要适用于设计烈度为6度、7度、8度、9度的1级、2级、3级的水工建筑物的抗震设计。
a） 1.0.4 水工建筑物工程场地地震烈度或基岩峰值加速度，应根据工程规模和区域地震地质条件按下列规定确定：
2 基本烈度为6度及6度以上地区的坝高超过200m或库容大于100亿m3的大型工程，以及基本烈度为7度及7度以上地区坝高超过150m的大（1）型工程，应根据专门的地震危险性分析提供的基岩峰值加速度超越概率成果，按本规范1.0.6的规定取值。
b） 1.0.5 水工建筑物的工程抗震设防类别应根据其重要性和工程场地基本烈度按表1.0.5的规定确定。
表1.0.5 工程抗震设防类别
c） 1.0.6 各类水工建筑物抗震设计的设计烈度或设计地震加速度代表值应按下列规定确定：
1 一般采用基本烈度作为设计烈度。
2 工程抗震设防类别为甲类的水工建筑物，可根据其遭受强震影响的危害性，在基本烈度基础上提高1度作为设计烈度。
3 凡按本规范1.0.4作专门的地震危险性分析的工程，其设计地震加速度代表值的概率水准，对壅水建筑物应取基准期100年内超越概率P100为0.02，对非壅水建筑物应取基准期50年内超越概率P50为0.05。
4 其他特殊情况需要采用高于基本烈度的设计烈度时，应经主管部门批准。
5 施工期的短暂状况，可不与地震作用组合；空库时，如需要考虑地震作用时，可将设计地震加速度代表值减半进行抗震设计。
d） 1.0.9 设计烈度为8、9度时，工程抗震设防类别为甲类的水工建筑物，应进行动力试验验证，并提出强震观测设计，必要时，在施工期宜设场地效应台阵，以监测可能发生的强震；工程抗震设防类别为乙类的水工建筑物，宜满足类似要求。
【摘编说明】
（1）地震的震级和地震烈度。地震的震级和烈度是反应地震特性和地震影响的两个不同的概念。地震震级用来表示一次地震的规模大小。一次地震的震级是根据地震时所释放的总能量来确定的。设E是地震时所释放的总能量（单位为尔格），地震震级为M，则E和M的关系一般可表示为：
logE=11.8+1.5M
目前国际上比较通用的震级标准为里氏震级，它以标准地震仪所记录的最大地动位移A（即振幅，以μm计）的常用对数值来表示一次地震的震级，其表达式是：
M=logA
我国地震的震级按里氏震级标准划分，最大震级一般不超过9级。
一次地震只有一个震级。一般来说，小于2级的地震人们感觉不到，称为微震。2～4级的地震称为有感地震；5级以上的地震就会在震中区附近引起不同程度的破坏，统称为破坏性地震；7级以上的为强烈地震和大地震；8级以上为特大地震。到目前为止所记录的世界上最大的地震是1960年5月22日发生在智利的8.9级特大地震，1976年的我国唐山地震为7.6级，2008年的汶川地震为8.0级，2011年的日本福岛地震为8.7级。
地震烈度是指地震区地表运动的危害性及建筑物的破坏程度。这是工程师进行抗震设计时最为关心的。目前，地震烈度还没有合适的定量标准，一般是根据宏观现象，例如人的感觉、物体反应、建筑物的破坏程度和自然现象等因素来确定地震烈度。不同国家烈度的划分也不同。例如日本采用0～7度的8度制，少数的欧洲国家采用10度制，而绝大多数国家（包括俄罗斯、美国等）均采用12度制。我国将地震烈度分为12度，6度以上的为有害地震。根据建筑物所处地区的历史震害调查和近代地震观测记录，可以划分地区的基本烈度。严格来讲，地震基本烈度一般是指该地区在今后50年内可能遭遇的较大地震，其超越概率在10%左右。我国目前仍以地震烈度作为各类工程抗震设防依据的基本指标，基本烈度是对未来地震的一种中长期预测。
（2）地震危险性分析。地震危险性分析是对特定地区确定未来一定时期内地震动参数超过某一定值的概率。
地震的发生在时间、空间和强度上都是随机的，地震波的传播也是一个具有许多不确定性因素的复杂过程。因此，地震危险性分析不仅要考虑发生地震大小的分布规律，而且需考虑时间上发生次数的分布规律，以及在空间上一定范围内不同距离的震源对特定场地地震效应的影响。地震危险性分析主要内容和基本步骤为：
1）通常在以坝址为中心的300km半径的工作范围内，根据地质、地震条件确定潜在震源并选择合适的震级上限。
2）根据历史地震资料，计算各潜在震源不同震级地震的发生率，并选择地震发生次数的概率模型。目前广泛采用的是假定地震发生在时间和空间上都是独立的，同一地点同一时间发生两次地震的概率为零的均匀泊松模型。
3）由强震记录和历史地震等震级资料，确定从震源到坝址场地地震动参数的衰减规律。
4）按概率理论估计发生一次或多次地震对给定场地的危险性，包括衰减规律的不确定性的校正。
5）综合各潜在震源影响得出给定场地总的地震危险性，最终给出不同年超越概率或设计基准期内不同超越概率相对应的地震动参数曲线图表。
《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2001）和《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50487—2008）均有相关规定，对重大工程、特殊工程、可能产生严重次生灾害的工程应进行专门的地震危险性评价工作。
