關于抗震防災的若干思考＊

張敏政

（中國哈爾濱 150080 中國地震局工程力學研究所）

引言

我國的地震工程研究和抗震防災事業從無到有，已經走過了六十多年的歷程，取得了世人矚目的成就.當前，我國已經建立了包括地震監測、震災預防和應急救援在內的管理體系，培養了大批抗震科技人才，擁有了種類齊全的抗震試驗設備，編制并陸續修訂了涵蓋各個行業、各類工程結構的抗震技術標準；先進的抗震技術為中國建筑提供了抗震安全支撐.基于這些條件，我國城鎮的大多數建筑和基礎設施實施了抗震設計或抗震加固，富裕農村的民居、震后重建的災區、生態移民的新區已開始考慮抗震設防.近年來，設計合理、施工質量優良的各類建筑和構筑物經受了強烈地震的考驗（Zhang，Jin，2008），發揮了減輕地震災害損失的經濟與社會效能.回顧歷史，總結經驗，上述地震工程研究和抗震防災事業的發展與哲學和科學的思辨緊密相關.

哲學是關于自然知識和社會知識的概括和總結，是人類觀察和處理宇宙萬物的世界觀和方法論.辯證唯物主義哲學認為：客觀世界獨立于人類意識而存在，意識則是客觀世界在人類頭腦中的反映，宇宙間先有物質而后有意識.客觀存在的物質是永恒運動和變化的，其運動變化遵循對立統一規律、量變到質變的規律和否定之否定規律，這些規律貫穿于事物發展的原因與結果、必然與偶然、可能與現實、現象與本質、內容與形式等各個范疇.

科學有別于哲學，是分門別類地探索自然界、人類社會和思維的本質及其發展規律而建構的具體的知識體系.當前，人們對科學內涵和外延的理解似乎并不完全一致，但科學的客觀真理性和可驗證性被廣泛認同.客觀真理性被理解為一切科學真理可在特定條件下成立，但世間只存在相對真理而非絕對真理，人類對科學真理的探索是無窮無盡的；科學理論的驗證可以采用基于邏輯歸納的證實方法或基于邏輯推演的證偽方法，證實和證偽是對立統一的矛盾雙方，證偽方法采用的反向思維或多向思維可能會更有力地推動科學發展.

然而，涉及科學的可預測性和全面系統性（也包括科學理論應能以確定的數學模型表述），則存在較大爭議.當天文學家運用牛頓萬有引力定律推測了海王星的存在和運行軌道而后又被天文觀測所證實時，當拉普拉斯斷言“存在一組科學定律，只要我們知道宇宙在某一時刻的狀態，便能據此預言宇宙中發生的任一事件甚至包括人類的行為”時，當普朗克初創量子學說，認為只要能精確測量粒子的當前狀態，便可預言此后粒子的位置和速度時，不少人對科學理論能確定地以量化形式預測未來信心滿滿.然而，此后愛因斯坦創立相對論，指出牛頓定律只適用于描述和預測慢速運行的宏觀世界.海森堡在量子力學研究中提出，由于不能同時確定微觀世界中粒子的具體位置和速度，故只能預測粒子運動的可能發生的一組結果并估計每種結果發生的概率（即“測不準原理”或“不確定性原理”）.海森堡的粒子概率運動方程后被試驗證實，但愛因斯坦不滿意這種概率表述，言“上帝不擲骰子”.可是，上帝的存在既不能被證實，也不能被證偽，有關上帝的命題超出了科學的范疇.

長期以來，多數人習慣于在相對穩定的條件下觀測和描述那些均勻的、確定的、線性的、連續的、重復的、有序的事物運行規律，而對那些不均勻的、隨機的、非線性的、間斷的、突發的、無序的現象感到困惑.目前，針對上述復雜多變的運動形態，研究者提出了隨機理論、模糊理論、混沌理論和灰色理論等對其進行解釋和分析.隨機理論面對的是在基本相同的條件下反復發生但不可預測的同類現象，人們可以預見這類現象的各種形態，但不能建立起某一具體原因與具體結果之間的確定數學關系，只能通過統計方法用概率把握其總體特征.模糊理論面對的是外延界限不明確乃至內涵矛盾交叉的現象，這一理論發展了經典數學中確定性集合的概念，用模糊集合及隸屬度函數描述這類復雜現象，糾正了一些人秉承的“非此即彼”的確定性思維.混沌理論面對的是復雜的確定的非線性體系，認為這一體系初始條件的微小差異或系統運行中外部環境的些許變化可能導致大相徑庭的難以預測的后果.灰色理論面對的是因信息缺乏、數據稀少導致的內涵不確切的事物，相對于信息充分的“白系統”和信息未知的“黑系統”提出了“灰系統”的建模、分析、預測和控制方法.辯證唯物主義哲學和現代科學的理論方法對地震工程研究和抗震防災管理均有舉足輕重的作用.

