最傳統的地震應急評價工作是根據地震的震級和震源深度做出評價。617宜賓地震震級6級,震源深度16km。618日本新瀉地震震級6.8級(后來調整到6.7級),震源深度10km。從這兩個例子看,顯然618日本新瀉6.8級地震更厲害。所以,第一輪評估結果:
日本災情 > 中國災情
第一次反轉
我們此前說過,地震的震級和地震引起的地面運動之間的關系非常復雜。正巧這次宜賓地震和新瀉地震發震地區都有非常密集的強震臺網,于是我們可以從強震臺網獲取的數據評價這次地震的地面運動強弱,我們此前文章介紹過,617宜賓6.0級地震記錄到的最強地面運動峰值加速度(PGA)達到0.6g(圖1),而618日本新瀉6.8級地震記錄到的最強地面運動峰值加速度(PGA)只有0.33g(圖2)。
圖1617宜賓6.0級地震記錄到的最強峰值加速度
圖2618新瀉6.8級地震記錄到的最強峰值加速度
因此,考慮到我國地震烈度以峰值加速度作為主要評價依據,從峰值加速度看,第二輪評估結果反轉了:
中國災情 > 日本災情
第二次反轉
除了地震的復雜性,結構自身的動力特性也有很大的復雜性。如果我們進一步考察617宜賓地震的反應譜和618新瀉地震的反應譜,我們可以清晰看出,宜賓地震的反應譜主要集中在短周期段,0.7s以后中長周期段就很不給力了(圖3)。而618新瀉地震的反應譜在0.7s-1.5s周期段要顯著高于617宜賓地震的反應譜值(圖4)。所以,如果我們把這兩個地震動輸入同一組6層框架結構,我們可以顯著看出,618新瀉地震引起的結構響應要顯著高于617宜賓地震的結果(是其2~3倍)(圖5)。
圖3617宜賓地震記錄反應譜
圖4618新瀉地震記錄反應譜
(a)宜賓地震
(b)新瀉地震
圖5典型6層混凝土框架層間位移角響應
也就是說,從典型結構響應分析上看,第三輪評估結果又反轉了:
日本災情 > 中國災情
第三次反轉
看到這里,我想各位吃瓜觀眾已經有點忍無可忍了,這個劇情,也太意外太刺激了吧。如果你是地震后主持救災的決策人,看到這一遍又一遍的反轉,實在是有點暈菜。別急,故事還沒完呢。雖然從圖5可以看出,對于同樣的建筑,618新瀉地震引起的結構響應可能會更大,但是別忘了,日本新瀉和中國宜賓的建筑抗震能力可是有著很大的差異的??!所以,617宜賓地震后,倒塌和嚴重損壞房屋20185間,一般損壞房屋75713間,因災死亡13人,受傷220人(來源人民網, 6月20日)。而618新瀉地震后,日本只有144棟建筑發生破壞。共計0人死亡,28人負傷(來源日本消防廳,6月20日)。對比中日震害結果差別,日本建筑強大的抗震能力起了決定性的作用。
因此,從最后實際災情上看,第四輪評價結果又反轉了:
中國災情 > 日本災情
從以上分析可以看出,震后給出一個科學合理的震損評價結果,受到地震震級、地面運動強度、地震動和建筑的振動特征、建筑的抗震能力等諸多特性影響,真的是好難好難??!
有沒有什么解決方法呢?在617宜賓地震和618新瀉地震后,基于實測地震數據和城市抗震彈塑性分析方法,RED-ACT系統在第一時間都給出了震害的評估結果(圖6):
(a)617宜賓6.0級地震
參閱:RED-ACT: 四川省宜賓市長寧縣6.0級地震區域破壞力分析
(b)618新瀉6.8級地震
參閱:RED-ACT: 6月18日,日本6.8級地震破壞力分析
圖6RED-ACT系統給出的震損評價結果(建筑抗震能力取均值)
從圖6可見,由于RED-ACT系統采取了真實完整的地震輸入、符合當地建筑情況的建筑模型、以及可以完整模擬整個結構動力響應的城市抗震彈塑性分析方法,從而合理考慮了地震震級、地面運動強度、地震動和建筑的振動特征、建筑的抗震能力等諸多特性影響,能夠第一時間就給出合理的評價結果。
當然,由于基于實測地震數據和城市抗震彈塑性分析方法的震后損失評價方法只是一個誕生了一、兩年的新生事物,雖然我們覺得有很好的發展前景,但是現階段還有很多的問題有待解決。比如,如果臺網密度不足,可能就會漏掉一些重災區?;蛘呷绻數亟ㄖP筒缓侠?,那預測結果也會有較大的偏差。這些都是未來重要的努力方向。而不管是建立全國尺度的密集地震臺網,還是建立全國或者全球的建筑數據模型,這都不是我們一個小課題組能夠承擔的工作。因此,我們歡迎國內外對這個課題有興趣的專家和單位一起合作。比如這次618日本新瀉地震,我們就采用了和埼玉大學黨紀教授合作開發的日本建筑模型。并特別感謝日本埼玉大學黨紀教授和日本東京大學蘇迪教授為本文提供了大量寶貴資料。