在我国，地震危险性分析方法首先在20世纪80年代初应用于二滩水电工程。近年来，在建和拟建中的重大水利水电工程几乎都进行了专门的地震危险性评定工作。在这些分析成果中，除小浪底工程采用一般场地土外，其他都直接以基岩峰值加速度作为地震动参数，给出经过衰减规律不确定性校正过的年超越概率曲线，而且，许多工程还同时给出烈度或概率反应谱曲线的年超越概率曲线。
（3） 地震基本烈度和设计烈度。从工程抗震角度对水工建筑物划分工程抗震设防类别的目的是，根据工程重要性和场地地震基本烈度对各类建筑物确定设计烈度，选择抗震计算中地震作用效应的计算方法和调整重要性系数。工程抗震设防类别的划分和GB 50199—94中的结构安全级别相协调。
1）对于一般水利工程，基本烈度按《中国地震烈度区划图（1990）》确定，其概率水平为50年基准期的超越概率10%，相应的地震重现期为475年。
2）对于像1级壅水建筑物这类极端重要的工程，由于一旦遭受重大震害而失事，将导致不堪设想的严重后果。同时也考虑到当前国内外地震预报工作尚处于发展阶段，而我国近几十年来有多次大震发生在预期的低烈度区的实际情况，因此，工程抗震设防类别为甲类的水工建筑物，在基本烈度的基础上提高1度作为设计烈度。
3）在专门的地震危险性分析中，设计地震的概率水准是根据对已有的重要水利水电工程地震危险性分析结果进行校准后确定的；其确定超越概率的期限和GB 50199—94中规定的各类建筑物的设计基准期相一致。
4）建筑物地震设防标准的高低直接影响其安全标准的确定，地震设防标准过高，会提高其安全标准，加大工程量，影响建筑物的造价，应经主管部门批准。
5）相对于运用期而言，施工期时间较短暂，遇到地震的几率要小得多，因此，施工期可不与地震作用组合；空库时，可将设计地震加速度代表值减半进行抗震设计。
（4） 强震观测设计。大型水工建筑物如遭受震害，修复困难，应作为设防重点。水工建筑物大多数结构复杂，体积庞大，涉及结构和地基的动力相互作用、结构和库水的动力流固耦合影响等。目前，在抗震计算中还难以完全了解结构的地震破坏机理和确切反映复杂的实际条件。因此，国内外对高烈度区的重要水工建筑物都要求对抗震计算进行动力模型试验验证，并提出坝体的强震观测设计。这对于确保工程抗震安全、提高抗震设计水平是必需的。对某些水工建筑物，试验验证和强震观测不仅应针对结构本身，如对拱坝等结构，还应重视坝肩和坝基岩体等对结构抗震安全性至关重要的部位。
【检查要点和方法】
在执行SL 203—97相关强制性条文时，应注意以下问题：
SL 203—97是按《中国地震烈度区划图（1990）》规定编制的，而《中国地震动参数区划图》GB 18306—2001，直接采用地震动参数《地震动峰值加速度和地震反应谱特征周期》，不再采用地震基本烈度。现行有关标准中涉及地震基本烈度概念的，应进行逐步修正。在 SL 203—97尚未修订之前，可参照下述方法确定地震动参数和地震基本烈度：
（1）抗震设计验算直接采用GB 18306—2001提供的地震动参数。
（2）当涉及地基处理、构造措施或其他防震减灾措施时，地震基本烈度数值可由GB 18306—2001查取地震动峰值加速度并按表4-6确定，也可根据需要作更细致的划分。
表4-6 地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表
【案例分析】
紫坪铺水利枢纽总库容11.12亿m3，为Ⅰ等大 （1）型工程。2008年5月12日汶川发生里氏8级大地震，震中距离紫坪铺水利枢纽工程约17.7km，地震导致枢纽工程各类建筑物和设备发生不同程度的震损震害。汶川地震后，国家地震部门于2008年6月颁布了GB 18306—2001国家标准第1号修改单《四川、甘肃、陕西部分地区地震动峰值加速度区划图》。工程区地震动峰值加速度为0.20g，相当于地震基本烈度8度。2009年3月，中国地震局地震预测研究所又对工程区地震危险性进行评价，复核结论：50年超越概率10%基岩水平动峰值加速度为0.185g，地震基本烈度为8度；基准期100年超越概率2%地震动峰值加速度为0.392g，作为工程震损除险加固的基本依据。
4-4-3 《水工建筑物强震动安全监测技术规范》 SL 486—2011
a） 1.0.3 下列情况应设置强震动安全监测台阵：
1 设计烈度为7度及以上的1级大坝、8度及以上的2级大坝，应设置结构反应台阵。
【摘编说明】
我国缺少水工建筑物地震强震动记录，预先在水工建筑物上设置强震结构反应台阵，一旦发生强震，可以自动获取加速度记录，进行及时分析和快速震害等级评估，采取应急措施，达到减灾、防灾的目的。规定应设置强震安全监测台阵的条件，考虑了以下因素：
（1）我国水利工程数量多，不可能对所有水工建筑物都设置强震安全监测台阵。因此，只选择在地震影响较大区域的重要建筑物进行设置，故规定设计烈度为7度及以上的1级大坝、8度及以上的2级大坝应设置结构反应台阵。
（2）单个水利工程设置的结构反应台阵应与国家强震安全监测台相联系，以作为国家强震安全监测网的组成部分。
【检查要点和方法】
设计烈度为7度及以上的1级大坝、8度及以上的2级大坝是否设置了结构反应台阵。