关于抗震防灾的若干思考＊

张敏政

（中国哈尔滨 150080 中国地震局工程力学研究所）

引言

我国的地震工程研究和抗震防灾事业从无到有，已经走过了六十多年的历程，取得了世人瞩目的成就.当前，我国已经建立了包括地震监测、震灾预防和应急救援在内的管理体系，培养了大批抗震科技人才，拥有了种类齐全的抗震试验设备，编制并陆续修订了涵盖各个行业、各类工程结构的抗震技术标准；先进的抗震技术为中国建筑提供了抗震安全支撑.基于这些条件，我国城镇的大多数建筑和基础设施实施了抗震设计或抗震加固，富裕农村的民居、震后重建的灾区、生态移民的新区已开始考虑抗震设防.近年来，设计合理、施工质量优良的各类建筑和构筑物经受了强烈地震的考验（Zhang，Jin，2008），发挥了减轻地震灾害损失的经济与社会效能.回顾历史，总结经验，上述地震工程研究和抗震防灾事业的发展与哲学和科学的思辨紧密相关.

哲学是关于自然知识和社会知识的概括和总结，是人类观察和处理宇宙万物的世界观和方法论.辩证唯物主义哲学认为：客观世界独立于人类意识而存在，意识则是客观世界在人类头脑中的反映，宇宙间先有物质而后有意识.客观存在的物质是永恒运动和变化的，其运动变化遵循对立统一规律、量变到质变的规律和否定之否定规律，这些规律贯穿于事物发展的原因与结果、必然与偶然、可能与现实、现象与本质、内容与形式等各个范畴.

科学有别于哲学，是分门别类地探索自然界、人类社会和思维的本质及其发展规律而建构的具体的知识体系.当前，人们对科学内涵和外延的理解似乎并不完全一致，但科学的客观真理性和可验证性被广泛认同.客观真理性被理解为一切科学真理可在特定条件下成立，但世间只存在相对真理而非绝对真理，人类对科学真理的探索是无穷无尽的；科学理论的验证可以采用基于逻辑归纳的证实方法或基于逻辑推演的证伪方法，证实和证伪是对立统一的矛盾双方，证伪方法采用的反向思维或多向思维可能会更有力地推动科学发展.

然而，涉及科学的可预测性和全面系统性（也包括科学理论应能以确定的数学模型表述），则存在较大争议.当天文学家运用牛顿万有引力定律推测了海王星的存在和运行轨道而后又被天文观测所证实时，当拉普拉斯断言“存在一组科学定律，只要我们知道宇宙在某一时刻的状态，便能据此预言宇宙中发生的任一事件甚至包括人类的行为”时，当普朗克初创量子学说，认为只要能精确测量粒子的当前状态，便可预言此后粒子的位置和速度时，不少人对科学理论能确定地以量化形式预测未来信心满满.然而，此后爱因斯坦创立相对论，指出牛顿定律只适用于描述和预测慢速运行的宏观世界.海森堡在量子力学研究中提出，由于不能同时确定微观世界中粒子的具体位置和速度，故只能预测粒子运动的可能发生的一组结果并估计每种结果发生的概率（即“测不准原理”或“不确定性原理”）.海森堡的粒子概率运动方程后被试验证实，但爱因斯坦不满意这种概率表述，言“上帝不掷骰子”.可是，上帝的存在既不能被证实，也不能被证伪，有关上帝的命题超出了科学的范畴.

长期以来，多数人习惯于在相对稳定的条件下观测和描述那些均匀的、确定的、线性的、连续的、重复的、有序的事物运行规律，而对那些不均匀的、随机的、非线性的、间断的、突发的、无序的现象感到困惑.目前，针对上述复杂多变的运动形态，研究者提出了随机理论、模糊理论、混沌理论和灰色理论等对其进行解释和分析.随机理论面对的是在基本相同的条件下反复发生但不可预测的同类现象，人们可以预见这类现象的各种形态，但不能建立起某一具体原因与具体结果之间的确定数学关系，只能通过统计方法用概率把握其总体特征.模糊理论面对的是外延界限不明确乃至内涵矛盾交叉的现象，这一理论发展了经典数学中确定性集合的概念，用模糊集合及隶属度函数描述这类复杂现象，纠正了一些人秉承的“非此即彼”的确定性思维.混沌理论面对的是复杂的确定的非线性体系，认为这一体系初始条件的微小差异或系统运行中外部环境的些许变化可能导致大相径庭的难以预测的后果.灰色理论面对的是因信息缺乏、数据稀少导致的内涵不确切的事物，相对于信息充分的“白系统”和信息未知的“黑系统”提出了“灰系统”的建模、分析、预测和控制方法.辩证唯物主义哲学和现代科学的理论方法对地震工程研究和抗震防灾管理均有举足轻重的作用.