實踐是檢驗真理的唯一標準.眾所周知，地震工程研究的基本科學實踐包括現場震害考察、強震觀測、材料和結構的抗震性能試驗以及地震動力效應的數值模擬.在上述科學實踐中，我們取得了重要的成果，同時也面臨新的挑戰.

我國地震現場考察的規模、深度、廣度和取得的成果，堪居世界前列.例如，在1975年海城MS7.3地震和1976年唐山MS7.8地震的考察中，總結得出了圈梁和構造柱可以減輕砌體結構倒塌危險的認識，這一認識被列入抗震規范并用于抗震設計和抗震加固沿用至今，取得了預期的效果.我國現行抗震技術標準規定的結構抗震構造措施大多源自現場考察得到的經驗總結，但是，當前地震現場科考面臨的新問題和新機遇也應引起重視.一方面，隨著科學技術的迅速進展，衛星圖像、衛星定位、無人機、新型傳感器和人工智能軟件等為地震現場科考提供了更為便捷有效的資料獲取手段；另一方面，現有土木工程結構類型和用途的多樣化、結構的復雜化，也給震害現象的分析帶來更多復雜因素.

我國已經建成了規?？捎^的包括強震觀測臺網和各類專項臺陣在內的強震觀測技術系統，建成了強震資料處理中心和數據庫（周雍年，2011）.長期以來，全球范圍內已經積累了數萬條強震加速度時程記錄，就不同場地分類、近震和遠震對強地震動時頻特征的統計分析而言，這些記錄已基本滿足了工程應用的需求.然而，我們得到的所謂三個不同方向的平動地震動，實際上都包含了部分扭轉地震動的效應，而真實扭轉地震動的觀測和研究始終未取得突破性進展.強地震動加速度時程的極端復雜性，常使我們懷疑模擬或預測真實準確的強地震動時程的研究前景.

我國相關科研機構和高等院校建成了技術先進、種類齊全的各類抗震試驗設施，包括地震模擬振動臺和臺陣、地震擬動力試驗設施以及離心機振動臺等土動力試驗裝置.相關實驗室進行了大量關于巖土介質、建筑材料、結構元件、結構體系的動力特性和抗震性能試驗，極大地推動了地震工程研究和抗震工程建設（張敏政，2015）.然而，大量試驗是在簡化的加載環境下進行的，試驗結果往往是定性的或有應用限制的.在涉及土-結相互作用體系的情況下，我們尚無法論證輻射阻尼模擬的真實性；對于縮尺模型試驗，我們尚未掌握模擬多種材料及其非線性特性的動力試驗相似律.

應當看到，在我國自力更生、自主創新，同時大量借鑒國際先進成果、推進地震工程研究和應用的進程中，并不總是一帆風順地行進在成功的道路上.例如，由美國學者最先倡導并由日本工程界最先試行的土木工程的主動抗震控制，曾經也是我國地震工程研究的前沿領域，但最終并未取得預期的效果而被實際工程所放棄.再者，美國最早提出的關于地震工程聯網試驗的創意，也曾是我國的研究熱點，然而，技術上的成功并未產生實際的效益.科學探索永遠伴隨著挫折、彎路乃至失敗.

本文試圖利用哲學和科學的思辨討論有關地震烈度、地震危險性分析、抗震設防和結構地震反應分析等相關問題，并冒昧揣測地震工程研究和抗震防災事業的發展和未來前景.

