1、土木工程中的灾害及土木工程中的灾害及防治防治前言前言 在人类历史中，伴随人类社会的，不仅仅只有人类文明、科学技术的进步，还有各种各样的灾难，它们为人类历史留下的是一页页触目惊心的篇章。在刚刚过去的一个世纪里，自然的或人为的灾害给全球人类造成了不可估量的损失。联合国公布了二十世纪全球十项最具危害性的战争外灾难。它们分别是“地震灾害”、“风灾”、“水灾”、“火灾”、“火山喷发”、“海洋灾难”、“生物灾难”、“地质灾难”、“交通灾难”、“环境污染”。我国自然灾害的特点我国自然灾害的特点 我国是一个自然灾害频繁发生的国家，首先是因为我国幅员辽阔，自然环境具有复杂多变的特点。其次，近年来人为因素也使自然
2、灾害影响呈日益严重的态势，其造成的直接经济损失年平均约为国民生产总值的3%6%。随着我国经济的快速发展，自然灾害造成的经济损失的数量是惊人的，如1998年超过了3000亿元人民币。事实上特别是工程灾害，每年给世界人民带来巨大的生命财产损失，因此如何防灾，已是土木工程界关注和研究的课题。土木工程中的灾害土木工程中的灾害 什么是灾害？有哪些类型？灾害的成因和危害性？ 如何进行防灾减灾？土木工程中的灾害土木工程中的灾害 定义：自然的、人为的或人与自然的共同原因，对人类的生存和社会的发展造成损害的各种现象。 分类： 自然灾害：地震、火山、洪涝、干旱、台风 人为灾害：战争、犯罪、事故各种灾害的危害和破坏
3、方式各种灾害的危害和破坏方式 危及人类生命和健康，威胁人类正常生活。 破坏公益设施和公私财产，造成严重经济损失。 破坏资源和环境，威胁国民经济的可持续发展。1.1.地震灾害地震灾害 地震是由于地壳破坏引发的地面运动，这种地面运动对人工建筑物可以造成严重破坏。1.1.地震灾害地震灾害 1976年唐山大地震年唐山大地震 唐山于1976年7月28日凌晨3点42分发生地震。震中东经118度11分，北纬39度38分，震级7.8级，震中烈度11度，震源深11公里。是时，人正酣睡，万籁具静。突然，地光闪射，地声轰鸣，房倒屋塌，地裂山崩。数秒之内，百年城市建设夷为墟土，24万城乡居民于瓦砾，16万多人顿成伤残
4、。7,000多家庭断门绝烟。此难使京津披创，全国震惊，盖有史以来为害最烈者。1.1.地震灾害地震灾害 台湾台湾19991999年年“九九二一二一”大地震大地震 造成的经济损失据岛内各县市的统计数字显示，这次大地震共造成二千四百零三人死亡，重轻伤九千四百零六人，失踪四十一人。该统计数字还显示，这次地震造成全岛房屋全倒的有四万六千间，半倒的有三万四千多间。其中以南投县和台中县最多，全倒的占四万一千多间，半倒的占三万零六百多间。初步估计重建家园经费需新台币一千六百亿元。1.1.地震灾害地震灾害 20082008年汶川大地震年汶川大地震 汶川大地震发生于2008年5月12日北京时间14时28分04.1
5、秒，震中位于中国四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县境内，四川省省会成都市西北偏西方向90千米处。根据中国地震局的数据，此次地震的面波震级为8.0Ms，矩震级达到了8.3Mw，破坏地区超过10万平方千米。地震烈度可能达到11度，大部分砖石建筑及木屋连地基摧毁，桥梁毁坏，地下管道失去作用，铁路轨道明显弯曲。1.1.地震灾害地震灾害 1.1.地震灾害地震灾害 1.1.地震灾害地震灾害 地震震级地震震级：根据地震仪测得的地震波振幅，来表示地震释放能量大：根据地震仪测得的地震波振幅，来表示地震释放能量大小的一种量度。有两种标度形式：体波震级（里氏震级）和面波震级；小的一种量度。有两种标度形式：体波震级（里氏