实践是检验真理的唯一标准.众所周知，地震工程研究的基本科学实践包括现场震害考察、强震观测、材料和结构的抗震性能试验以及地震动力效应的数值模拟.在上述科学实践中，我们取得了重要的成果，同时也面临新的挑战.

我国地震现场考察的规模、深度、广度和取得的成果，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，总结得出了圈梁和构造柱可以减轻砌体结构倒塌危险的认识，这一认识被列入抗震规范并用于抗震设计和抗震加固沿用至今，取得了预期的效果.我国现行抗震技术标准规定的结构抗震构造措施大多源自现场考察得到的经验总结，但是，当前地震现场科考面临的新问题和新机遇也应引起重视.一方面，随着科学技术的迅速进展，卫星图像、卫星定位、无人机、新型传感器和人工智能软件等为地震现场科考提供了更为便捷有效的资料获取手段；另一方面，现有土木工程结构类型和用途的多样化、结构的复杂化，也给震害现象的分析带来更多复杂因素.

我国已经建成了规模可观的包括强震观测台网和各类专项台阵在内的强震观测技术系统，建成了强震资料处理中心和数据库（周雍年，2011）.长期以来，全球范围内已经积累了数万条强震加速度时程记录，就不同场地分类、近震和远震对强地震动时频特征的统计分析而言，这些记录已基本满足了工程应用的需求.然而，我们得到的所谓三个不同方向的平动地震动，实际上都包含了部分扭转地震动的效应，而真实扭转地震动的观测和研究始终未取得突破性进展.强地震动加速度时程的极端复杂性，常使我们怀疑模拟或预测真实准确的强地震动时程的研究前景.

我国相关科研机构和高等院校建成了技术先进、种类齐全的各类抗震试验设施，包括地震模拟振动台和台阵、地震拟动力试验设施以及离心机振动台等土动力试验装置.相关实验室进行了大量关于岩土介质、建筑材料、结构元件、结构体系的动力特性和抗震性能试验，极大地推动了地震工程研究和抗震工程建设（张敏政，2015）.然而，大量试验是在简化的加载环境下进行的，试验结果往往是定性的或有应用限制的.在涉及土-结相互作用体系的情况下，我们尚无法论证辐射阻尼模拟的真实性；对于缩尺模型试验，我们尚未掌握模拟多种材料及其非线性特性的动力试验相似律.

应当看到，在我国自力更生、自主创新，同时大量借鉴国际先进成果、推进地震工程研究和应用的进程中，并不总是一帆风顺地行进在成功的道路上.例如，由美国学者最先倡导并由日本工程界最先试行的土木工程的主动抗震控制，曾经也是我国地震工程研究的前沿领域，但最终并未取得预期的效果而被实际工程所放弃.再者，美国最早提出的关于地震工程联网试验的创意，也曾是我国的研究热点，然而，技术上的成功并未产生实际的效益.科学探索永远伴随着挫折、弯路乃至失败.

本文试图利用哲学和科学的思辨讨论有关地震烈度、地震危险性分析、抗震设防和结构地震反应分析等相关问题，并冒昧揣测地震工程研究和抗震防灾事业的发展和未来前景.