1 地震烈度

地震烈度概念的提出已經有兩百多年的歷史了，各國曾編制過數十個版本的烈度表評估震后不同地點的宏觀地震烈度.在我國，長期以來這一概念在描述震害和地震作用、采取抗震防災對策中發揮了重要作用，例如：利用地震烈度評估震情或災情的嚴重程度（繪制烈度等震線圖），表述不同地區地震危險性的強弱（編制烈度區劃圖），評估設防烈度進行抗震設計，推斷古地震的震中和震級乃至利用烈度衰減關系換算地震動衰減（Hu，Zhang，1983）等.可以說，我國對地震烈度的利用幾乎達到“敲骨吸髓”的程度.

烈度表規定，宏觀地震烈度需依據人的感覺、室內器物的振動、一般建筑的損壞程度和地震地質災害進行評定；對于造成災害的地震，烈度Ⅵ—Ⅹ主要依據建筑震害評定，烈度Ⅺ—Ⅻ則依據地震斷層出露和地形地貌的重大變化評定.在長期的烈度評定實踐中，烈度表的應用也存在若干問題，具體包括評估者經驗的主觀性、評估指標的模糊性、局部地域震害的平均性和多指標評估結果的矛盾性等.同時，烈度的含義也未能取得一致的認識.例如：“日本學者河角廣認為地震烈度是人感覺到的某個地點的地震強度，我國地震學家李善邦認為地震烈度是某個地點受地震動影響的強弱程度，美國地震學家里克特和蘇聯地球物理學家麥德維杰夫認為地震烈度描述了某一地點的地震動強度，美國地震工程學家紐馬克定義地震烈度是地方性的地震破壞程度，我國地震工程學家劉恢先定義地震烈度是某一地點地震動的平均強弱程度，美國學者斯坦伯魯格則認為地震烈度是地震影響的隨意尺度”（劉恢先，1994）.產生上述不一致認識的根源在于，宏觀地震烈度將地震動與其引起的后果混為一談，并非嚴格的科學概念，不具備科學概念所應具有的簡明確切的內涵和外延.

早在二十世紀七十年代劉恢先先生與胡聿賢先生曾就地震烈度問題進行過學術爭鳴.劉先生認為，地震烈度在地震工程中有廣泛應用故不能被簡單舍棄，關鍵在于建立能反映地震作用的、可用儀器測量的烈度定量標準.胡先生則認為，用烈度表示地震動強弱是困難的，將其用于抗震設計是不適當的.與此同時，胡聿賢先生和劉恢先先生在通海地震的現場考察中，一致贊同使用“震害系數”描述建筑的破壞程度（胡聿賢，1988）.此后，一系列研究表明，宏觀地震烈度與地震動諸參數間雖具有不同程度的相關性，但并不存在明確的函數關系或統計規律.胡聿賢先生主編了我國地震動參數區劃圖（國家質量技術監督局，2001），使不依賴烈度進行抗震設計成為現實.

近年來，地震工程學界提出了“儀器烈度”的概念，儀器烈度是基于強地震動觀測數據經計算確定的，不再依賴于調查者的現場判斷；繼而，可記錄強地震動并將其換算為儀器烈度的“烈度計”問世.盡管各國計算儀器烈度的方法有所不同，但其計算結果的數值范圍與宏觀烈度的判定結果大體相近.然而，儀器烈度是地震動的度量，這是與宏觀烈度在本質上的區別.

至此，從理論上我們已經明確了宏觀地震烈度并非嚴格的科學概念，從技術上業已開發了可綜合描述地震動強弱的烈度計，且提出了能更較細密地描述單體或群體建筑破壞程度的震害指數.今后，似可以地震動參數等震線圖、儀器烈度等震線圖或震害指數等值線圖取代傳統的地震烈度等震線圖向社會公眾提供地震震情與災情.至于斷層出露、大型滑坡與巖崩、嚴重的地基液化和堰塞湖等地震地質災害則可更直接地、詳盡地通過填圖方式表述，將其與地震動強弱或建筑破壞現象相區分.近年來，在地震工程研究中長期處于領先地位的經濟發達國家，早已停止修訂地震烈度表，也不再經現場調查繪制烈度等震線圖，傳統的地震烈度概念已被排除于地震工程研究和抗震設計之外.

“舊者不去，新者不來”符合哲學中事物發展的“揚棄”概念，也是科學進步的必然規律.希望地震烈度判別和烈度等震線圖的繪制不再是震害現場工作繁瑣的一環.

