【doc】山西应县木塔与历史地震

【doc】山西应县木塔与历史地震 山西应县木塔与历史地震 第1期(总第112期) . 2003年1月 山西地震 EARTHQUAKERESEARCHINSHANXI No.1 Jan. ? 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 抗震? 文章编号:1000—6265(2003)01—0034—06 山西应县木塔与历史地震 李大华,徐扬,郑鹄. (1.天津市地震局,天津300201;2.山西省地震局,山西太原030002; 3.山西省太原市地震局,山西太原030082) 摘要:山西应县木塔与历史地震的关系是制定修缮应县木塔 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 中的一个重要的问题.通过对历 史资料的详细研究,对应县木塔的建造时间,场地影响烈度,地震对木塔的影响以及历史上2次加 固的情况有了更清晰的认识.在此基础上,对未来的地震烈度给出了 最保守的估计,并结合木塔的 场地条件和木塔的结构,提出了对应县木塔抗震加固的具体建议. 关键词:抗震加固;历史地震;应县木塔 中圈分类号:P315.9文献标识码:A O引言 修缮山西应县木塔是目前国家文物保护部门当务 之急的任务之一,文物保护应以未来千年抵御强烈地 震为目标.然而,要预测未来的地震,应以历史地震研 究为基础.因此,应县木塔与历史地震的关系就成为制 定修缮方案中的一个十分重要的问题.尽管对这一关 系的研究尚有相当大的难度,但为了修缮好国宝,还是 应该尽力而为的.本文拟对这一问题进行一些探讨. 山西应县木塔与历史地震关系研究的时间尺度, 应从应县木塔修建时期到近代,而对应县木塔的初建 年代目前仍有争议.一般认为建于辽清宁二年(1056 年),最近又有新说,即建于北魏太和十五年(491年) 八月(应县木塔研究有新说.山西日报网,2001—04— 09).因此,有必要依尽可能早的时间尺度来讨论历史 地震问题. 应县木塔位于山西大同断陷盆地的南部,南面为 忻定断陷盆地,东邻灵丘断陷盆地,其间为恒山隆起, 研究与应县木塔有关的历史地震,显然应以上述区域 的地震为蛰同时也应对场地有影响的远距离大震予 以关注. 二日),忻州,原平问,史书记载为”太原,雁门地震, 涌土裂”,震中烈度达?度. 这一时期至少有500a,此间大同盆地没有历史 震记载.一种可能是由于该地区经济,文化欠发达, 成漏记.但也可能在此期间确实未发生有感地震,因 在较发达的隋,唐时代约500a(533--1021)里,大同 地也无关于有感地震的记录. 2北魏时期的历史地震 北魏先以大同为都,因此,《魏书》对大同地区的 史地震事件有记载,而且是相当可靠的.《魏书》有8 地震事件记载. 419年3月15日,”太宗泰常四年二月甲子,司 地震,屋室尽摇动.” 438年5月5日,世祖太延”四年三月乙未,京 地震.” 474年1O月27日,高祖延兴”十月己亥,京师 震.” 477年5月6日,世宗”太和元年四月辛酉,京 地震.” 1北魏以前的历史地震震. 山西历史地震目录.只给出2个区域历史地震. a)公元前232年(秦王政十五年),阳曲,史书记 载为”狼孟地动”; b)公元144年10月26日(东汉建康元年九月十 479年8月30日,太和三年”七月丁卯,京师 五年二月,沙门法秀谋反.” 486年2月.23日,太和十年”二月甲子,京师 震.” 486年2月25日,太和十年”丙寅又震.” 486年5月10日,太和十年”三月壬子,京师及 州地震.十二年三月,中散粱众保谋反.” 牧稿日期:2002—08—05l修回日期:2002一II一03 作者篱介.