1 地震烈度

地震烈度概念的提出已经有两百多年的历史了，各国曾编制过数十个版本的烈度表评估震后不同地点的宏观地震烈度.在我国，长期以来这一概念在描述震害和地震作用、采取抗震防灾对策中发挥了重要作用，例如：利用地震烈度评估震情或灾情的严重程度（绘制烈度等震线图），表述不同地区地震危险性的强弱（编制烈度区划图），评估设防烈度进行抗震设计，推断古地震的震中和震级乃至利用烈度衰减关系换算地震动衰减（Hu，Zhang，1983）等.可以说，我国对地震烈度的利用几乎达到“敲骨吸髓”的程度.

烈度表规定，宏观地震烈度需依据人的感觉、室内器物的振动、一般建筑的损坏程度和地震地质灾害进行评定；对于造成灾害的地震，烈度Ⅵ—Ⅹ主要依据建筑震害评定，烈度Ⅺ—Ⅻ则依据地震断层出露和地形地貌的重大变化评定.在长期的烈度评定实践中，烈度表的应用也存在若干问题，具体包括评估者经验的主观性、评估指标的模糊性、局部地域震害的平均性和多指标评估结果的矛盾性等.同时，烈度的含义也未能取得一致的认识.例如：“日本学者河角广认为地震烈度是人感觉到的某个地点的地震强度，我国地震学家李善邦认为地震烈度是某个地点受地震动影响的强弱程度，美国地震学家里克特和苏联地球物理学家麦德维杰夫认为地震烈度描述了某一地点的地震动强度，美国地震工程学家纽马克定义地震烈度是地方性的地震破坏程度，我国地震工程学家刘恢先定义地震烈度是某一地点地震动的平均强弱程度，美国学者斯坦伯鲁格则认为地震烈度是地震影响的随意尺度”（刘恢先，1994）.产生上述不一致认识的根源在于，宏观地震烈度将地震动与其引起的后果混为一谈，并非严格的科学概念，不具备科学概念所应具有的简明确切的内涵和外延.

早在二十世纪七十年代刘恢先先生与胡聿贤先生曾就地震烈度问题进行过学术争鸣.刘先生认为，地震烈度在地震工程中有广泛应用故不能被简单舍弃，关键在于建立能反映地震作用的、可用仪器测量的烈度定量标准.胡先生则认为，用烈度表示地震动强弱是困难的，将其用于抗震设计是不适当的.与此同时，胡聿贤先生和刘恢先先生在通海地震的现场考察中，一致赞同使用“震害系数”描述建筑的破坏程度（胡聿贤，1988）.此后，一系列研究表明，宏观地震烈度与地震动诸参数间虽具有不同程度的相关性，但并不存在明确的函数关系或统计规律.胡聿贤先生主编了我国地震动参数区划图（国家质量技术监督局，2001），使不依赖烈度进行抗震设计成为现实.

近年来，地震工程学界提出了“仪器烈度”的概念，仪器烈度是基于强地震动观测数据经计算确定的，不再依赖于调查者的现场判断；继而，可记录强地震动并将其换算为仪器烈度的“烈度计”问世.尽管各国计算仪器烈度的方法有所不同，但其计算结果的数值范围与宏观烈度的判定结果大体相近.然而，仪器烈度是地震动的度量，这是与宏观烈度在本质上的区别.

至此，从理论上我们已经明确了宏观地震烈度并非严格的科学概念，从技术上业已开发了可综合描述地震动强弱的烈度计，且提出了能更较细密地描述单体或群体建筑破坏程度的震害指数.今后，似可以地震动参数等震线图、仪器烈度等震线图或震害指数等值线图取代传统的地震烈度等震线图向社会公众提供地震震情与灾情.至于断层出露、大型滑坡与岩崩、严重的地基液化和堰塞湖等地震地质灾害则可更直接地、详尽地通过填图方式表述，将其与地震动强弱或建筑破坏现象相区分.近年来，在地震工程研究中长期处于领先地位的经济发达国家，早已停止修订地震烈度表，也不再经现场调查绘制烈度等震线图，传统的地震烈度概念已被排除于地震工程研究和抗震设计之外.

“旧者不去，新者不来”符合哲学中事物发展的“扬弃”概念，也是科学进步的必然规律.希望地震烈度判别和烈度等震线图的绘制不再是震害现场工作繁琐的一环.

