自1994年北嶺地震后，美國(guó)加州已經(jīng)有25年沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)大地震的考驗(yàn)了。所以這次Ridgecrest 7.1級(jí)地震是一個(gè)非常重要的案例，這兩天我們課題組也一直在密切跟蹤分析本次地震的情況。先把一些初步結(jié)果向大家匯報(bào)一下：
1. 災(zāi)情簡(jiǎn)報(bào)及分析
這次加州地震震級(jí)達(dá)到了7.1級(jí)，震源深度只有17km。且震中距離2萬(wàn)多人口的Ridgecrest市只有十幾公里（圖1）。從常識(shí)來(lái)說(shuō)，這次地震導(dǎo)致嚴(yán)重后果的可能性是很高的。
圖1 震中位置和Ridgecrest市
（圖片來(lái)源谷歌地圖）
所以昨天中午收到加州發(fā)生7.1級(jí)地震的消息時(shí)，我的心情是緊張且焦慮的。于是，我們一邊立刻啟動(dòng)RED-ACT評(píng)估系統(tǒng)開(kāi)始分析災(zāi)情，一邊密切關(guān)注美方的最新消息。
然而，一天多過(guò)去了，根據(jù)美方報(bào)道，到目前為止，尚未有人員在此次地震中遇難，建筑破壞的案例也很少（圖2）。
(a) 煙囪破壞（圖片來(lái)源CBS）
(b) 一些臨時(shí)結(jié)構(gòu)破壞（圖片來(lái)源https://twitter.com/EytanWallace/status/1147586418249629697）
圖2 7月5日Ridgecrest 7.1級(jí)地震造成的一些工程破壞
考慮到2018年11月30日阿拉斯加7.0級(jí)地震（震中距離阿拉斯加最大城市安克雷奇也只有十幾公里）也是零死亡。也就是說(shuō)，美國(guó)近期已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了兩次7級(jí)以上地震零死亡，我們應(yīng)該客觀承認(rèn)美國(guó)地震工程界取得的重要成就。
當(dāng)然，我們一直在強(qiáng)調(diào)：地震的震級(jí)和地震引起的地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度之間是存在巨大不確定性的，簡(jiǎn)單從震級(jí)來(lái)分析工程破壞風(fēng)險(xiǎn)并不夠完善。近期美國(guó)兩次7級(jí)以上地震人員零死亡，確實(shí)很了不起。但是這里面既有美國(guó)搞好工程抗震，避免了建筑物倒塌的必然因素，也有一些偶然因素，即雖然這兩次地震的震級(jí)都很大，震源深度也不是很深，但是引起的地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度并沒(méi)有那么厲害。圖3所示是將兩次美國(guó)地震記錄到的震中附近最強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)，與2013蘆山7.0級(jí)地震和2014魯?shù)?.5級(jí)地震記錄到的最強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)的對(duì)比。
圖3 四次地震最強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)反應(yīng)譜對(duì)比
從圖3對(duì)比可以清晰看出，這兩次美國(guó)地震引起的地面運(yùn)動(dòng)反應(yīng)譜實(shí)際上并不是非常強(qiáng)烈，比魯?shù)榈卣疬€差不少。所以，簡(jiǎn)單從震級(jí)來(lái)判斷地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)而預(yù)估災(zāi)情，是存在巨大的不確定性的。
那讀者可能會(huì)問(wèn)，這幾個(gè)7級(jí)左右地震看著都差不多大，那會(huì)不會(huì)魯?shù)榈卣鹗莻€(gè)特例呢？再給大家一個(gè)例子，圖4給出了2016年日本熊本7.3級(jí)地震記錄到的最強(qiáng)反應(yīng)譜。從圖中不難看出，美國(guó)建筑這兩年算是通過(guò)了“中級(jí)”難度的考驗(yàn)，還沒(méi)有達(dá)到魯?shù)檫@種“高級(jí)”難度，更距離熊本這樣的“地獄”難度差得遠(yuǎn)。
圖4 魯?shù)?、阿拉斯加、Ridgecrest與熊本地震對(duì)比
進(jìn)一步，我們考察一下美國(guó)當(dāng)?shù)亟ㄖ拐鹪O(shè)防水平。圖5所示為美國(guó)當(dāng)?shù)?500年超越概率的罕遇地震（Maximum Considered Earthquake，MCE）對(duì)應(yīng)的反應(yīng)譜（對(duì)應(yīng)的PGA為0.582g）。
圖5 當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)MCE反應(yīng)譜與實(shí)測(cè)地面運(yùn)動(dòng)對(duì)比（C類場(chǎng)地）
從圖5不難看出，本次地震引起的地面運(yùn)動(dòng)并未超過(guò)當(dāng)?shù)卦O(shè)防罕遇地震水平，在0.5s以下的短周期段（也是當(dāng)?shù)貑螌幼≌闹饕芷诙危?，比罕遇地震反?yīng)譜還差不少。所以，對(duì)本次美國(guó)7.1級(jí)地震的分析，基本上可以給出以下的結(jié)論：
(1) 地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度未出現(xiàn)嚴(yán)重異常
(2) 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)合理