2 地震危險性分析

地震危險性分析是對某一地點或某個區域未來可能發生的地震動強度（或地震烈度）的估計，是實施抗震設防應予回答的基本問題之一.在地震工程的發展進程中，此類分析經歷了確定性方法、統計方法和概率方法的演變.蘇聯和我國曾用確定性方法估計未來各地可能發生的最大地震烈度（胡聿賢，1988）；日本學者曾依據各地歷史地震的震度資料進行統計分析，得出未來100年和75年內預期發生的最大地震動加速度的估計（岡本舜三，1978）.1968年，美國學者康奈爾提出了實施概率地震危險性分析的基本架構（Cornell，1968），這一方法此后被多數國家和地區采用，成為確定設防地震動參數的基本途徑.

在我國，概率地震危險性分析的結果常被誤解或質疑，其原因之一是地震發生后實際獲得的地震動參數或地震烈度與區劃結果不符，這顯然是質疑者不了解概率分析結果并不能提供特定事件發生的確定性估計；何況，對未來地震動的概率預測或確定性預測都不可能是準確的.當然，對概率地震危險性分析方法的科學性和適用性進行思考并非無益.

實施概率地震危險性分析首先要劃定覆蓋地震斷裂帶的潛在震源區.依據現有的歷史地震資料和地學研究成果，科研人員就此提出了兩個基本命題：其一，曾經發生過地震的地區，同樣強度的地震還可能重演；其二，地質條件相同的地區，地震活動亦可能相同.顯然，這兩個命題都具有符合邏輯推理的一面，但其科學性并未獲得充分驗證.再者，概率分析方法還要設定各潛在震源可能發生的最大地震震級（即震級上限），其依據主要來自相關地區的歷史地震資料.然而，人類發明地震儀并用以測定地震震級至今不過百余年，盡管根據歷史文獻中關于地震破壞的文字描述可以近似推斷歷史地震的震級，但即使在地震史料最為豐富的我國，可勉強估計震級的近代地震最早也只能追溯至三千年前，三千年只不過是地殼劇烈活動的晚更新世地質歷史長河中的短暫一刻.何況，我們實際可用的較為豐富的歷史地震資料最多不過距今五百年，基于這一數據集得出未來五百年一遇乃至數千年一遇的地震動估計顯然令人生疑.因此，在當代破壞性大地震（如唐山地震、汶川地震）發生之后，往往要對地震區劃圖進行局部修訂也就不足為奇了.

類似的問題還包括：根據歷史地震資料等得出的“震級-頻度曲線”及其各震級地震的年平均發生率值得懷疑；確定地震區帶內地震活動的空間分布函數是一項十分復雜的工作，涉及眾多不確定性和人們的先驗判斷；地震發生的時間模型被視為隨機過程，但并無哪種隨機過程數學模型可以較完善地描述潛在震源區的地震活動性并被驗證.至于從震源推演場地地震動時采用的地震動衰減規律的偏差，與前述各種不確定性相比只能是“小巫見大巫”.

總而言之，相較于確定方法和統計方法，概率地震危險性分析方法提出了更為全面的、系統的、合乎邏輯的分析框架，其分析結果也大致符合人類對各區域當代地震活動差異的經驗認識和宏觀判斷；分析得出的一組包含概率意義的地震動參數估計結果，在理論上為采用具有某個超越概率的地震動參數作為設防地震動提供了決策靈活性.然而，就目前實際達到的抗震防災實際效果著眼，概率方法與確定性方法、統計方法所得結果并無實質性差異.在可以預見的未來，地震危險性分析結果不可能被驗證；更確定地、準確地預估未來地震動參數的理想距我們仍十分遙遠.

3 抗震設防標準

一般而言，抗震設防標準是關于單體工程結構、各類設施體系和城市在設防地震作用下所應保持的某種安全狀態的規定，例如我國對一般房屋建筑所規定的“小震不壞、中震可修、大震不倒”，其中“中震”為基本設防地震.顯然，制定抗震設防標準是實施防震減災的關鍵環節，可謂減輕地震災害的頂層設計.