2 地震危险性分析

地震危险性分析是对某一地点或某个区域未来可能发生的地震动强度（或地震烈度）的估计，是实施抗震设防应予回答的基本问题之一.在地震工程的发展进程中，此类分析经历了确定性方法、统计方法和概率方法的演变.苏联和我国曾用确定性方法估计未来各地可能发生的最大地震烈度（胡聿贤，1988）；日本学者曾依据各地历史地震的震度资料进行统计分析，得出未来100年和75年内预期发生的最大地震动加速度的估计（冈本舜三，1978）.1968年，美国学者康奈尔提出了实施概率地震危险性分析的基本架构（Cornell，1968），这一方法此后被多数国家和地区采用，成为确定设防地震动参数的基本途径.

在我国，概率地震危险性分析的结果常被误解或质疑，其原因之一是地震发生后实际获得的地震动参数或地震烈度与区划结果不符，这显然是质疑者不了解概率分析结果并不能提供特定事件发生的确定性估计；何况，对未来地震动的概率预测或确定性预测都不可能是准确的.当然，对概率地震危险性分析方法的科学性和适用性进行思考并非无益.

实施概率地震危险性分析首先要划定覆盖地震断裂带的潜在震源区.依据现有的历史地震资料和地学研究成果，科研人员就此提出了两个基本命题：其一，曾经发生过地震的地区，同样强度的地震还可能重演；其二，地质条件相同的地区，地震活动亦可能相同.显然，这两个命题都具有符合逻辑推理的一面，但其科学性并未获得充分验证.再者，概率分析方法还要设定各潜在震源可能发生的最大地震震级（即震级上限），其依据主要来自相关地区的历史地震资料.然而，人类发明地震仪并用以测定地震震级至今不过百余年，尽管根据历史文献中关于地震破坏的文字描述可以近似推断历史地震的震级，但即使在地震史料最为丰富的我国，可勉强估计震级的近代地震最早也只能追溯至三千年前，三千年只不过是地壳剧烈活动的晚更新世地质历史长河中的短暂一刻.何况，我们实际可用的较为丰富的历史地震资料最多不过距今五百年，基于这一数据集得出未来五百年一遇乃至数千年一遇的地震动估计显然令人生疑.因此，在当代破坏性大地震（如唐山地震、汶川地震）发生之后，往往要对地震区划图进行局部修订也就不足为奇了.

类似的问题还包括：根据历史地震资料等得出的“震级-频度曲线”及其各震级地震的年平均发生率值得怀疑；确定地震区带内地震活动的空间分布函数是一项十分复杂的工作，涉及众多不确定性和人们的先验判断；地震发生的时间模型被视为随机过程，但并无哪种随机过程数学模型可以较完善地描述潜在震源区的地震活动性并被验证.至于从震源推演场地地震动时采用的地震动衰减规律的偏差，与前述各种不确定性相比只能是“小巫见大巫”.

总而言之，相较于确定方法和统计方法，概率地震危险性分析方法提出了更为全面的、系统的、合乎逻辑的分析框架，其分析结果也大致符合人类对各区域当代地震活动差异的经验认识和宏观判断；分析得出的一组包含概率意义的地震动参数估计结果，在理论上为采用具有某个超越概率的地震动参数作为设防地震动提供了决策灵活性.然而，就目前实际达到的抗震防灾实际效果着眼，概率方法与确定性方法、统计方法所得结果并无实质性差异.在可以预见的未来，地震危险性分析结果不可能被验证；更确定地、准确地预估未来地震动参数的理想距我们仍十分遥远.

3 抗震设防标准

一般而言，抗震设防标准是关于单体工程结构、各类设施体系和城市在设防地震作用下所应保持的某种安全状态的规定，例如我国对一般房屋建筑所规定的“小震不坏、中震可修、大震不倒”，其中“中震”为基本设防地震.显然，制定抗震设防标准是实施防震减灾的关键环节，可谓减轻地震灾害的顶层设计.

