土木工程與自然災(zāi)害

1、防災(zāi)減災(zāi)工程及防護工程學(xué)科是土木工程學(xué)科中的邊緣學(xué)科，其核心內(nèi)容 為地震工程、抗風(fēng)工程、抗火工程和抗爆工程等。主要研究領(lǐng)域有兩個：一是 土木工程結(jié)構(gòu)抗震研究的基礎(chǔ)問題 二吉構(gòu)輸入地震動參數(shù)的研究。主要研究內(nèi)容 包括：近場波動數(shù)值模擬及并行計算技術(shù)；近斷層強震動的模擬；局部場地對 地震動的影響；地震動空間相關(guān)性等；另一個為工程結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)（包括抗 震、抗風(fēng)、抗火等）理論及應(yīng)用技術(shù)的研究。主要研究內(nèi)容包括：鋼結(jié)構(gòu)在地 震荷載作用下的破壞機理及抗震設(shè)計對策；特殊和復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計 理論與應(yīng)用等。防災(zāi)減災(zāi)的重大意義我國是世界上自然災(zāi)害最為嚴重的國家之一，災(zāi)害種類多、分布地域廣、 發(fā)生頻率高、造

2、成損失重。在全球氣候變化和我國經(jīng)濟社會快速發(fā)展的背景 下，近年來，我國自然災(zāi)害損失不斷增加，重大自然災(zāi)害乃至巨災(zāi)時有發(fā)生， 我國面臨的自然災(zāi)害形勢嚴峻復(fù)雜，災(zāi)害風(fēng)險進一步加劇。由此可見，防災(zāi)減 災(zāi)在我國有多么重大的意義。我國是世界上自然災(zāi)害種類最多的國家，國家科委國家計委國家經(jīng)貿(mào)委自 然災(zāi)害綜合研究組將自然災(zāi)害分為七大類：氣象災(zāi)害、海洋災(zāi)害、洪水災(zāi)害、 地質(zhì)災(zāi)害、地震災(zāi)害、農(nóng)作物生物災(zāi)害和森林生物災(zāi)害和森林火災(zāi) .下面著重介 紹一下地質(zhì)災(zāi)害。自然變異和人為的作用都可能導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境或地質(zhì)體發(fā)生變化，當這種變 化達到一定程度時，所產(chǎn)生的諸如滑坡、泥石流、地面下降、地面塌陷、巖石 膨脹、沙土液化、土

3、地凍融、土壤鹽漬化、土地沙漠化以及地震、火山、地?zé)?害等后果，會給人類和社會造成危害。將這種現(xiàn)象稱為地質(zhì)危害。地質(zhì)危害也 包括派生的災(zāi)害。（一）泥石流。泥石流是在山區(qū)溝谷中，因暴雨、冰雪融化等水源激發(fā) 的、含有大量泥沙石塊的特殊洪流。泥石流的形成：必須同時具備以下三個條件：陡峻的便于集水、集物的地 形地貌；豐富的松散物質(zhì)；短時間內(nèi)有大量的水源。泥石流按期物質(zhì)成分可分 為三類：由大量粘性土和粒徑不等的砂粒、石塊組成的叫泥石流；以粘性土為主，含少量粘粒、石塊、粘度大，成稠泥狀的叫泥流；由水和大小不等的砂 粒、石塊組成的叫水石流。泥石流的危害：對居民點的危害；對公路、鐵路的危害；對水利、水電工 程的

4、危害；對礦山的危害；（二）滑坡?；律系膸r石山體由于種種原因在重力作用下沿一定的軟弱 面（或軟弱帶）整體地向下滑動的現(xiàn)象叫滑坡。俗稱 “走山 ”跨“山 ”土“溜”等?；碌臈l件：斜坡巖、土只有被各種構(gòu)造面切割分離成部連續(xù)狀態(tài)時，才 可能具備向下滑動的條件。滑坡的活動強度：主要與滑坡的規(guī)模、滑坡速度、 滑坡距離及其蓄積的位能和產(chǎn)生的動能有關(guān)。滑坡的活動時間：主要與誘發(fā)滑坡的各種外界因素有關(guān)，如地震、降雨、 凍融、海嘯、風(fēng)暴潮及人類活動等。滑坡災(zāi)害的治理：如在坡頂筑截水排水溝，裂縫回填，建造排水隧洞及坡 面排水孔、削坡、壓腳等措施；還有就是開展抗滑工程。（三）崩塌。崩塌也叫崩落、垮塌或塌方，是陡坡