6、震级）和面波震级；地震烈度地震烈度：地震烈度是指地面及房屋等建筑物受：地震烈度是指地面及房屋等建筑物受。对同一个地震，不同的地区，烈度大小是不一样的。对同一个地震，不同的地区，烈度大小是不一样的。距离震源近，破坏就大，烈度就高；距离震源远，破坏就小，烈度就低距离震源近，破坏就大，烈度就高；距离震源远，破坏就小，烈度就低小于三度：人无感受，只有仪器能记录到；小于三度：人无感受，只有仪器能记录到；三度：夜深人静时人有感受；三度：夜深人静时人有感受；四四- -五度：睡觉的人惊醒，吊灯摆动；五度：睡觉的人惊醒，吊灯摆动；六度：器皿倾倒、房屋轻微损坏；六度：器皿倾倒、房屋轻微损坏；六六- -七：房屋破坏
7、，地面裂缝；七：房屋破坏，地面裂缝；九九- -十度：房倒屋塌，地面破坏严重；十度：房倒屋塌，地面破坏严重；十十- -十二度：毁灭性的破坏地震时地面受到的影响或破坏程度；十二度：毁灭性的破坏地震时地面受到的影响或破坏程度；等等 震震 线：地面上相同烈度点的连接线线：地面上相同烈度点的连接线1.1.地震灾害地震灾害 纵波（P波）速度 地壳内6 km/s （弹性地球介质） 地幔内 8 km/s 地核内11 km/s 大地震发生时，震中附近的人们首先会感觉到一个强烈的上下颠簸形式的震动，这就是地震P波的作用。 横波（S波）速度 地壳内 4 km/s 地幔内 4.5 km/s （弹性地球介质） 外核 0
8、 内核 3.5 km/s 人们在感觉到一个上下颠簸的P波震动之后，会有一个短暂的停顿，然后会是一个更加猛烈的水平摇动，持续的时间也相对长一些，大多数房屋在上下颠簸变“酥”之后，便在水平摇晃中进一步毁坏倒塌，这就是地震S波的作用。同时，每个人都可以通过估算中间短暂停顿的时间长度，来简单判断这个地震距离自己的远近，方法是：用8乘以停顿时间秒数，即为距离公里数，例如：如果估计到停顿时间为20秒，那么地震震中距离自己大约为160公里。（但是，绝大多数人在惊慌失措中，对停顿的时间判断会有很大的误差）1.1.地震灾害地震灾害 特大地震发生之后，如果其震源很浅，在地震S波之后，会有一个速度略小于S波，大约为
9、S波速度0.9倍的面波紧随其后，沿着地表传播，由于面波的衰减比体波要小，所以能够传播得更远，时间持续得更长，地震面波的传播特征，某种程度上可以类比于海面上的波浪传播，既有上下震动，又有水平摇晃。这次汶川特大地震，远离震中的地方，例如北京高楼上的人们可以感觉到明显的既上下又水平的震动与摇晃，部分人群会有眩晕的感觉，便是这种地震面波作用的结果。1.1.地震灾害地震灾害 1.1.地震灾害地震灾害 1.1.地震灾害地震灾害 地震带来的次生灾害：泥石流1.1.地震灾害地震灾害 2004年12月26日，印度洋海底爆发了里氏9.0级强烈地震，引发了印度洋大海啸，巨浪以每小时800km的起始速度冲向海岸。 地
10、震带来的次生灾害：海啸1.1.地震灾害地震灾害 海啸前的平静 海啸的出现 1.1.地震灾害地震灾害 我国地处这两大地震带之间，是世界上地震灾害最为严重的国家之一。 地震灾害严重威胁生命安全。1.1.地震灾害地震灾害 以上两个地震带释放的能量，约占全球所有地震释放能量的98%。1.1.地震灾害地震灾害 在工程抗震方面，通过重新修订各地区的抗震设防烈度，提高了工程抗震设计和抗震检验的标准。 近十年来工程减震、隔震理论的研究和应用成为工程抗震领域的热点。 目前虽然结构抗震理论和实践越来越完善，但是工程系统抗震研究却发展缓慢。 狭义的工程系统指城市生命线工程系统，由供水、供电、煤气、通讯、交通、电力等
