土木工程概論第14章-土木工程防災(zāi)減災(zāi)課件

1、14.1 災(zāi)害的含義與類型14.1.1 災(zāi)害的含義災(zāi)害就是指那些由于自然的、人為的或人與自然的原因，對人類的生存和社會發(fā)展造成損害的各種現(xiàn)象。災(zāi)害是事物運動、變化、發(fā)展的一種極端表現(xiàn)形式，其特點是損害人類的利益、威脅人類的生存和持續(xù)發(fā)展。圖1 災(zāi)害天氣圖2 災(zāi)害救援第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi) 通常災(zāi)害是由自然原因和社會原因所引起。14.1.2 災(zāi)害的類型災(zāi)害自然原因地震風(fēng)災(zāi)洪水海嘯山崩泥石流山體滑坡缺水水質(zhì)和大氣污染火災(zāi)噪聲交通事故坑道坍陷地面下沉等社會原因第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi) 我們用一些圖片來簡單認識一些災(zāi)害：圖3 洪水圖4 滑坡圖5 地震圖6 海嘯第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi) 各

2、種災(zāi)害對人類的危害和破壞方式復(fù)雜多樣，但概括起來主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 例如1556年1月23日，陜西華縣、潼關(guān)大地震造成83萬人死亡；1976年7月28日河北省唐山大地震造成24.2萬人死亡；1970年1月5日云南通海強烈地震造成15621人死亡。自然災(zāi)害對房屋、公路、鐵路、橋梁、隧道、水利工程設(shè)施、電力工程設(shè)施、通信設(shè)施、城市公共設(shè)施以及機器設(shè)備、產(chǎn)品、材料、家庭財產(chǎn)、農(nóng)作物等常常造成嚴(yán)重破壞，其直接經(jīng)濟損失無疑是巨大的。環(huán)境惡化可以導(dǎo)致自然災(zāi)害，自然災(zāi)害又反過來促使環(huán)境進一步惡化。對人類必須的水土資源、礦產(chǎn)資源、生物資源、海洋資源等產(chǎn)生長遠的影響，進而威脅人類的生存與發(fā)展。1. 危及人

3、類生命2.造成經(jīng)濟損失3.破壞資源和環(huán)境第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)14.2 結(jié)構(gòu)抗災(zāi)、檢測和加固14.2.1 結(jié)構(gòu)抗災(zāi) 土木工程抗災(zāi)主要是工程結(jié)構(gòu)抗災(zāi)和工程結(jié)構(gòu)在受災(zāi)以后的檢測與加固等。 圖7 混凝土監(jiān)測圖8 橋梁加固第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)1.混凝土強度檢測 非破損檢測混凝土強度的方法是在不破壞結(jié)構(gòu)混凝土的前提下，通過儀器測得混凝土的某些物理特性，如測得硬化混凝土表面的回彈值或聲速在混凝土內(nèi)部的傳播速度等，按照相關(guān)關(guān)系推出混凝土強度指標(biāo)。14.2.2 工程結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)圖9 混凝土回彈監(jiān)測第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)Insert the title of your Presentatio

4、n hre2.混凝土碳化及鋼筋銹蝕監(jiān)測 混凝土碳化深度可利用酚酞試劑檢測，在混凝土構(gòu)件上鉆孔或鑿開斷面，涂抹酚酞試劑，根據(jù)顏色變化情況即可確定碳化深度。 混凝土中鋼筋銹蝕是一個電化學(xué)過程，鋼筋銹蝕會在表面產(chǎn)生腐蝕電流，利用儀器可測得電位變化情況，再根據(jù)鋼筋銹蝕程度與測量電位之間的關(guān)系，可以判斷鋼筋是否銹蝕及銹蝕程度。 圖10 酚酞試劑監(jiān)測圖11 鋼筋銹蝕監(jiān)測第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)3.砌體強度檢測 砌體強度檢測可采用實物取樣試驗，在墻體適當(dāng)部位切割試件，運至試驗室進行試壓，確定砌體實際抗壓強度。近些年，原位測定砌體強度技術(shù)有了較大發(fā)展，原位測定實際上是一種少破損或半破損的方法，試驗后砌體稍

5、加修補便可繼續(xù)使用。圖12 砌體強度現(xiàn)場監(jiān)測第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)4.鋼筋強度檢測及缺陷檢測 為了解已建鋼結(jié)構(gòu)鋼材的力學(xué)性能，最理想的方法是在結(jié)構(gòu)上截取試樣進行拉壓試驗。 鋼材的強度也可采用表面硬度法進行無損檢測，由硬度計端部的鋼球受壓時在鋼材表面留下的凹痕推斷鋼材的強度。鋼材和焊縫缺陷可用超聲波法檢測，其工作原理與檢測混凝土內(nèi)部缺陷相同。圖13 鋼筋拉壓試驗第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)14.2.3 工程結(jié)構(gòu)補強與加固 工程結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)滿足安全性、適用性、耐久性三項基本功能要求，當(dāng)結(jié)構(gòu)物存在的缺陷和損傷使得其喪失某項或幾項功能要求時，就應(yīng)進行補強或加固。補強與加固的主要方法(1)加大截面法