5、上的巖體在重力作用下 突然脫離母體崩落、滾動、堆積在坡腳（或溝巖）的地質(zhì)現(xiàn)象。按崩塌體物質(zhì) 的組成，崩塌可分為土甭和巖崩兩大類。崩塌的活動時間：崩塌一般發(fā)生在暴雨及較長時間連續(xù)降雨過程中或稍后 一段時間；強烈地過程中；開挖坡腳過程中之中或稍后一段時間；水庫蓄水初 期及河流洪峰期；強烈的機械振動及大爆破之后。崩塌的地域性：西南地區(qū)為我國崩塌分布的主要地區(qū)。（四）地面下沉。 地面下沉是由于長期干旱，使地下水位降低，加之過量開采地下水等導(dǎo)致的地 殼變形現(xiàn)象。（五）地震。地震是一種破壞力極大的自然災(zāi)害。除了地震直接引起的山 崩、地裂、房倒屋塌之外，還會引起火災(zāi)、水災(zāi)、爆炸、滑坡、泥石流、毒氣 蔓延、瘟

6、疫等次生災(zāi)害。災(zāi)害的影響：飲用水供應(yīng)系統(tǒng)被破壞、食物短缺、燃料短缺、水體污染、 居住條件被破壞、人口遷徙等。正因為我國自然災(zāi)害頻發(fā)，如何抗災(zāi)減災(zāi)成了無法忽視的重大問題，而土 木工程對于抗災(zāi)減災(zāi)有著十分重要的作用，比如說抗震：1.剛性結(jié)構(gòu)提高建筑物的抗震性能在日本許多高層公寓開始銷售不久即告罄。一個重要因素是這些高層公寓 多半與高層寫字樓作了同等水平的抗震設(shè)計。一座號稱日本最高的公寓，使用 了與美國紐約世界貿(mào)易中心相同的鋼管，確保了抗震強度。這種鋼管的直徑最 大達 800毫米，厚度達 40毫米，而且鋼管中還注入了比通常混凝土強度高 3 倍 的高強度混凝土，該公寓共使用這種鋼管 168 根。另外，

7、該公寓還使用了剛性 結(jié)構(gòu)抗震體。通常高層公寓柔性結(jié)構(gòu)為主流，靠整個建筑來減弱地震引起的搖 動，但在強風(fēng)刮過來時，樓的結(jié)構(gòu)也會發(fā)生一定的搖動。采取了剛性結(jié)構(gòu)后， 搖動大大降低。如遇阪神大地震級別的地震發(fā)生時，柔性結(jié)構(gòu)的建筑一般要搖 動 1 米左右，而剛性結(jié)構(gòu)建筑只搖動 30 厘米。2使用橡膠提高建筑物的抗震性能在日本東京一座免震結(jié)構(gòu)公寓高達 93 米，建筑物的外圍使用了新研制的高 強度 16 積層橡膠，建筑物的中央部分使用了天然橡膠系統(tǒng)的積層橡膠。這樣， 在裂度為 6 的地震發(fā)生時，就可將建筑物的受力減少至二分之一。一種超高層 樓房用抗震裝置，使用的是類似橡膠的黏彈性體，該裝置可將強風(fēng)造成的搖動

8、 減輕 40%，同時也可提高抗震能力。3“局部浮力 ”的抗震系統(tǒng)近日日本開發(fā)了一種名為 “局部浮力 ”的抗震系統(tǒng)，即在傳統(tǒng)抗震構(gòu)造基礎(chǔ) 上借助于水的浮力支撐整個建筑物。據(jù)日本媒體報道，普通抗震結(jié)構(gòu)把建筑物 的上層結(jié)構(gòu)與地基分離開，以中間加入橡膠夾層和阻尼器的方式支撐建筑物。 相比之下， “局部浮力 ”系統(tǒng)在上層結(jié)構(gòu)與地基之間設(shè)置貯水槽，建筑物受到水 的浮力支撐。水的浮力承擔(dān)建筑物大約一半重量，既減輕了地基的承重負荷， 又可以把隔震橡膠小型化，降低支撐構(gòu)造部分的剛性，從而提高與地基間的絕 緣性。地震發(fā)生時，由于浮力作用延長了固有振蕩周期，即晃動一次所需時 間，建筑物晃動的加速度得以降低。 6到 8層建筑物的固有周期最大可以達到 5 秒以上。因此，在城市海灣沿岸等地層柔軟地帶也可以獲得較好抗震效果。此 外，貯水槽內(nèi)貯存的水在發(fā)生火災(zāi)時可用于滅火，地震發(fā)生后可作為臨時生活 用水。這一系統(tǒng)成本并不算高。以 8 層樓醫(yī)院為例，成本比普通抗震系統(tǒng)高出 大約 2。4“滑動體 ”基礎(chǔ)提高建筑物抗震性能獨戶、古舊建筑獨戶建筑與高層樓房相比整體重量輕，積層橡膠不起作 用。有效的抗震方法是在建筑物與基