如何选择设防地震动（或设防烈度）的水准是确定设防标准的首要问题.在地震工程创立之初，日本根据地震记录估计强烈地震导致的地面地震动加速度可达0.30g；然而，使用这一加速度进行抗震设计超出了当时的技术和经济能力，故在早期利用静力法进行抗震设计时，日本采用的震度系数仅为0.1，即作用于结构上的水平加速度为0.1g.同期，美国、意大利在建筑法令的抗侧力设计（即抗震设计）中规定，作用于结构的加速度数值也为0.1g左右.此后，随着经济和社会的发展，日本的设计震度提高至0.2乃至更高，美国的设计地面地震动加速度则区分不同区域规定为0.05g—0.4g.新中国成立之初，为考虑抗震设防编制了地震烈度区划图，编图结果表明各地可能发生的最大地震烈度多为Ⅷ或Ⅷ以上，据此进行抗震设计显然大大超出了当时的国力，故此区划图只能被搁置，采用低烈度地区不考虑抗震、高烈度地震不开发建设的对策；此后，又对298座城市规定了低于最大地震烈度的基本烈度，但抗震设防实际上只限于大城市、大水坝、大电站和大型交通枢纽；改革开放之后，随着国民经济的迅速发展和大规模基础设施的建设，原来不设防的基本烈度Ⅵ度区逐步纳入抗震设防范围，并区别建筑重要性规定了不同的设防标准，提高了弱势群体驻留建筑（如幼儿园、中小学和医院）和人员密集建筑的设防要求；至2010年，建筑抗震管理部门申明按照基本烈度进行抗震设计是抗震设防的最低要求.

根据概率地震危险性分析结果，世界多数国家和地区采用未来50年内超越概率为10%的地震动作为设防基本地震动，相应地震动加速度的取值多为0.05g—0.4g；我国对应的设防烈度为Ⅵ—Ⅸ.取如上设防地震动水准本质上是基于经验判断的风险决策，即：现有强震观测资料表明灾害性地震引起的绝大多数地震动加速度均处于上述范围内，采用上述地震动水准进行抗震设计在目前具有技术与经济可行性，所造成的地震灾害损失是社会可以承受的.至于理论上的“投资-效益准则”分析，面对结构破坏形态和破坏机理的复杂性、社会经济的急剧变动和人员伤亡价值不能定量表述等困难，并未能得出可供参考的结果.

显然，社会经济技术发展水平是确定抗震设防标准的决定性因素.人类社会进入工业化阶段后，科学技术和社会经济的发展日新月异.目前，我国已消除绝对贫困，建成小康社会.随着今后社会经济的持续稳定发展，将我国不同地区的抗震设防基本地震动加速度提高至0.20g或以上（即基本烈度为Ⅷ或Ⅷ以上），达到目前日本的设防要求，则可望跻身抗震防灾先进国家之列.

4 地震地质灾害防御

工程结构的抗震安全性不仅取决于结构自身抗御地震惯性作用的能力，也取决于场地地基和周边地质环境的稳定性.发震断层出露地表、滑坡、岩崩及其造成的堰塞湖、地基饱和土液化和软弱土沉降都曾经导致人工结构损坏、丧失使用功能、伴随人员伤亡并造成重大灾害.地震地质灾害的防御一直是抗震防灾的重要领域.

上述地震地质灾害的载体是自然形成的岩土结构，相对于人工建造的结构，其力学特性和灾变规律更难把握.目前，依据震害经验和室内外土样抗震试验，人们对于地基抗震承载力的估计已有若干经验方法，且在实践中总结了各类行之有效的抗震措施，如加密、排水、灌浆、人工地基置换等.我国是国际上最早独立开发砂土液化经验判别公式的国家之一，之后在粉土液化、砂砾土液化方面也持续取得进展.然而，涉及滑坡、岩崩的抗震处置方法，目前的研究成果并不令人满意.面对巨大的滑坡体和陡峭岩壁，目前尚缺乏经济、简单、有效的分析、预测和处置方法.