李大华(1955一),男,江苏睢宁人.1993年哈尔滨建筑工程学院博士后流动站出站,研究员l 徐扬(1955--),男,天津人.1991年毕业于中国科技大学地球和空间科学系.礤士,研究员l 郑鹄(1946--),男,北京人.1971年毕业于山西大学外语系,高级工程师,局长. 2003年1月李大华,等:山西应县木塔与历史地震?35? 北魏于494年迁都到洛阳,《魏书》对此后一次大经年不成.乃言于 世祖日:?人天道殊,卑高定分.今谦 地震事件的前震,主震和余震有系统记载.之欲要以无成之期,说以不然之事,财力费损,百姓疲 505年11月3日,正始”二年九月己丑,恒州(大劳,无乃不可乎?必如其言,未若因东山万仞之上,为功 同东北)地震.”差易.?世祖深然恭宗之言,但以崔浩赞成,难违其意, 511年6月26日,永平”四年五月庚戌,恒,定二沉吟者久之,乃日:?吾亦知其无成,事既尔,何惜五三 州地震,殷殷有声.”百功.? 511年11月12日,永平四年”十月己巳,恒州地九年,谦之卒,葬以道士之礼.先于未亡,谓诸弟子 震,有声如雷.”日:?及谦之在,汝曹可求迁录.吾去之后,天宫真难 512年5月20日,延昌元年四月庚辰,”京师(洛就.?复遇设会之日,更布二席于上师坐前.弟子问其 阳东北)及并(太原西南),朔(内蒙古和林格尔北),相故,谦之日:?仙官来.?是夜卒……” (河北临漳西南),冀(河北冀县),定(河北定县),瀛(河”太和十五年(491年)秋,诏日:?夫至道无形,虚 北河间)六州地震.恒州之繁峙(旧县在应县东北),桑寂为主.自有汉以后,置立坛祠,先朝以其至顺可归,用 乾(今山阴东),灵丘,肆州(忻县西北)之秀容(今原平立寺宇.昔京城之内,居舍尚希.今者里宅栉比,人神 西南),雁门(今代县西南)地震陷裂,山崩泉涌,杀五千猥凑,非所以祗崇至法,清敬神道.可移于都南桑乾之 三百一十人,伤者二千七百二十二人,牛马杂畜死伤者阴,岳山之阳,永置其所.给户五十,以供斋祀之用,仍 三千余.后尔朱荣强擅之征也.”名为崇虚寺.可召诸州隐士,员满九十人.”„ 512年12月16日,延昌元年”十一月己酉,定,肆”迁洛移邺,踵如 故事 滥竽充数故事班主任管理故事5分钟二年级语文看图讲故事传统美德小故事50字120个国学经典故事ppt .其道坛在南郊,方二步,以 二州地震.”正月七日,七月七日,十月十五日,坛主,道士,高人一 514年,延昌”三年正月辛亥,有司奏:?肆州上言百六人,以行拜祠之礼.诸道士罕能精至,又无才术可 秀容郡敷城县自延昌二年四月地震,于今不止?,尔朱高.武定六年(548年),有司执奏罢之.其有道术,如河 荣征也.”东张远游,河间赵静通等,齐文襄王别置馆京师而礼接 以上列举了与山西应县木塔有关的历史地震事焉.” 件,再看与山西应县木塔可能有关的道教的记载.《魏书?世宗记》又记载,太和十五年秋八月”戊 《魏书?释老志》记载,”始光(424年)初,(寇谦戌,移道坛于桑干之阴,改日崇虚寺.” 之,365—448)奉其书而献之,世祖乃令谦之止于张曜研究上述记载,可有如下认识. 之所,供其食物.时朝野闻之,若存若亡,未全信也.崔a)北魏太和年间 大同地区破坏性地震的频度较 浩独异其言,因师事之,受其法术.于是上疏,赞明其事高,在客观上对北魏太和十八年(494年)从大同迁都 日:?臣闻圣王受命,则有天应.而《河图》《洛书》,皆寄到洛阳有一定的作用.由于要迁都便引起宫殿,太庙, 言于虫兽之文.未若今日人神接对,手笔粲然,辞旨深道坛等的迁移.所以道坛迁移到应县显得更”虚寂”,也 妙,自古无比.昔汉高虽复英圣,四皓犹或耻之,不为屈就是说可躲避地震; 节.今清德隐仙,不召自至.斯诚陛下侔踪轩黄,应天b)北魏移道坛到应县,”仍名为崇虚寺”还是”改 之符也,岂可以世俗常谈,而忽上灵之命.