V o U 37,No. 2Apr. 2211
第37卷，第2期2211年4月世界地震工程
中国法定节假日WORLD EARTHQUAKE ENGINEERING 文章编号：127 -6669(2221)22 -0231 -27
日本福岛7. 3级地震区域震害分析与对比
费一凡3陈星雨3程庆乐3党 纪2，苏 迪7陆新征1
(/清华大学土木工程系，土木工程安全与耐久教育部重点试验室，北京1084; 2.埼玉大学理工学研究科环境社会
设计学科，埼玉3388570，日本；3.东京大学土木工程系，桥梁与风工程研究室，东京43 -8656，日本)摘 要：基于近实时区域震害评估系统RED-ACT ，对2021年2月13日发生在日本福岛县东部海域 的7.3级地震开展了震中附近区域的地面运动破坏力分析，包括典型强震记录分析、震中附近台站 周围的建筑震损、人体感受和滑坡风险分析。基于实际震害调查结果，对比了 RED-NCT 系统、日本 NIED-CRS 系统和美国PAGER 系统的震害评估结果准确性。结果表明：RED-ACT 系统的评估结果 与实际情况较为接近，能够为震后应急响应提供重要参考。
关键词：强震记录；地震破坏力；日本福岛7. 3级地震；城市抗震弹塑性分析;RED-NCT 中图分类号:P315 文献标识码:A
Analysis and comparison of regional seismic damage in M7.2 Japan Fukushima earthquake
FEI Yifan 1, CHEN Xinvyu 1, CHENG Qingle 1, DANG Ji 2, SU Di 7, LU XinzUe/v 1(1. Key Ladoratoy cf Civil Envivee/nv Safety anV DuraUilith cf China Education Ministy , DepaRmext cf Civil Envivee/nv ,
Tsinehua University , Beijinv 120084 , China ； 2 0698/)6x 1: cf Civil anV Evvironme/tai Enviveerinv , Saitama
University , Saitama 3388577 , Japan ； 3 B/dye anV WinV Enaivee/na Ladoratoy , Depaemex) cf
Civil Enaiveerina , The Univey/y cf Todya , Todya 113 - 8655 , Japan )
AbstrrcO : Based on thv veur-real-tiKa reyionai seismic damaga assessme/i system , nameiy RED-NCT , wa analyza thv gronnV motion 0x 1)12)6 powar of an M7. 3 eyrthqudka in thv arex veur thv epice/tar , which is located in thv exsteru seas of FuUushiKa , Japan o Thv ty
pKai stronv motion recorUs are aUyzX. Thv buildinv seismic damaga , human ugcomfoeakleyess , and lands/da Rsh near thv strong motion stations are xvludWd. The/ , thv pccyrucy of thv evvluahon results of RED-ACT , NIED-CRS of Japan , and PAGER of USA are compared based on thv seismic damaga investiyation ypoRs. Thv results show that thv evvluation resuit of RED-NCT is relativeiy close W thv actuai situation and RED-ACT can provida an iKpoRavi refere/co far postwyrthqudka empyxey ysponsa.Key worth : strong motion recorUs ； xrthqudka destructivv powar ； M7. 3 Japan FuUushiKa eyrthuuaka ; city-scaia nonlinear tima histoy analysis ; RED-ACT
引言
据日本气象厅测定,2021年2月11日22时25分，在日本福岛县东部海域发生7.3级地震，震源深度 55 ym 4］。由于福岛地区曾在2211年3月11日的东日本大地震中发生严重的核泄漏事故，且此次地震震级 较高，该事件立即引起了国际社会的广泛关注。如何快速准确地评估当地实际受灾情况，从而科学合理地开