M7以上大地震的现场震灾调查表明，发震断层出露地表，有时可形成垂直断错达数米、水平扩展数十米的地表破裂带，这种地形变化是任何工程结构都难以抗御的，因此，研究人员合乎逻辑地提出了断层避让的设想.在我国抗震设计规范及城市抗震防灾规划标准中，已经规定了断层避让的要求.例如，建筑抗震设计规范（中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2010）规定：高烈度区重要建筑的避让距离为100—400 m；城市抗震防灾规划（马东辉等，2008）规定：当地面断裂位置可以明确确定时，避让距离取35—50 m以上；当无法明确确定地面断裂位置时，避让距离取200—500 m以上.但是，这些规定的具体实施面临难以克服的困难.其根源在于，不论在单体建筑选址或城市基础设施规划的编制中，避让断层的前提是能够确定几何尺寸量级精确到米的避让基准线，这是对地震地质工作巨大的挑战.在特殊情况下，例如，在刚刚发生过地震的现场，断层地表破裂迹线的位置是较为明确的，然而，我们并不能确定，在原地再次发生大地震且地表破裂迹线仍然不变的可能性有多大，这恐怕是概率极低的现象.在长期未发生地震的地区，无论有无历史地震地表断裂的遗迹，确定近地表的断层破裂迹线位置所需的工程地质勘察技术手段相当有限且耗资巨大；何况，同样不能论证这些破裂迹线会在未来地震中重现.严格地讲，我们目前并不具备估计未来大地震发生时深大地壳断裂扩展、穿越覆盖层到达地表的相对准确位置的能力.

综上所述，我们有理由怀疑实施断层避让的技术可行性和减小地震损失的效益.提高抗震设计的地震动水准，在付出一定的经济代价之后，不论未来是否发生地震，均能提高人工结构的安全耐久性.但近乎盲目的断层避让，未必能取得抗震效益，反而会提高建设投资乃至对城市建设或改造形成干扰.因此，发震断层探测问题可以进行研究，但不宜急于将断层避让用于工程建设.

5 结构地震反应分析

结构自身的地震反应分析以及考虑土-结相互作用体系的地震反应分析，是目前进行工程抗震设计和结构易损性分析的重要途径.地震反应分析方法从拟静力方法、振型反应谱叠加方法、弹性时程分析法、弹塑性时程分析法到等效线性分析方法乃至近年应用的结合能力谱的静力弹塑性分析（Pushover）方法等，经历了由简单到复杂、再化复杂为简单的反复探索，其中，非线性地震反应动力时程分析始终备受关注.

计算机技术的发展和普遍应用，加之以有限元方法为代表的各种离散算法的迅速发展，为非线性地震反应时程分析提供了技术支撑.目前，我国建筑抗震设计规范（中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2010）规定，高层建筑可进行大震作用下的弹塑性时程分析，并据此进行变形验算.一些研究者也致力于采用精细有限元模型模拟复杂结构从弹性阶段到倒塌的完整时间过程.在此情况下，人们似乎有必要思考两个问题：其一，工程结构的抗震设计是否有必要进行此类分析？其二，此类分析得出的结果能否被验证？

长期以来地震工程研究和经验表明：为保障在设防地震作用下结构的安全性和使用功能以及在大震作用下的人身安全，只需进行设防地震作用下对应轻微或中等破坏状态的弱非线性地震反应分析即可，无须模拟大震作用下结构的严重破坏乃至倒塌状态.欧美等国至今大多只针对设防地震进行抗震分析和设计，并未提出进行大震作用下弹塑性地震反应时程分析的要求.另外，结构发生严重破坏乃至倒塌的模拟包含太多的困难，其计算结果也难以被工程设计直接采用.在地震作用下，建筑材料超过弹性状态而开裂，继而发生结构构件断裂乃至结构局部的分崩离析，严重破坏的结构体系已成为发生了大变形的、含弹塑性连续体和刚性碎块的组合物，显然，其数值模型的建立和相应计算方法具有极大的不确定性.从理论上看，目前只有涉及结构破裂及扩展的不同假说，并没有被广泛认可的科学规律，关于阻尼耗能也没有统一的理论模型；从实践上看，在多向复杂应力状态下，结构的破坏试验仍难以实施，即使在简单受力条件下，试件破坏性试验结果也呈现很大的离散；现在采用的材料非线性本构模型均建立在假定的、较为简单的受力条件下，难以究其精确度.上述困难不是在短时期内可以解决的，工程师们往往怀疑大震作用下结构弹塑性地震反应的计算结果，更倾向于相信弹性分析结果和依据经验采用适当的抗震构造措施防止结构倒塌.