臣窃惧之.?日崇虚寺”,同一《魏书》记载不同.南朝为陆修静 世祖欣然,乃使谒者奉玉帛牲牢,祭嵩岳,迎致其余弟(406—477)在建康(南京)北郊天印山立崇虚馆(467 子在山中者.于是崇奉天师,显扬新法,宣布天下,道业年),北朝在应县设永久性道坛崇虚寺.这2个道场的 大行.浩事天师,拜礼甚谨.人或讥之.浩闻之日:?昔同名必然有密切的联系.寇谦之晚年竭力要建成”静轮 张释之为王生结辛蔑?吾虽才非贤哲,今奏天师,足以天宫”而不是”寺”,是因为道教活动寓所应称为观,宫, 不愧于古人矣.?及嵩高道士四十余人至,遂起天师道洞,馆,而佛教才 称为寺,所以崇虚寺之名与佛教兴旺 场于京城之东南,重坛五层,遵其新经之制.给道士百发达有联系,有利于支持应县木塔建在崇虚寺之说.此 二十人衣食,齐肃祈请,六时礼拜,月设厨会数千人.外,后来应县木塔的”宝宫寺”命名可能与”静轮宫”之 世祖将讨赫连昌,太尉长孙嵩难之,世祖乃问幽征名有关,今朔州”崇福寺”的命名可能与”崇虚寺”对应; 于谦之.谦之对日:?必克.陛下神武应期,天经下治,c)寇谦之424年献的书已是其创建北天师道的 当以兵定九州,后文先武,以成太平真君.?真君三年理论经典,经三朝元老崔浩力荐,道教实现了与王权的 (442年),谦之奏日:?今陛下以真君御世,建( 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 )静结合.开始,按其经典建的道场,虽然具有”重坛五层” 轮天宫之法,开古以来,未之有也.应登受符书,以彰圣的特色,但绝不是高层建筑,不然,就不用在442年以 德.?世祖从之.于是亲至道坛,受符录.备法驾,旗帜后还在讨论建”静轮天宫”的问题.”重坛五层”与应县 尽青,以从道家之色也.自后诸帝,每即位皆如之.恭木塔的5层在数值上是明显有联系的,但高度不同. 宗(427—451,皇太子,监国)见谦之奏造静轮宫,必令”静轮天宫”总建不成功,劳民伤财,统治者都有意见 其高不闻鸡鸣狗吠之声,欲上与天神交接,功役万计,了,天宫要高得 与天神交接,为什么不建在东山高峰? 山西地震2003年第1期 今天分析其原因还是建筑设计遇到严重问题.该高层 建筑的设计和施工完全是创新的,有极大的难度,相信 寇谦之做了最大的努力,但他的时间不够了.寇谦之应 该是最早的高层古建筑开创性设计大师.由于419年 和438年京师的地震,拟建在大同的”静轮天宫”,结构 设计必然要考虑到抗震,其结构形式和建筑材料的选 用自然会向后来的应县木塔设计的方案考虑,因此可 认为,”静轮天宫”的建筑设计和施工实践是应县木塔 建造的基础; d)应县木塔从塔基到楼阁都采用了道家八卦的8 角形,与”崇虚寺”有关是非常明显的.由于这一时期北 魏推崇佛教,北魏迁都后宣武帝和孝明帝在嵩山建造 的离宫,遂改宫为寺,即嵩岳寺.并于正光年间(520— 524)建造嵩岳寺塔,该塔平面为12角形,可看出与道 教八卦的明显不同.但是,该塔内部建有8角形塔室, 这暗里又明显与”静轮天宫”有关系了.而后,着名的山 东济南四门塔(611年建),陕西西安大雁塔(652年 建),陕西西安小雁塔(707年建),云南大理崇圣寺主 塔(859年建),这些作为全国重点文物保护单位的寺 塔都是佛教的,其平面都是呈四方形的,一般内塔室或 内柱也自然是四方形的.应县木塔的造型没有受到上 述着名佛教寺塔四方形的影响,更支持与”崇虚寺”有 关之说.