如何選擇設防地震動（或設防烈度）的水準是確定設防標準的首要問題.在地震工程創立之初，日本根據地震記錄估計強烈地震導致的地面地震動加速度可達0.30g；然而，使用這一加速度進行抗震設計超出了當時的技術和經濟能力，故在早期利用靜力法進行抗震設計時，日本采用的震度系數僅為0.1，即作用于結構上的水平加速度為0.1g.同期，美國、意大利在建筑法令的抗側力設計（即抗震設計）中規定，作用于結構的加速度數值也為0.1g左右.此后，隨著經濟和社會的發展，日本的設計震度提高至0.2乃至更高，美國的設計地面地震動加速度則區分不同區域規定為0.05g—0.4g.新中國成立之初，為考慮抗震設防編制了地震烈度區劃圖，編圖結果表明各地可能發生的最大地震烈度多為Ⅷ或Ⅷ以上，據此進行抗震設計顯然大大超出了當時的國力，故此區劃圖只能被擱置，采用低烈度地區不考慮抗震、高烈度地震不開發建設的對策；此后，又對298座城市規定了低于最大地震烈度的基本烈度，但抗震設防實際上只限于大城市、大水壩、大電站和大型交通樞紐；改革開放之后，隨著國民經濟的迅速發展和大規?；A設施的建設，原來不設防的基本烈度Ⅵ度區逐步納入抗震設防范圍，并區別建筑重要性規定了不同的設防標準，提高了弱勢群體駐留建筑（如幼兒園、中小學和醫院）和人員密集建筑的設防要求；至2010年，建筑抗震管理部門申明按照基本烈度進行抗震設計是抗震設防的最低要求.

根據概率地震危險性分析結果，世界多數國家和地區采用未來50年內超越概率為10%的地震動作為設防基本地震動，相應地震動加速度的取值多為0.05g—0.4g；我國對應的設防烈度為Ⅵ—Ⅸ.取如上設防地震動水準本質上是基于經驗判斷的風險決策，即：現有強震觀測資料表明災害性地震引起的絕大多數地震動加速度均處于上述范圍內，采用上述地震動水準進行抗震設計在目前具有技術與經濟可行性，所造成的地震災害損失是社會可以承受的.至于理論上的“投資-效益準則”分析，面對結構破壞形態和破壞機理的復雜性、社會經濟的急劇變動和人員傷亡價值不能定量表述等困難，并未能得出可供參考的結果.

顯然，社會經濟技術發展水平是確定抗震設防標準的決定性因素.人類社會進入工業化階段后，科學技術和社會經濟的發展日新月異.目前，我國已消除絕對貧困，建成小康社會.隨著今后社會經濟的持續穩定發展，將我國不同地區的抗震設防基本地震動加速度提高至0.20g或以上（即基本烈度為Ⅷ或Ⅷ以上），達到目前日本的設防要求，則可望躋身抗震防災先進國家之列.

4 地震地質災害防御

工程結構的抗震安全性不僅取決于結構自身抗御地震慣性作用的能力，也取決于場地地基和周邊地質環境的穩定性.發震斷層出露地表、滑坡、巖崩及其造成的堰塞湖、地基飽和土液化和軟弱土沉降都曾經導致人工結構損壞、喪失使用功能、伴隨人員傷亡并造成重大災害.地震地質災害的防御一直是抗震防災的重要領域.

上述地震地質災害的載體是自然形成的巖土結構，相對于人工建造的結構，其力學特性和災變規律更難把握.目前，依據震害經驗和室內外土樣抗震試驗，人們對于地基抗震承載力的估計已有若干經驗方法，且在實踐中總結了各類行之有效的抗震措施，如加密、排水、灌漿、人工地基置換等.我國是國際上最早獨立開發砂土液化經驗判別公式的國家之一，之后在粉土液化、砂礫土液化方面也持續取得進展.然而，涉及滑坡、巖崩的抗震處置方法，目前的研究成果并不令人滿意.面對巨大的滑坡體和陡峭巖壁，目前尚缺乏經濟、簡單、有效的分析、預測和處置方法.