11、基础设施组成的系统。1.1.地震灾害地震灾害 城市生命线工程系统抗震包括系统震害预测、系统抗震能力评价、系统抗震设计和改造、震时系统控制、震后系统维修等内容。 系统抗震设计与改造有两条途径： 第一条途径通过提高系统内关键结构、设备和子系统的抗震能力来有效提高整个系统的抗震能力。这条途径适合既有工程系统抗震改造。 第二条途径是通过优化系统结构来提高整个系统的抗震能力。这条途径适合于新系统的抗震设计。2.2.风灾风灾 常见的风灾有台风、龙卷风和暴风。 台风为急速旋转的暖湿气团，直径在3001 000 km 不等。靠近台风中心的风速常超过每小时180 km，由中心到台风边缘风速逐渐减弱。 龙卷风是一
12、股急速上升的旋转气流，呈漏斗状，移动速度通常超过每小时300km。2.2.风灾风灾 在台风和龙卷风发生的同时一般会引发风暴潮、巨浪和强暴雨等次生灾害。2.2.风灾风灾 台风灾害链2.2.风灾风灾 工程领域中最著名的风灾破坏为美国Tacoma悬索桥的风毁事件。 对于高层建筑、大跨结构、柔性大跨桥梁、输电塔和渡槽等受风面积大的柔性结构，抗风设计与抗震设计具有同等的重要意义。3.3.洪水灾害洪水灾害 2004年8月，孟加拉国因洪水，死亡的人数达到703人。2005年2月，巴基斯坦持续了多日的洪水和雪崩灾害，已造成500多人死亡，2000多人失踪，数万人无家可归。 2005年31日至6月1日，湖南、贵
13、州、四川等省部分地区降暴雨，局部特大暴雨，引发了不同程度的山洪灾害，已造成三圣农作物受灾21.7万公顷，房屋倒塌3.62万间，至少死亡68人，失踪53人。下图为1998年我国洪水肆虐的情景。3.3.洪水灾害洪水灾害 1998年洪水4.4.地质灾害地质灾害 地质灾害包括滑坡、泥石流和沙土液化等。 地质灾害的发生一般存在诱因。滑坡和泥石流一般由暴雨诱发；沙土液化通常由地震引起。 滑坡的防治有三种方法：锚杆加固法、建立护坡或挡土墙、降低坡度法。 土壤液化一般发生在含水率较高、沙土含量较大的土壤，在遭受地震时发生的一种土壤喷沙冒水现象。4.4.地质灾害地质灾害 2004年5月29日18时至30日凌晨4
14、 时,贵州省六盘水市水城县金盆乡营盘村鱼岭组一带出现150mm的强降雨，在长达3个多小时强降雨的影响下发生滑坡，造成3户村民（共20人，其中4人逃生）房屋被掩埋，11人死亡，重伤4人，轻伤1人。4.4.地质灾害地质灾害 2004年9月10日四川凉山州德昌县乐跃沟泥石流灾害4.4.地质灾害地质灾害 2004年8月中旬“云娜”台风登陆东部海岸，导致浙江温州高强度降雨，过程雨量达916mm，激发了大范围泥石流和山洪，在浙江省温州市乐清市北部山区3个乡镇造成了重现期百年以上的重大灾害。台风暴雨引发的泥石流在台湾地区非常普遍，但在大陆地区造成严重灾害的还是第一次.4.4.地质灾害地质灾害 2004年7月
15、5日和7月19日德宏、盈江、腾冲泥石流灾害。 2004年7月4日22：30至5日20：30，德宏州盈江县、陇川县和瑞丽市普降暴雨，爆发多处泥石流、滑坡和山洪，死亡17人，死亡家畜4200多头，死亡家禽2万多只，损毁房屋2万间，受灾人口17.4万人，直接经济损失5.3亿元。4.4.地质灾害地质灾害 在山区，由于选址不当而导致大量人员死亡的实例很多，一般位于泥石流危险区的房屋被冲毁，造成群发性的死亡。4.4.地质灾害地质灾害4.4.地质灾害地质灾害 坡面型泥石流坡面型泥石流4.4.地质灾害地质灾害 沟谷型泥石流沟谷型泥石流4.4.地质灾害地质灾害 滑坡防治工程控制工程抑制工程减重工程地表排水工程地