应县木塔采用8角形,说明”静轮天宫”造型的 影响也是深远的,即崇圣寺南塔和北塔(11世纪建), 北京房山云居寺北塔(11l1年至1120年建),江苏苏 州虎丘塔(961年建),河南开封铁塔(1049年重建),河 北定县开元寺料敌塔(1005年建),浙江杭州六和塔 (1165年重建),河北正定县广惠寺华塔(金代建),这 些作为全国重点文物保护单位的寺塔,平面都借用了 道教的8角形,这绝非偶然,上述寺塔建筑造型的相关 性有待更深入地进行研究; e)迁址到应县的”崇虚寺”还要建”静轮天宫”,所 采用的建筑材料应该是以砖石为主.因为同一时期的 嵩岳寺塔就是砖石结构的寺塔,它代表着当时高层建 筑的建造水平.512年大地震,死比伤多近1倍,说明 地震造成房倒屋塌才死亡严重,而这类房屋应是砖石 砌体结构,其抗倒塌性能极差.如果”静轮天宫”上部结 构是砖石砌体结构,在没有圈梁和构造柱等配筋构造 措施的条件下,当场地遭遇烈度?度的地震作用时,该 高层建筑就一定倒塌了,但建筑的基础和建造的经验 应该还存在,可供后人借鉴. 3辽,金时期的历史地震 对这一时期,《山西历史地震目录》[载有山西大 同盆地发生的一次破坏性地震,即: 1022年4月(辽太平二年三月),大同,应县间发 生6级地震,震中烈度为?度,史书记载有”云(4-大 同),应(4-应县)二州摧,地陷,嵬白山裂数百步,泉涌 成流.” 同时还载有山西应县南部北宋属地忻定盆地的一 个大地震系列,即: 1009年4月(宋大中祥符二年三月),”代州地 震”. 1009年6月21日(宋大中祥符二年五月二十六 日),”代州地震”. 1038年1月9日(宋景祜四年十二月初二),定 襄,忻州之间发生7级地震,震中烈度为X度,史书记 载有”忻,代,并三州地震,坏城堞庐舍,地裂涌水,十年 内余震不止.定襄坏城郭覆庐舍,人畜死伤十之有六. 忻州死19742人,伤5655人,牲畜死50000余头.代 州死759人,并州死1890人,太原西南悬瓮山,巨石 摧坠,悬瓮寺因地震而废.” 1038年3月1日(宋宝元元年正月二十三日), “忻,代,并三州地震,出火.” 1038年12月(宋宝元元年十一月),”忻州地震.” 1043年6月18日(宋庆历三年五月初九),”忻州 地大震.” 1044年6月7日(宋庆历四年五月初九),”忻州 地震,西北有声如雷.” 1087年4月4日(宋元祜二年二月二十八日), “代州地震有声.” 以上2个大地震发生之后,据说应县木塔于1041 年开始建造,1056年建成.由此可得到如下认识. a)历史大地震发生后立刻建造应县木塔,两者显 然有紧密的联系.也就是说,建造应县木塔的使用功能 是综合性的.在这个时间建塔,目的之一就是要镇住该 区域的地震,这与浙江杭州六和塔建造(970年)用来 镇钱塘江潮的目的类似.隋唐以来佛教兴盛,而应县木 塔所在区域无震感,这足以令辽代统治者相信佛能镇 住大地震.应县木塔又名”天柱”也有镇地的意思; b)应县木塔采用木结构也是为了更有利于抗震, 这自然会受盛唐时期木结构楼阁建造技术发展成熟的 影响,特别是临近的五台山南禅寺(782年重建,是现 存最早的纯木结构建筑)的影响,从而使”静轮天宫”的 建造变成了现实.应县木塔平面呈8角形,明层5层, 完全符合道坛八卦”重坛五层”之数,4个暗层起到增 强整体性的圈梁作用,就是为了抗震.应县木塔无疑是 辽国西京的标志性建筑,代表了当时的高科技水平,且 具有很强的精神支柱的作用; C)明代《应州志》载,应县木塔”金明昌四年(1193 年)增修益完”,人们也在探讨金代对木塔更好的增修 原因.木塔建成后的金代,百余年根本没有遭遇地震, 似乎真把地震镇住了.金代修缮木塔从表面上看,是辽 和金的体制基本相同,如,都把大同作为西京,都供信 佛等.木塔所在区域长时期名为金城,这也必然受到金 代统治者的青睐.l119年2月(金天辅三年正月)吉林 2003年1月李大华,等:山西应县木塔与历史地震 前郭大地震,死数千人,即金人比辽人更直接知道破坏 性地震的厉害,所以对重要建筑的抗震问题更为重视. 