M7以上大地震的現場震災調查表明，發震斷層出露地表，有時可形成垂直斷錯達數米、水平擴展數十米的地表破裂帶，這種地形變化是任何工程結構都難以抗御的，因此，研究人員合乎邏輯地提出了斷層避讓的設想.在我國抗震設計規范及城市抗震防災規劃標準中，已經規定了斷層避讓的要求.例如，建筑抗震設計規范（中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2010）規定：高烈度區重要建筑的避讓距離為100—400 m；城市抗震防災規劃（馬東輝等，2008）規定：當地面斷裂位置可以明確確定時，避讓距離取35—50 m以上；當無法明確確定地面斷裂位置時，避讓距離取200—500 m以上.但是，這些規定的具體實施面臨難以克服的困難.其根源在于，不論在單體建筑選址或城市基礎設施規劃的編制中，避讓斷層的前提是能夠確定幾何尺寸量級精確到米的避讓基準線，這是對地震地質工作巨大的挑戰.在特殊情況下，例如，在剛剛發生過地震的現場，斷層地表破裂跡線的位置是較為明確的，然而，我們并不能確定，在原地再次發生大地震且地表破裂跡線仍然不變的可能性有多大，這恐怕是概率極低的現象.在長期未發生地震的地區，無論有無歷史地震地表斷裂的遺跡，確定近地表的斷層破裂跡線位置所需的工程地質勘察技術手段相當有限且耗資巨大；何況，同樣不能論證這些破裂跡線會在未來地震中重現.嚴格地講，我們目前并不具備估計未來大地震發生時深大地殼斷裂擴展、穿越覆蓋層到達地表的相對準確位置的能力.

綜上所述，我們有理由懷疑實施斷層避讓的技術可行性和減小地震損失的效益.提高抗震設計的地震動水準，在付出一定的經濟代價之后，不論未來是否發生地震，均能提高人工結構的安全耐久性.但近乎盲目的斷層避讓，未必能取得抗震效益，反而會提高建設投資乃至對城市建設或改造形成干擾.因此，發震斷層探測問題可以進行研究，但不宜急于將斷層避讓用于工程建設.

5 結構地震反應分析

結構自身的地震反應分析以及考慮土-結相互作用體系的地震反應分析，是目前進行工程抗震設計和結構易損性分析的重要途徑.地震反應分析方法從擬靜力方法、振型反應譜疊加方法、彈性時程分析法、彈塑性時程分析法到等效線性分析方法乃至近年應用的結合能力譜的靜力彈塑性分析（Pushover）方法等，經歷了由簡單到復雜、再化復雜為簡單的反復探索，其中，非線性地震反應動力時程分析始終備受關注.

計算機技術的發展和普遍應用，加之以有限元方法為代表的各種離散算法的迅速發展，為非線性地震反應時程分析提供了技術支撐.目前，我國建筑抗震設計規范（中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2010）規定，高層建筑可進行大震作用下的彈塑性時程分析，并據此進行變形驗算.一些研究者也致力于采用精細有限元模型模擬復雜結構從彈性階段到倒塌的完整時間過程.在此情況下，人們似乎有必要思考兩個問題：其一，工程結構的抗震設計是否有必要進行此類分析？其二，此類分析得出的結果能否被驗證？

長期以來地震工程研究和經驗表明：為保障在設防地震作用下結構的安全性和使用功能以及在大震作用下的人身安全，只需進行設防地震作用下對應輕微或中等破壞狀態的弱非線性地震反應分析即可，無須模擬大震作用下結構的嚴重破壞乃至倒塌狀態.歐美等國至今大多只針對設防地震進行抗震分析和設計，并未提出進行大震作用下彈塑性地震反應時程分析的要求.另外，結構發生嚴重破壞乃至倒塌的模擬包含太多的困難，其計算結果也難以被工程設計直接采用.在地震作用下，建筑材料超過彈性狀態而開裂，繼而發生結構構件斷裂乃至結構局部的分崩離析，嚴重破壞的結構體系已成為發生了大變形的、含彈塑性連續體和剛性碎塊的組合物，顯然，其數值模型的建立和相應計算方法具有極大的不確定性.從理論上看，目前只有涉及結構破裂及擴展的不同假說，并沒有被廣泛認可的科學規律，關于阻尼耗能也沒有統一的理論模型；從實踐上看，在多向復雜應力狀態下，結構的破壞試驗仍難以實施，即使在簡單受力條件下，試件破壞性試驗結果也呈現很大的離散；現在采用的材料非線性本構模型均建立在假定的、較為簡單的受力條件下，難以究其精確度.上述困難不是在短時期內可以解決的，工程師們往往懷疑大震作用下結構彈塑性地震反應的計算結果，更傾向于相信彈性分析結果和依據經驗采用適當的抗震構造措施防止結構倒塌.