退一步讲，即使上述问题的研究取得了进展，但在分析中如何采用材料强度和如何确认结构体系的初始应力状态仍难以解决.通常，我们依据设计说明书采用材料的设计强度或极限强度，同时利用静力分析确定体系的初始应力状态，但是，这些先验采用的数值肯定不会完全符合结构的真实状态，实际结构往往存在随机的材料强度“超强”和施工引起的应力集中.在结构进入强非线性阶段后，上述差异将导致难以预测的破坏特征和倒塌形态.

结构地震反应分析中，我们通常采用刚性基底的假定将结构视为封闭体系，不考虑结构与外界的能量传输，这在坚硬地基条件下是适当且可行的.然而，面对相对软弱的地基土，上述假定则难以成立.为解决这一问题，人们依据土-结相互作用的理念，就更大范围的体系进行分析.这类方法可考虑上部结构与地基间的能量传播（即辐射阻尼），显然在理论上更合理.然而，土-结相互作用分析也带来一系列新的问题，例如：自然形成的岩土地基的力学特性相对上部结构的人工材料具有更大的不确定性；如何在近乎无限延伸的岩土体中截取有限的计算范围；如何考虑岩土计算域与边界外的能量传递；大范围计算域内地震动的非均一输入问题等.基于理论分析和岩土地基的现场试验或土样试验，研究者就上述问题进行了不懈的探索，但土-结相互作用体系数值分析结果的可靠性并未得到充分的定量验证.

综上所述，目前的结构抗震设计在很大程度上仍是基于经验的方法，合理的概念设计和采取被实践验证的各种抗震措施具有举足轻重的作用，数值模拟只是可以给出量化结果的辅助手段.现有的计算方法都有其适用范围和不同程度的不确定性，我们不能超越现实、追求或肯定数值模拟结果的精确性.在强非线性事物的预测中，人类永远不能达到获得准确和确定结果的理想目标.

6 结语和展望

中国地震工程研究和防震减灾事业在长期追赶世界发达国家最新研究成果的同时，秉承自力更生、独立创新的精神，目前已经步入国际抗震防灾科技发展的先进行列.

每个学科、每项事业都会经历从迅速发展到逐步成熟的过程，而后则发生质变、跃入新的阶段.当前，在美、日、欧等发达国家的地震工程研究已呈明显停滞状态的情势下，地震工程向何处去？这值得我国抗震科技研究者和管理者认真思考.地震工程科技人员宜“有所为有所不为”，在新形势下谋求新的发展.

1） 广大农村和偏远地区的抗震设防乃是防震减灾事业的短板.面对我国“继消灭绝对贫困之后振兴农村”这一更为宏伟的历史任务，有志的抗震科技人员可在更为广阔的天地，利用已有的抗震科技成果，为新农村和偏远地区的建设奉献自己的知识和力量.

2） 地震地质灾害的防御是地震工程研究的难点和短板，需要在地震地质灾害监测、评估和预防措施的研究中争取新的突破，提高工程结构抗御地质灾害的能力，进一步减少地震损失和人员伤亡.

3） 地震工程是交叉边缘科学，以往地震工程的研究成果曾受益于地学、建筑工程学、数理力学、计算机技术等学科的发展，今后，材料科学、电子信息、互联网、人工智能等国家重点研究领域的进展必将在防震减灾各环节获得新的应用.

4） 在环境保护、节能减排、新能源建设等领域，地震工程知识能够助以一臂之力.

将来，随着材料科学的发展，更轻、更刚、更强、更韧、更廉价且宜加工的新型材料的出现将引起建筑行业的革命，届时工程结构的抗震设计将大为简化且抗震能力将大大增强.随着新能源和新材料的出现，建造行驶于海上的城市、悬浮于空中的建筑恐怕并非科学幻想.在遥远的未来，地球步入晚年，地壳活动将渐趋减弱，地震灾害将淡出人类社会；当地球不适于居住时，人类将乘坐飞船漫游太空，迎来地震工程的终结.