实际上,深层次的原因是不难分析出的,也就是说应县 木塔建成后,虽然没有发生过地震,但也发生了一些小 问题,这显然主要是前100a中的软土地基不均匀沉 降问题.应县木塔上部结构重5700t,基础估计重量 有8000t(4000m.).在平面约1000m.的地基上,地 基土的承载力要达到约14t/m..应县木塔临近桑乾 河,场地覆盖土层很厚,地表层必然是软土地基,很难 达到14t/m.的承载力,所以塔初建成时自然沉降很 快,很大.由于基础是砌体加夯土的,整体性明显不好, 不均匀沉降引起基础破裂是必然的.因此,一方面需要 增加底柱的数量,使上部结构与基础的接触更多,基础 受力更均匀,也需要加强基础的整体性和承载能力,使 木塔经过增修而更加坚固.这也是木塔建成后加固中 常涉及到的大问题,时至今日也应该对此引起足够的 重视. 4元明清时期的历史地震 元时期在大同盆地仅发生了1次大地震系列. 1305年5月3日(元大德九年四月初十),怀仁, 大同间发生6级地震,震中烈度为?度,史书记载有 “大同路地震,有声如雷,坏庐舍五千八百,压死者一千 四百余人.怀仁县地震,二所涌水尽黑,其一广十八步, 深十五丈,其一广六十六步,深一丈.” 1305年11月26日(元大德九年十一月初十),怀 仁,大同间”地震.” 1305年12月20日(元大德九年十二月初四),怀 仁,大同间”地震.” 1307年(元大德十一年),大同”地震,摧左风台.” 这是应县木塔建成后经受破坏性地震的一次考 验,木塔损而不倒,遂至1320年完成了声势浩大的震 后加固工程.1195年和1320年2次加固完成的主要 内容是在塔的明层增加了许多立柱;暗层增加了许多 斜支撑;原砖砌台基改为石砌台基,这也说明了该塔基 础不良,需要替换. 明时期,1508年(正德三年)重砌塔基,翻修一层 厚墙,显然具有明显的加固性质,但这次修缮不再是震 后修复,因为木塔地区未发生破坏性地震.此后,木塔 周围又发生过2次地震. 1618年11月26日(明万历四十六年九月三十 日),河北蔚县附近发生6级地震,震中烈度为vI度, vI度,应县木塔场地烈度为?度. 1626年6月28日(天启六年六月初五丑时),”山 西灵丘昼夜数震,月余方止.城郭,庐舍并摧,压死人民 无算.”这次地震震级为7级,震中烈度为?度,应县 木塔场地地震烈度为vI度. 这2次地震引起应县木塔场地的地震动不如 1305年地震造成的强烈. 清时期,对木塔影响较大的地震有2次. 1683年11月22日(康熙二十二年十月初五未 时),山西原平附近发生7级地震,震中烈度为?度,应 县木塔场地地震烈度为?度,vI度. 1911年1月25日(宣统二年十二月二十五日), 河北蔚县发生5.9级地震,震中烈度为vI度,应县木塔 场地地震烈度为?度. 据悉,康熙六十一年(I722年),同治五年(1866年), 对木塔及其寺庙都进行过修缮.民国十七年(1928年)对塔 刹和被炮弹击毁的幅柱又进行了修葺.这均属装饰性修补, 它表示明,清以来木塔未受到强烈地震的破坏. 历史上,应县木塔受到35次大且较远的地震动影 响(见表1),但该地区基本无震害,只是震感较强烈, 场地烈度达V度,多次震动的累积疲劳破坏也是木塔 损伤的原因之一. 5山西应县木塔经受破坏性地震的影响分 析2] 表1山西应县木塔经受破坏性地震的影响分析统计表 Table?1The~~qramofthedestructivebB~rlcalcertbquMceinfluence蚰theYIn霉dlmwoodentowerofSlumJd 地震时间震中位置震中震中距/场地项别序号震级 年一月一日/(.)