16、下排水工程反压工程河道工程浅层地下排水工程深层地下排水工程排集水井双层排水沟边坡渗沟平孔排水平孔排水排水隧洞桩工程大直径就地灌注桩工程锚索工程挡土墙工程5.5.人为灾害人为灾害 人为灾害 主要是由于管理失误或漠视安全生产造成的，如火灾、工程腐蚀和一些存在设计缺陷、施工质量差的豆腐渣工程。5.5.人为灾害人为灾害 闵行莲花河畔小区在建13层住宅楼全部倒塌上海市莲花南路莲花河畔小区一幢在建13层楼房倒塌。事发后，不少购买此处房产的业主纷纷赶到小区附近，面对一夜间突然少了一幢楼，有业主当场激动地大喊“退房”。 5.5.人为灾害人为灾害 1.1.技术方面：技术方面： 地质资料勘察严重失误，或根本没有进
17、行勘察； 地基承载力不够，同时基础设计又严重失误； 结构方案、结构计算或结构施工图有重大错误，或凭“经验”、“想象”设计，无图施工； 材料和半成品的质量严重低劣； 施工和安装过程中偷工减料，粗制滥造； 施工的技术方案和措施中有重大失误； 使用中盲目增加使用荷载，随意变更使用环境和使用状态； 任意对已建成工程打洞、拆墙、移柱、改扩建、加层。5.5.人为灾害人为灾害 2.2.管理方面管理方面 由非相应资质的设计、施工单位（甚至无营业执照的设计、施工单位）进行设计，施工； 建筑市场混乱无序，出现前述的“六无”工程项目； “层层分包”现象普遍，使设计、施工的管理处于严重失控状态； 企业经营思想不正，片
18、面追求利润、产值，没有建立可靠的质量保证制度； 无固定技工队伍，技术工人和管理人员素质太低。6.6.灾害损失的严重性灾害损失的严重性 11有效损失(SD)其他灾害5%地震10%3干旱22%1洪水33%2热带风暴30%1SD 年国民生产总值1% 33/476.6.灾害损失的严重性灾害损失的严重性 1AF 受灾地区或国家总人数1%12 6.6.灾害损失的严重性灾害损失的严重性 死亡人数(ND)1洪水26%2热带风暴19%3流行病17%地震13%滑坡7%暴气6%其他灾害9%干旱3%1ND 100人13 35/476.6.灾害损失的严重性灾害损失的严重性 如何抗灾、防灾、和救灾及灾害损失评价，成为近年
19、来倍受土木工程界关注和重点研究的课题。 许多灾害的发生具有相关关系，如洪水会引发泥石流等地质灾害。南京大学的史培军将灾害之间的相关关系归纳为灾害链 7. 7.灾害材料学灾害材料学 工程结构的抗灾研究中，首要关注的是材料受灾后的性能变化，即灾害对材料物理力学性能的影响，也即材料在灾害作用下的损伤等。 灾害材料学一般涉及到土木工程材料的一般力学性能： 混凝土的内部裂缝和破坏机理、钢筋的内部结构破坏机理、砌体的一般破坏机理等。 动力荷载对材料的影响，如钢筋的疲劳、冲击荷载对混凝土和钢筋的作用。 火灾对材料性能的影响，如对混凝土或钢筋的影响、 对混凝土与钢筋间粘结力的影响等。 冰冻对材料性能的影响，如受冻混凝土的力学性能。 腐蚀对材料性能的影响等。8.8.结构灾害检测结构灾害检测 检测的程序为：检测任务委托，收集原设计图纸及竣工图，外观检测，材料检测，构件变形及现有强度评估。 混凝土和砌体结构的检测除了现场观察结构是否出现真实结构裂缝，通常需要先根据图纸数据，进行理想结构的受力分析。 结构检测报告一般包括：现状调查，图纸核对，材料强度鉴定，承载能力验算等。9.9.防治措施防治措施 锚索抗滑桩锚索抗滑桩9.9.防治措施防治措施 锚索地梁锚索地梁9.9.防治措施防治措施锚索框架锚索框架9.9.防治措施防治措施 悬臂式抗滑桩悬臂式抗滑桩谢谢 谢！谢！
