地震中建筑存亡的关键：地下条件与结构设计
2026 年 10 月 20 日
来源：NGI 挪威地质技术研究所
2026 年 6 月 24 日，委内瑞拉发生双重地震，震感从亚拉奎州（Yaracuy）波及至首都加拉加斯。尽管主震震级高达 7.2 级，但造成的破坏分布极不均匀：部分高层建筑在富含沉积物的区域倒塌，而其他区域的建筑则幸存下来。
针对这一现象，挪威地质技术研究所（NGI）的首席工程师兼地震专家布莱恩·卡尔顿（Brian Carlton）及其同事指出，地震震级仅解释了灾害的一半原因。建筑物的命运往往取决于其下方的土壤性质以及结构是否针对该特定地面条件进行了设计。相关研究成果已发表于《地球技术与地球环境工程学杂志》。
卡尔顿强调：“决定建筑生死的是土地震动的强度、土壤构成以及结构的建造方式。”两位专家均表示，他们的研究旨在阐述地震破坏的一般机制，并未具体诊断加拉加斯某栋特定建筑倒塌的原因。近期秘鲁、哥伦比亚和印度尼西亚的地震也印证了这些普遍规律。
共振效应：当土壤周期与建筑节奏匹配
导致建筑物在地震中受损的主要地质力学机制之一是“共振”。加拉加斯位于一个深盆地之上，覆盖着厚厚的软沉积物。当地震波从坚硬的基岩传入柔软的地表时，震动会被放大。
地面和建筑物都有各自的自然振动周期。通常，高层建筑的摆动周期比低层建筑更长。如果土壤的自然周期与建筑物的周期相匹配，两者会产生相互加强作用，导致震动幅度加倍。
约翰森（Johansen）用日常生活中的例子进行类比：“想象一下推秋千。如果你按照秋千本身的节奏推动，每一次推力都会在前一次的基础上叠加，即使力量不大，振幅也会越来越大。”这种机制解释了为何破坏往往集中在土壤最深、最软的地区。
卡尔顿引用了两个经过深入研究的先例：1967 年的加拉加斯地震和 1985 年的墨西哥城地震，均表现出类似的共振破坏效果。“我们的防御手段是知识，”卡尔顿说，“工程师可以通过设计使新建筑的周期不同于下方土壤的周期，或者通过地基改良使土壤更坚硬。根据欧洲规范等工程设计标准，建筑必须足够坚固以吸收更重的振动。”
土壤液化与断层破裂：另两大致命威胁
另一个导致建筑倒塌的主要机制是土壤液化。在松散、饱和的沙质土壤中，剧烈震动会导致沙粒间的水压升高，直至沙子完全失去承载能力，表现得像高密度液体。此时，建筑物顶部可能下沉、倾斜或倒塌；在斜坡或沿海地区，液化层可能发生侧向滑动，撕裂基础和地下管道，甚至形成地面塌陷坑。
第三种危险来自断层破裂，这可能导致地面移动数米，几乎没有任何结构能在这种位移中幸存。不过，工程师已有应对方案。卡尔顿以加利福尼亚大学伯克利分校的纪念体育场为例：该体育场建在已知断层上，经过改造后，被设计为多个独立部分，允许各部分相互滑动而不致撕裂。
人为因素：规范执行与历史遗留问题
现代工程技术已足以设计出承受巨大地震的建筑。例如，在 2011 年东北地震中，东京的摩天大楼虽然因震动频率接近高层建筑固有频率而持续摇晃数分钟，但最终得以幸存。然而，当建筑物倒塌时，原因往往是人为失误而非自然不可抗力。
“几乎所有国家都有足够的建筑规范。问题在于设计和施工过程中往往未严格执行，”卡尔顿指出。规范不一致的原因包括合规成本高、监管不到位以及旧建筑建于现行规则实施之前。意大利在 1908 年墨西拿地震后发布了世界上第一部抗震设计规范，日本则在 1923 年关东大地震后的次年通过了首部国家抗震法规。
2010 年海地地震中的大量伤亡便与此有关，许多建筑未达到类似日本或美国的标准。只有对特定地点的详细调查才能确定具体违规情况。
距离与深度：震级的局限性
评估地震风险时，不能仅看震级。约翰森建议将地震能量释放比作炸弹爆炸：“震级就像炸弹的大小，但这枚炸弹可能在 1 公里外，也可能在 1000 公里外。”对于结构而言，真正重要的是它实际经历的震动强度，这取决于距震源的距离和震动大小。
震源深度同样关键。直接发生在城市下方的浅源地震，其地表震动强度远高于同等震级的深源地震。例如，今年七月秘鲁胡安卡约附近发生的 5.5 级浅源地震摧毁了数百所房屋，而某些更大震级的远场地震可能对同一地点影响较小。
只要设计得当，建筑物可以在最强烈的震动中幸存。虽然内部人员会经历剧烈的摇晃，但这通常是安全的。此外，固定家具也是保障室内安全的重要措施。
上述地质原理并非新发现。早在 19 世纪印度的一次地震中，人们就观察到岩石地基上的房屋幸存，而软土地基上的房屋倒塌。卡尔顿总结道：“甚至在 200 年前，人类就已认识到土壤的重要性。尽管如此，工程领域仍有未知之处，这也是研究持续进行的原因。”
参考文献：Brian Carlton et al., Assessing the impact of overburden pressure on soil liquefaction: Insights from cyclic testing data, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering (2026). DOI: 10.1061/jggefk.gteng-14057