/(.)烈度km烈度 1144—1o-2638.6112.65?123(?)? 建2512一 O5—2O38.9112.87X83?塔 前31022一O439.8113.16?A?30? 41038一O1一O938.4112.97?AX131? 51305一O5一O339.8112.86?A?,?50?,? 建61618—11—1639.8114.56?A?,?15O? 塔71626一O6—2839.4114.27.O?116? 后81683—1I-2238.7112.77.O?1O8?,? 91911一O卜2539.8114.55.9?15O? 山西 表1的震中距是按应县县城位置q,N39.55., 113.17.计算的.分析可得以下结论. a)威胁应县木塔的破坏性地震主要有3个,即南 面的原平一忻州地震(序号1,2,4,8),北面的怀仁地 震(序号3,5-)和东面的灵丘一蔚县地震(序号6,7,9). 根据地震危险性分析中”历史地震重演的原则”,这3 个地震区仍是应县木塔修缮加固设计必须考虑的主要 未来大地震发生的危险地震区; b)从破坏强度上看,木塔建成后已遭遇的破坏性地 震动强度不如建塔前遭遇的地震动强度大,但木塔未来 遭遇更强的地震动仍具有很大的可能性.从震中距离上 看,北面地震最近,南面地震次之,东面地震最远; C)从前面历史地震的叙述和表1可以看出,山西 应县木塔场地地震烈度较高,且有明显的”水涌土裂”, “地震陷裂,山崩泉涌”,”地裂涌水”等现象,即地震土 壤震动液化或软土震陷使地基失效的现象; d)区域地震地质研究表明,大同盆地是山西断陷 带中最大的盆地,该盆地内有5个较深的凹陷,马营凹 陷和怀仁凹陷是大同盆地的主体构造.马营凹陷已被 松散的沉积物填充成平原,新生带沉降深达3500m, 第四系沉降达900m,应县木塔就位于马营凹陷的中 部,该凹陷内历史上无破坏性地震发生的记载.怀仁凹 陷新生带沉降深度2000m,第四系沉降达600m,凹 陷内历史上破坏性地震发生的记载有3次,其中2次 (序号3,5)地震对应县木塔地区有结构破坏. 6山西应县木塔近场强地震危险性半概率分 析3] 根据以极限状态概率分析理论的《建筑结构设计统 一 标准》的要求,地震荷载的评估也较早地实现了危险性 概率分析.所谓地震危险性概率分析就是在考虑地震发 生的时间,空间和强度的不确定性的同时,还考虑给定地 震条件下地震动参数衰减的条件概率分布这两方面的全 概率分析.由于应县木塔修缮要做千年考虑,一种保守的 分析方法就是进行半概率分析,也就是半经验和半理论 的分析,即对地震发生的不确定性采用考虑最不利的方 式确定性化.根据表1进行可确定性预测,未来一定发生 一 个震中烈度为x度,震中距仅为30km的大地震,这 是最保守的估计,在给定这样的大地震条件下计算对应 县木塔场地的影响,计算结果见表2. 表2震中烈度为X度震中距为30km场地 地震危险性概率分析结果 Table.2Theprobabilityanalysisresultofthesiteseismicrisk analysis(theepicenterintensity:X,theepicentrnldistance:30km) r 场地烈度X???? 发生概率0.0310.2650.5240.i780.002 2003年1月李大华,等:山西应县木塔与历史地震?39? 间长达600多年;[23国家地震局震害嗖御中皂历史.目?公元前23 . 塞设计的创始人,木塔建造对,*7J*-I-”Ira?*~l模型 中国高警;...….一..….百...8.0(z:磊一 c)木塔建造的目的之一是为了镇大地震,因此有[4]?:.小区划[M].北京:地震出版社,1989.54—