一只猪的故事收稿日期：2021 -03 -10；修订日期：2021 -03 -23
基金项目：国家重点研发计划(Nc. 2418YFC1544441)；国家自然科学基金(Nc. U1779212)作者简介：
费一凡(1999 -)，男，博士研究生，主要从事工程抗震研究.E-maii : fyf21@ maits. wCghua. edu. ce 通讯作者：陆新征(W -)，男，教授，博士，主要从事数值模拟与防灾减灾研究.E-maii ： lu X z@tWnvUua. edu. et
72世界地震工程第37卷
展抗震救灾工作，成为机构的迫切需求和社会民众的关注焦点。
R ed-wct是一种基于城市抗震弹塑性分析方法的近实时区域震害评估系统4］，已成功应用于国内外多地震的评估4一5］。该系统将从强震获取的地震动数据输入受灾地区的建筑，使用
震弹方法灾区建筑地震，并根据结果评估目标区域的建筑震人体感受情况4］。，根据岩性数据和工程岩体力学性质的系确定目标处岩土体力学性质，利用Newmai刚体法坡的临界坡度〔6］。基于red-wct系统的基本框架，清华大学和日本
大学进基于日本的建筑宏观统计，建立了具备结构、服役年份、楼层数、层层质量等属性数据的日本虚拟建筑4］。本文基于RED-wCT系统，在震后两小时内述地震开展了震中附地面运动破，包括典型强震记、震中围的建筑震损、人体感受坡风险分析。此外，基于当地震，对比了RED-wCT系统、美国PAGER系统和日本NIED-CRS系统在地震评估中的准确性［-9］。本够为震后应急评估方法的选择提供重要参考。
1强震记录分析
强震记录的地震动时程了地面运动的全，相比震度等简化指标，能够更好地体现地震破的强弱。从日本强震K-wET获取了26组震中的地震动记录44］。其中：MYGH14 (简称“典”)的地面峰值度(PGA)最大且距离震中较近，其区域受到较为严重的地震破坏，故将该作为典型强震记。典的地震动度时程和反应谱(5%阻尼)如图1所示。
(a)EW方向地震动时程(b)NS方向地震动时程
时间/s
(c)UD方向地震动时程(d)地震动反应谱
图1典型台站的地震动时程和反应谱
Fiy.1Ground motion recoras and resuonse suectrums of c station
由图1可知：典地震动时程的PGA'1426ams2，且反应谱在0〜0.3s的短周期段远高于我国规范8度。可见：该的地面运动十分强烈，低层砌体结构等短周期结构造成严重破坏。
2区域震害评估
2・4建筑震损与人体感受分析
基述获取的26组强震台站实测地震动，结合日本城市建筑属性数据，采用RED-wCT系统进行了地
第2期费一凡，等：日本福岛7.3级地震区域震害分析与对比33震区域破 评估，得到的震中
建筑震 布和人体感受分布 如图2-3所示。从整体 ：震中地区的主要建筑破 为 破坏, 到中度破坏, 现极小比例的严重及以上破
。人体感受全部为难以忍受。
烫发类型图2台站附近建筑震害分布有什么好看的恐怖片
Fig. 0 Buildine seismic Uamage UistribuPon eear the smtions
图3台站附近人体感受分布
Fig. 3 Human uncomformnievess UistribuPon eear the stations
2.3地震滑坡风险分析有关教师节的黑板报
据当地地形数据、岩性数据 地面运动记录，可以计算得到 坡体饱 例下的滑坡风险分 布，如图4所示。其中：圆圈内的数值为 的滑坡临界坡度，底图的颜表示地形坡度。通过 临
界坡度与地形坡度，可以判断当地 坡的风险。预测临界
坡度。(a)滑坡体饱和比例0%坡度。S0-5 □5-10□ 10-15 015-20□ 20-25 □25-30 □30-35 □35-40 □40-45 □45-50口50-55■ 55-90预测临界 坡度。(b)滑坡体饱和比例50%坡度。S0-5□ 5-10□ 10-150 15-20□ 20-25□ 25-30□ 30-35□ 35-40□ 40-45□ 45-50□ 50-55■ 55-90
预测临界 坡度。(c)滑坡体饱和比例90%
坡度。□0-5 □5-10□ 10-15□ 15-20 □20-25 □25-30 □30-35 □35-40 □40-45 □45-50 口50-55 ■55-90图4不同滑坡体饱和比例下的滑坡风险分布
Fig. 5 LapUsliUe risP UistribuPon uuCer diKereet saturation ratios of lapCslibe
bobies
34世界地震工程第37卷3实际震害对比
3.6建筑震害情况
根据日本消防厅3月1日13:02(当地时间，UTC+9)发布的第3次震害调查报告(简称“调查报 ”)［1］』 地
震共造成32栋住宅全坏,259栋住宅 ，8 846栋住宅 破坏。其中：全坏指房屋已完全丧失其住宅的基本功能，即 塌；半坏指房屋已失去一些基本功能，即受到严重破坏；部分破坏指房屋
且需要维修［2］。受灾较为严重的福岛县 县的建筑震 如图5所示⑴〕。亠I