(3) 建筑質(zhì)量達(dá)到抗震標(biāo)準(zhǔn)要求
當(dāng)然，除了第一條是老天爺照顧以外，其他兩條反映出美國(guó)地震科研和工程界確實(shí)做得很不錯(cuò)。當(dāng)然，由于Ridgecrest市是一個(gè)二戰(zhàn)后興起的新興城鎮(zhèn)，沒(méi)有什么歷史建筑，所以建筑抗震能力基本有所保證。美國(guó)人自己也說(shuō)，如果這次地震發(fā)生在其他一些城市，那么結(jié)果可能就沒(méi)那么好了。
2 城市抗震彈塑性分析及RED-ACT的結(jié)果
我們基于城市抗震彈塑性分析研發(fā)的RED-ACT系統(tǒng)（Real-time Earthquake Damage Assessment using City-scale Time-history Analysis）的主要目的是為了滿足我國(guó)抗震救災(zāi)的應(yīng)急需求?？紤]到我國(guó)人口密集區(qū)地震頻率相對(duì)較低，強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)也還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。為了有更多的機(jī)會(huì)去檢驗(yàn)、改進(jìn)RED-ACT系統(tǒng)，我們也將其用于其他國(guó)家的震害分析。不過(guò)由于力量有限，RED-ACT的美國(guó)版本還很簡(jiǎn)陋。不過(guò)，即便是這樣一個(gè)簡(jiǎn)陋的RED-ACT系統(tǒng)，依然得到了一些有意思的結(jié)論。
北京時(shí)間7月6日上午11點(diǎn)20分，地震一發(fā)生我們就開(kāi)始準(zhǔn)備用RED-ACT做分析。但是，美方雖然在當(dāng)?shù)赜蟹浅Ｃ芗疫\(yùn)行良好的強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)，但強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)處理速度很慢。直到昨天晚上12點(diǎn)都沒(méi)有公布近場(chǎng)強(qiáng)震記錄數(shù)據(jù)。我們無(wú)奈之下只好去Caltech的網(wǎng)站上直接下載臺(tái)站的原始數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析（由于不了解臺(tái)站的具體信息，數(shù)據(jù)處理得比較粗糙）。終于在晚上10點(diǎn)30分給出了震中附近建筑破壞分析圖（圖6）?；究梢越o出結(jié)論：地面運(yùn)動(dòng)引起的建筑破壞最多到中度破壞水平。應(yīng)該沒(méi)什么大事。
圖6 RED-ACT在北京時(shí)間7月6日22:30給出的震中附近建筑破壞分析圖
（參閱：RED-ACT: 7月6日美國(guó)加州7.1級(jí)地震破壞力分析）
7月7日早上，美方終于正式公布了其近場(chǎng)臺(tái)站處理后的地面運(yùn)動(dòng)記錄。經(jīng)過(guò)濾波、糾偏等處理后，地震動(dòng)的破壞力又有所降低，RED-ACT分析得到的建筑破壞分析結(jié)果如圖7所示。實(shí)際上如果我們從一開(kāi)始就不依賴美方處理強(qiáng)震記錄而是直接從臺(tái)站獲取數(shù)據(jù)，我們可以在地震后馬上給出類似的震害分布結(jié)果。
圖7 RED-ACT在北京時(shí)間7月7日7:00給出的震中附近建筑破壞分析圖
這里又有兩個(gè)有趣的現(xiàn)象：
1：如果根據(jù)PGA做分析，則本次地震震中附近記錄到的最大PGA為0.569g，非常接近罕遇地震MCE的0.582g。也就是說(shuō)，這些建筑應(yīng)該算是經(jīng)歷了一次罕遇地震MCE的打擊，應(yīng)該破壞得比較嚴(yán)重了。
2：如果根據(jù)反應(yīng)譜做分析，圖5中實(shí)測(cè)地震的反應(yīng)譜和罕遇地震MCE的反應(yīng)譜也差不多，照理說(shuō)建筑也應(yīng)該遭到了比較大的破壞。
但是實(shí)際上由于當(dāng)?shù)亟ㄖ蟛糠譃閱螌咏ㄖ?，周期都比較短，恰好位于本次地震中設(shè)計(jì)地震作用和實(shí)際地震作用安全儲(chǔ)備最大的那個(gè)區(qū)間，所以RED-ACT評(píng)估建筑震害整體而言比較輕。這與美方目前報(bào)道的結(jié)果整體比較吻合。其關(guān)鍵原因是RED-ACT系統(tǒng)是基于實(shí)測(cè)地震記錄加抗震彈塑性時(shí)程分析的，可以充分考慮實(shí)際地震動(dòng)及實(shí)際建筑抗震能力的多方面因素。
當(dāng)然，現(xiàn)階段RED-ACT系統(tǒng)還只能分析地面運(yùn)動(dòng)加速度引起的建筑破壞，這次Ridgecrest地震還有很多地表變形開(kāi)裂等震害，導(dǎo)致了一些建筑的破壞，這個(gè)就是RED-ACT系統(tǒng)現(xiàn)在還處理不了的了。
需要說(shuō)明的是，基于實(shí)測(cè)地震動(dòng)和城市抗震彈塑性分析評(píng)估震害還是一個(gè)新生事物。由于我們課題組力量有限，所以在目標(biāo)區(qū)域建筑模型、地震動(dòng)的獲取和處理等方面很多工作還非常簡(jiǎn)陋，歡迎國(guó)內(nèi)外同行共同合作，研究發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)。
最后還想說(shuō)一句，什么時(shí)候我們能做到7級(jí)地震不死人，雖千難萬(wàn)難，亦無(wú)憾矣！
