7月12日唐山5.1级地震 RED-ACT破坏力分析结果与实际震害对比
致谢和声明：
感谢中国地震台网中心为本研究提供数据支持。本分析仅供科研使用，具体灾情和灾损分析应根据现场调查情况确定。
一、地震情况简介
据中国地震台网正式测定，7月12日6时38分在河北唐山市古冶区发生5.1级地震，震源深度10千米，震中位于北纬39.78度，东经118.44度。RED-ACT系统在当日7点50分完成了本次地震的破坏力分析，如图1所示。
图1 地震后RED-ACT发布的破坏力分析报告
二、实际建筑震害情况
据唐山市应急管理局报告[1]，震中及周边地区300平方公里范围内无人员伤亡，个别老旧房屋有轻微裂缝，群众生产生活秩序稳定。据津云新闻报道[2]，震中唐山市古冶区当地楼房基本无碍，部分平房出现了墙面开裂、院墙倒塌的情况，如图2(a)所示。据中国地震台网速报微博发布[3]，震中附近出现墙体开裂，墙砖脱落，物品掉落的现象，如图2(b)和图2(c)所示。
(a) 墙面开裂 (b) 墙砖脱落 (c) 物品掉落
图2 灾区震害情况
此外，据河北省地震局7月14日晚的正式报告[4]，根据实地调查，本次地震最高烈度为5度，总面积约为437平方千米，如图3所示。地震烈度为5度具体指：门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落，个别房屋墙体抹灰出现细微裂缝，悬挂物大幅度晃动，不稳定器物摇摆。
图3 20200712唐山5.1级地震烈度分布图
本次地震的震级5.1级虽然达到了经验里“破坏性地震一般大于5级”的标准，但是实际上基本没有造成建筑结构的破坏，只造成了轻微的非结构构件破坏和经济损失。因此，通过震级大小来估计地震损失，其准确性有较大的不确定性。然而，地震刚刚发生时，由于情况不明还是引起了一定范围的慌张，网络上甚至出现了道路破坏严重的谣言[5]，亟需一些手段来进行快速准确的震害评估。实地调查的方式虽然准确，但是耗时较久，即使本次地震造成的破坏很小，实地调查也花费了两天多的时间。下面介绍的两种震损评估方法都能够在震后较短时间（一两个小时）内，给出可供参考的信息。
(1) 仪器烈度和PGA
强震观测利用仪器来观测地震时强地面运动记录，能为震害的分析与评估提供定量的数据。由于地震记录是一个随着时间不断变化结果，所以，目前大多采用地震记录的峰值来表征一个地震的强弱。比如，现在地震记录中最常用的峰值就是峰值加速度PGA或者峰值速度PGV。我国也给出了根据峰值数据确定仪器烈度的方法。
图4为中国地震台网中心在震后快速自动生成的仪器烈度图。其中，最高仪器烈度为6.1度，其余台站均低于6度。表1给出了4个典型台站的仪器烈度和三向PGA，图5给出了对应台站的反应谱，台站的大致位置标注于图3中。典型台站的仪器烈度均接近6度，说明本次地震会对这些台站周围的建筑造成一定破坏。对比图3和图4可以发现，5度区内的台站仪器烈度基本上都在5.5度以上，说明仪器烈度能够为震害评估提供合理参考。
图4 仪器烈度图
表1 仪器烈度与三向PGA
(a) HEB0063
(b) HEB0062
(c) HEB0091
(d) HEB0005
图5 典型台站反应谱
所以，通过震级大小来估计地震损失，其准确性有较大的不确定性。在具备了密集台网监测条件的今天，其局限性已经越来越明显。随着传感器价格的下降和通讯技术的提升，发展基于密集强震台网的震害评估手段显然是未来的发展趋势。
(2) RED-ACT系统
实测的仪器烈度虽然比通过震级来估算地面运动强度进步了不少，但是它毕竟把一个复杂的地面运动过程简化成了一个峰值。因此，在某些情况下峰值可能就不能很好的反映世界的真实情况。而弹塑性时程分析把完整的时程记录输入到对象结构中，可以更好的考虑地震动的时域、频域各特性以及建筑的抗震能力。
利用密布强震台网在震后获取的实时地震动信息，再结合城市抗震弹塑性分析，就可以得到地震发生后不同地点的建筑破坏情况。本次地震RED-ACT给出的分析结果为：震中附近台站的震损主要是“轻微破坏”或“完好”，只有一个台站出现“中等破坏”，较远处台站主要是“完好”，如图6所示。
图6 RED-ACT破坏力分布图
除了区域的破坏力分布之外，RED-ACT系统还能给出典型单体的破坏情况。将位于5度区的HEB0063台站和HEB0062台站的实测地震动输入如图7所示的单层未设防砌体结构中，得到的破坏状态分别是“中度破坏”和“轻微破坏”，严重程度明显不同。而两个台站的仪器烈度分别是6.1度和5.9度，相差很小。图7这样的单层未设防砌体结构是我国农村常见的结构类型，采用RED-ACT能够比仪器烈度更好地区分震害的严重程度。
图7 单层三开间农村住宅砖木结构振动台试验
三、实际加速度感受情况
根据河北省地震局微博发布的消息[6]，本次地震造成河北唐山市中心震感强烈，天津、河北承德各县区震感明显，北京，河北廊坊、沧州，内蒙古赤峰、锡林郭勒盟、乌兰察布与河北临近地区，辽宁葫芦岛等地有震感。根据以上信息绘制了图8，图中红点为震中，紫点为有震感地区的大体位置。
图8 有震感地区的大体位置示意微博[7]下面的网友评论显示，唐山、天津、北京、秦皇岛等地均有震感，多人表示被震醒，如图9所示。
图9 微博网友描述的震感
对于加速度感受，RED-ACT同样可以在较短时间内给出评估结果。RED-ACT对震中附近人员给出的加速度感受评估为“无法忍受”或“非常不适”，对较远处给出的评估为“不适”，如图10所示。该结果与网上反馈信息较为相符。
图10 RED-ACT人员加速度感受分布图
唐山古冶区5.1级地震RED-ACT完整分析报告链接：
https://mp.weixin.qq.com/s/w1Gn5Mg3ru5Ng3NUqmPKEw
参考文献
[1] 唐山市应急管理局. 唐山地震应急响应级别Ⅲ级调整为Ⅳ级. 链接：http://yjglj.tangshan.gov.cn/anjianju/ajjtongzhigonggao/20200714/942101.html
[2] 津云新闻. 唐山古冶区震中居民：不惑之年遇到的最大震感 楼房无碍平房部分受损. 链接：http://www.tjyun.com/system/2020/07/12/050278047.shtml
[3] 中国地震台网速报微博. 链接：https://weibo.com/ceic?refer_flag=1001030103_
[4] 河北省地震局. 河北唐山古冶5.1级地震烈度图. 链接：http://www.hbdzj.gov.cn/hbdzj/webpage/view.jsp?id=2020071419093762906623
[5] 唐山市应急管理局. 辟谣！唐山市建设路有裂缝！假的！链接：http://yjglj.tangshan.gov.cn/anjianju/ajjtongzhigonggao/20200712/941541.html
[6] 河北省地震局微博. 链接：https://weibo.com/u/3084769675
[7] 微博. 链接：https://weibo.com/rmrb
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RED-ACT的科学原理
程庆乐
费一凡
陈星雨
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