退一步講，即使上述問題的研究取得了進展，但在分析中如何采用材料強度和如何確認結構體系的初始應力狀態仍難以解決.通常，我們依據設計說明書采用材料的設計強度或極限強度，同時利用靜力分析確定體系的初始應力狀態，但是，這些先驗采用的數值肯定不會完全符合結構的真實狀態，實際結構往往存在隨機的材料強度“超強”和施工引起的應力集中.在結構進入強非線性階段后，上述差異將導致難以預測的破壞特征和倒塌形態.

結構地震反應分析中，我們通常采用剛性基底的假定將結構視為封閉體系，不考慮結構與外界的能量傳輸，這在堅硬地基條件下是適當且可行的.然而，面對相對軟弱的地基土，上述假定則難以成立.為解決這一問題，人們依據土-結相互作用的理念，就更大范圍的體系進行分析.這類方法可考慮上部結構與地基間的能量傳播（即輻射阻尼），顯然在理論上更合理.然而，土-結相互作用分析也帶來一系列新的問題，例如：自然形成的巖土地基的力學特性相對上部結構的人工材料具有更大的不確定性；如何在近乎無限延伸的巖土體中截取有限的計算范圍；如何考慮巖土計算域與邊界外的能量傳遞；大范圍計算域內地震動的非均一輸入問題等.基于理論分析和巖土地基的現場試驗或土樣試驗，研究者就上述問題進行了不懈的探索，但土-結相互作用體系數值分析結果的可靠性并未得到充分的定量驗證.

綜上所述，目前的結構抗震設計在很大程度上仍是基于經驗的方法，合理的概念設計和采取被實踐驗證的各種抗震措施具有舉足輕重的作用，數值模擬只是可以給出量化結果的輔助手段.現有的計算方法都有其適用范圍和不同程度的不確定性，我們不能超越現實、追求或肯定數值模擬結果的精確性.在強非線性事物的預測中，人類永遠不能達到獲得準確和確定結果的理想目標.

6 結語和展望

中國地震工程研究和防震減災事業在長期追趕世界發達國家最新研究成果的同時，秉承自力更生、獨立創新的精神，目前已經步入國際抗震防災科技發展的先進行列.

每個學科、每項事業都會經歷從迅速發展到逐步成熟的過程，而后則發生質變、躍入新的階段.當前，在美、日、歐等發達國家的地震工程研究已呈明顯停滯狀態的情勢下，地震工程向何處去？這值得我國抗震科技研究者和管理者認真思考.地震工程科技人員宜“有所為有所不為”，在新形勢下謀求新的發展.

1） 廣大農村和偏遠地區的抗震設防乃是防震減災事業的短板.面對我國“繼消滅絕對貧困之后振興農村”這一更為宏偉的歷史任務，有志的抗震科技人員可在更為廣闊的天地，利用已有的抗震科技成果，為新農村和偏遠地區的建設奉獻自己的知識和力量.

2） 地震地質災害的防御是地震工程研究的難點和短板，需要在地震地質災害監測、評估和預防措施的研究中爭取新的突破，提高工程結構抗御地質災害的能力，進一步減少地震損失和人員傷亡.

3） 地震工程是交叉邊緣科學，以往地震工程的研究成果曾受益于地學、建筑工程學、數理力學、計算機技術等學科的發展，今后，材料科學、電子信息、互聯網、人工智能等國家重點研究領域的進展必將在防震減災各環節獲得新的應用.

4） 在環境保護、節能減排、新能源建設等領域，地震工程知識能夠助以一臂之力.

將來，隨著材料科學的發展，更輕、更剛、更強、更韌、更廉價且宜加工的新型材料的出現將引起建筑行業的革命，屆時工程結構的抗震設計將大為簡化且抗震能力將大大增強.隨著新能源和新材料的出現，建造行駛于海上的城市、懸浮于空中的建筑恐怕并非科學幻想.在遙遠的未來，地球步入晚年，地殼活動將漸趨減弱，地震災害將淡出人類社會；當地球不適于居住時，人類將乘坐飛船漫游太空，迎來地震工程的終結.