翻译:1月7日波多黎各6.4级地震初步调查报告
写在前面
美国StEER(Structural extreme events reconnaissance)对近日发生在波多黎各西南部的两次震级分别为5.8级和6.4级的地震进行了分析,并发布了调查报告。为方便关心本次地震事件的朋友们查阅该调查报告,我们课题组本着和大家共同学习的态度,翻译介绍了报告中关于本次地震的特征及其对建筑、桥梁、道路和其他基础设施的破坏情况的部分。
下面对该报告的内容做一个简要介绍。
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地震特征
2020年1月7日当地时间约4:24,在波多黎各瓜亚尼拉(Guayanilla)以南8公里处发生了6.4级地震,震源深度10.0 km。大约22小时前,在2020年1月6日当地时间约6:32,同一地点附近发生了5.8级地震,震源深度为6.0 km。这是该地区自2019年12月28日发生4.7级地震以来持续发生的一系列地震中震级最大的两次。此后又发生了多次余震,最高震级达到5.4级。截至报告撰写,共获得了6个台站的地震动数据,记录到的6.4级地震中的PGA分别是:

图1为ShakeMap估算的PGA等高线,图2为台站分布图。

图1 ShakeMap估算的PGA等高线
(a)1月7日6.4级地震;(b)1月6日5.8级地震
(USGS,2020a,b)

图2 波多黎各地震动台站分布图(Clinton等,2013)
“你感觉到了吗?”(Did you feel it?)是USGS(美国地质勘探局)开发的一个系统,可以通过大量互联网用户从经历地震的人们那里获取地震信息。在6.4级地震发生后的前10个小时内,USGS网站上提供的DYFI调查有大约2000个响应。响应随时间的变化见图3,根据DYFI响应推测的烈度图见图4。

图3 USGS搜集的DYFI响应(USGS,2020a)


图4 根据DYFI响应推测的地震烈度图(USGS,2020a)
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工程破坏
3.1建筑破坏
地震造成了约80栋住宅的倒塌(完全或部分倒塌)和约280座建筑的破坏(从轻度到重度,但没有倒塌的危险)。常见的破坏形式有软弱层倒塌,混凝土非延性破坏和砌体填充墙的严重破坏。
有数十座建筑在底层表现出了软弱层破坏机理,尤其是支撑在窄柱或“高跷”上的高架结构。大多数情况下,破坏集中在首层软弱层,而第二层只受到轻微破坏,如图5所示。这种破坏机理导致的房屋倒塌很多,但造成的伤亡很小(截至本报告撰写只有1例)。
值得注意的是,图6所示的高架结构在2020年1月6日的5.8级地震中受到了严重破坏,并最终在1天后的6.4级地震中倒塌。这充分证明了震后对结构进行快速安全评估的重要性。

图5 地震中底层倒塌的双层住宅楼,其中第二层只遭受了轻微破坏(Telemundo,2020a)

图6 “高跷”住宅楼(a)2020年1月6日5.8级地震后窄柱遭受严重破坏;(b)2020年1月7日6.4级地震后窄柱倒塌(Telemundo,2020a)
一些商业建筑也在地震中遭到了破坏,包括砌体结构(如图7所示)和钢筋混凝土结构(如图8所示)。

图7 当地一家商店的砌体墙发生了平面外倒塌
(Twitter,2020a,Ricardo Ortiz/Reuters)

图8 当地一栋钢筋混凝土商业建筑在地震中倒塌
(NBC Washington,2020)
在本次地震中,有1所学校发生倒塌,至少11所学校遭到结构破坏。发生倒塌的那所学校曾在5.8级的地震中遭到了严重的结构破坏,又有至少2栋建筑在6.4级地震中倒塌。所幸两次地震都发生在早晨,学校还没有上课。这所中学的建筑是三层的钢筋混凝土结构,双向密肋楼盖由柱子支撑。柱子间填充有砌体墙,但没有与上部楼板连接起来,于是在柱顶形成了短柱。短柱导致的后果如图9、图10所示。

图9 该中学一栋部分倒塌的建筑,左侧短柱没有破坏,而右侧发生破坏
(Primera hora,2020a)

图10 该中学的建筑遭到严重破坏(a)脱离的楼梯间,注意图片右侧建筑物第二层的残余侧移(Facebook, 2020a);(b)短柱效应引起的破坏(Facebook, 2020h)
3.2 基础设施破坏
在本次地震中至少有6座桥梁(包括5座高速公路桥和1座人行桥)遭到了结构破坏,如图11所示。

图11 桥梁柱混凝土开裂、剥落和钢筋屈曲
(El nuevo día,2020e and 2020b)
城市道路通常由于掉落的建筑残骸碎片或表面开裂而发生堵塞,高速公路则常受到滑坡和岩崩的影响,如图12、图13所示。

图12 城市道路遭到破坏(a)建筑残骸碎片堵塞道路(Twitter,2020f);(b)道路表面的裂缝(Twitter,2020g)

图13 由于滑坡导致的高速公路堵塞(CNN,2020 and Twitter,2020h)
3.3 岩土破坏
很多地方都能观察到由侧向扩展(可能是液化的结果)以及岩石和滑坡引起的岩土工程破坏,同样如图12(b)和图13所示。当地居民和游客担心的一处名为Punta Ventana的天然拱门也遭到了破坏,它是当地重要的旅游景点,如图14所示。

图14 天然岩石构造的Punta Ventana是波多黎各南部的主要旅游胜地, 地震前(左)后(右)的情况如图(CNNa,2020)
3.4非结构构件破坏
地震严重破坏了非结构构件,例如吊顶、外墙、女儿墙、门窗和建筑内的物品。幸运的是,两次地震都发生在清晨,当时许多商业建筑内都空无一人。

图15 购物中心内的吊顶部分坍塌(WKNO,2020 and Facebook,2020e)

图16 建筑外墙和女儿墙破坏或坠落(a)住宅外立面受损;(b)未配筋砌体女儿墙坠落(El nuevo dia,2020b)
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一些教训
从本次波多黎各地震中,我们应该吸取以下教训:
(1)波多黎各估计有超过50%的住宅在建造时没有遵守建造规范,原因包括经济问题,缺乏规范的执行力以及对较小建筑违规的容忍等。
(2)建筑业专业人员应负责确保建筑物的安全。
(3)面临多灾害威胁的社区往往会选择面对最常见的灾害时表现良好的建筑方案,但这可能会增大面对不常见灾害时的风险。例如在波多黎各这样易受飓风袭击且地形是丘陵的岛屿,居民常常采用高架混凝土或砌体结构,但如果设计建造不当,在地震中很容易遭到破坏。
(4)岛屿社区在灾害中特别容易发生断电、停水和通讯中断。
(5)岛屿社区需要更严格的设计和建造标准。
(6)在破坏性地震后对建筑物进行快速安全评估是很有必要的。

费一凡

陈星雨
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相关研究
新论文:抗震&防连续倒塌:一种新型构造措施