(b) 土木结构墙体剥落(a)高层公寓局部破坏(c)车库倒塌(d)墙体局部破坏
图5当地建筑震害照片
Fig. 5 Photos of seismic damages of locai buildings
通过与2o O 节建筑震害评估结果的对比可知:RED-NCT 系统对严重破坏及以上的建筑数量预测相对准 确，但高估了中度破
破坏的建筑数量。由于福岛地区曾在2211年经历过311东日本大地震，很多震 佳的建筑当 已经遭到了破 进行了 复，所 地震 中度破 破坏的建筑数量总体上少于RED-NCT 系统基于日本全国 震 的预测结果。 ，获取更为合理的建筑基础数据是准确震害评估的关键。
震后，日本防灾研究所和美国地质调查局也在 内发布了各自的震害评估结果。日本防灾研究所的NIED-CRS 系统给出的建筑物破坏分布如图6所示E ，认为大片区域 现50 ~592栋建筑物的毁坏，少数
区 域 现1 002 -5 002栋建筑物的毁坏。 中给出的实际震害情况，以烈度为参数的NIED-CRS 系统 估了此次地震造成的建筑破坏数量和程度。美国地质 局的PAGER 系统给出的灾害预警如图7所示［11 ］，总体预警为橙，表示该地震可能造成全国范围的 。其中：人员遇难预警为黄，认为此次地震有49%的 造成1~12人遇难。从 情况看：地震 造成全国性的 ； 给出的遇难人数为1，受伤人数为16，小于PAGER 系统的估计，而PAGER 系统也是以烈度为参数的。
国土地理院
图6日本NIED-CRS 系统给出的各行政区建筑破坏估算
Fig. 2 Building damage es/Kahoe by NIED-CRS
市政当局对建筑物受损
草房子好词情况的估计［完全毁坏］
(防灾研究所)
按行政区划估计的建筑
物受损情况_完全毁坏
圜50栋以下
□ 50~100栋
匚100V00栋
■ 500-1 000栋
■ 1 000-5 000栋
■ 5 000-10 000^
■ 10 000栋以上
第2期费一凡，等：日本福岛2.3级地震区域震害分析与对比35
^usgs 地震c 橙预警M ②
science for a c hanging w orld \. 7M 7.1, 72 km ENE of Namie, Japan
尺舲丹畅 PAGER Origin Time ： 2021—02—13 14:07:50 UTC(Sat23:07:50 local) X/prainn 7Locati
on: 37.74 53° N 141.7494° E Depth: 49.9 km J J vcioiyi i t FOR TSUNAMI INFORMATION. v
Created: 1 day, 8 hours after earthquake 估计死亡人数 二羞 40%.
話钱经济麦失小于日本GDP 的1%。以往具有此预贅级别 的事件需要区瑚或国豪级则
的响应。10 160 i.U oo 1%!ooo 埠厲塑未平音衣鑿黄预警。
死亡人数 可能造成人员伤亡。
估计经济损失9%30%9%37%18% r^3%
100 lb 胛%.000
1 10美元（百万）1图2美国PAGER 系统给出的震害估计Fig.
2 Seismic loss estimation by PAGER
都大学的境 指出：日本现在使用的烈度是以较易被人体感知的周期在0.5 s 到1 s 之间的震动为基准的，而较易造成建筑物损伤的却是1 S 到2 S 周期的震动［］。 ，在 频振动较为卓越的地震动时，使
用基 度指标的易
的震 估震 。其他烈度指标的定义虽，但
存在上述问题。而RED-ACT 系统采用 震弹 方法，可以全面考虑地震动的振、频谱、持 及建筑物的动力和强度特性, 建筑最大破坏程度的 结果显著优于NIED-ARS 系统和PAGER 系统。
3.2地震滑坡情况
调查报告指出：地震在当地引发了两处滑坡，相马市常磐高速公路滑坡现场照片如图8所示［4］。REDACT 系统对震中 重点区域的 ：结果如图4所示，可见该区域 存在 坡的高风险区（坡度 坡临界坡度处），其中红框内为滑坡
地点（（ 磐 【公）o redact 系统有助 断滑坡高风险区。NIED-ARS 系统的
结果如图1所示，坡
的评估结果为“ 中”“ 小”1］。 PAGER 系统的分析结果表明：该 坡的概率很低，仅为0.2% ~ 1%，如图11所示〔⑻。可见：RED-ACT 系统和NIED-ARS 系统对该区域地震滑坡的预测 与 情况更为 。图8地震滑坡照片Fig. 3 Photos of lapCsPbes triggered by the earthquake
：吒二滑坡发生位置
坡度
■ 0-5■ 5-1010-1515-2020-2525-3030-3535-4040-45■ 45-50■ 50-55■ 55-90图9 RED-ACT 系统的滑坡预测结果
Fig. 5 LandsPUe prediction respli by
RED-ACT
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