6、加大截面法是用加大結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面面積進行加固的一種方法，它不僅可以提高加固構(gòu)件的承載力，而且還可增大截面剛度。(2)外包鋼加固法 外包鋼加固法是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件四周包以型鋼的加固方法。這種方法可以在基本不增大構(gòu)件截面尺寸的情況下增加構(gòu)件承載力，提高構(gòu)件剛度和延性。(3)預(yù)應(yīng)力加固法 預(yù)應(yīng)力加固法采用外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿或撐桿對結(jié)構(gòu)進行加固，這種方法不僅可以提高構(gòu)件承載能力，減小構(gòu)件撓度，增大構(gòu)件抗裂度。第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)(4)改變傳力途徑加固法 改變傳力途徑加固法是通過增設(shè)支點或采用托梁拔柱的方法去改變結(jié)構(gòu)受力體系的一種加固方法。 (5)粘鋼加固法 粘鋼加固法是一種用膠結(jié)劑把鋼板粘貼在構(gòu)件外部進

7、行加固的方法。(6)化學(xué)灌漿法 化學(xué)灌漿法是用壓送設(shè)備將化學(xué)漿液灌入結(jié)構(gòu)裂縫的一種修補方法。灌入的化學(xué)漿液能修復(fù)裂縫，防銹補強，提高構(gòu)件的整體性和耐久性。(7)基礎(chǔ)換托與糾偏 對已有結(jié)構(gòu)物的地基和基礎(chǔ)進行加固稱為基礎(chǔ)托換。補強與加固的主要方法第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)14.3 我國地質(zhì)災(zāi)害及成災(zāi)特點 地質(zhì)災(zāi)害是指以地質(zhì)應(yīng)力為主要原因引起的自然災(zāi)害，即在地質(zhì)應(yīng)力作用下，自然環(huán)境惡化，造成人類生命財產(chǎn)損毀或人類賴以生存與發(fā)展的資源、環(huán)境發(fā)生嚴(yán)重破壞的現(xiàn)象或過程，由內(nèi)動力地質(zhì)作用、外動力地質(zhì)作用和人為地質(zhì)作用導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境變化形成的災(zāi)害。 地質(zhì)災(zāi)害是自然災(zāi)害的一種。它具有自然災(zāi)害的基本特征，主要表現(xiàn)

8、在它強調(diào)致災(zāi)的動力條件、強調(diào)災(zāi)害事件的后果。 根據(jù)定義分析，地質(zhì)災(zāi)害既是一種自然現(xiàn)象，又是一種社會經(jīng)濟現(xiàn)象。因此它既具有自然屬性，又具有社會經(jīng)濟屬性。第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)1.地震 地震就是地球表層的快速振動，在古代又稱為地動，是一種自然現(xiàn)象，即因為地下某處巖層突然破裂，或因為局部巖層坍塌、火山噴發(fā)等引起的振動以波的形式傳到地表引起地面的顛簸和搖動。 引起地球表層振動的原因很多，根據(jù)地震的成因，可以把地震分為構(gòu)造地震、火山地震、塌陷地震、誘發(fā)地震、人工地震。 我國地震災(zāi)害十分嚴(yán)重，且分布廣泛，其主要分布在五個區(qū)域：臺灣地區(qū)、西南地區(qū)、西北地區(qū)、華北地區(qū)、東南沿海地區(qū)和23條地震帶上。14

9、.3.1 中國地質(zhì)災(zāi)害概況第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)2.塌、滑坡、泥石流災(zāi)害 崩塌、滑坡、泥石流是廣泛分布在山地高原地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害。它們形成條件和活動規(guī)律相近，區(qū)域分布密切共生，所以常稱為崩滑流災(zāi)害。 我國崩滑流災(zāi)害十分嚴(yán)重，分布也十分廣泛，可以用一些圖片來對這些災(zāi)害進行簡單的了解。圖15 泥石流圖14 崩塌第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)3.巖溶崩塌 我國巖溶塌陷災(zāi)害也十分嚴(yán)重。廣泛發(fā)育在24個省(市、自治區(qū))，以桂、湘、黔、粵、冀、贛、滇等省(自治區(qū)) 最嚴(yán)重。從地理分布看，主要分布在長白山呂梁山四川盆地以東區(qū)域。該區(qū)域以秦嶺和淮河為界又可劃分為：以北為北方巖溶塌陷分布區(qū)，以南為南方巖溶塌陷

10、分布區(qū)。 巖溶塌陷的危害主要是破壞房屋、鐵路、水壩、電站等工程設(shè)施和城市、礦山、企業(yè)環(huán)境?？梢酝ㄟ^右圖大致了解巖溶崩塌的樣子。圖16 巖溶塌陷第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)4.地面沉降 目前我國發(fā)生地面沉降的城市大約有70個。從區(qū)域分布看，地面沉降活動主要發(fā)生在我國東部地區(qū)，尤其以沿海城市和華北平原等地區(qū)最嚴(yán)重。在該區(qū)域內(nèi)，發(fā)生地面沉降的城市或地區(qū)有的孤立存在，有的則密集成群或斷續(xù)相連，形成廣闊的地面沉降區(qū)(帶)。 地面沉降的主要危害有：嚴(yán)重破壞城市設(shè)施、妨礙城市建設(shè)、積水滯洪，水患和潮災(zāi)加劇洪水威脅。圖17 地面沉降第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)5.地裂縫災(zāi)害 我國地裂縫類型復(fù)雜，除伴隨地震、滑

11、坡、凍融以及特殊土的脹縮或濕陷活動產(chǎn)生的地裂縫外，主要是伴隨構(gòu)造蠕變活動而產(chǎn)生的構(gòu)造地裂縫。 主要的地裂帶有汾渭盆地地裂縫帶、太行山東麓傾斜平原地裂縫帶、大別山北麓地裂縫帶。圖18 地裂縫災(zāi)害 第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)6.海水入侵 海水入侵是由于濱海地區(qū)地下水動力條件發(fā)生嚴(yán)重變化，造成海水或高礦化咸水向大陸淡水含水層發(fā)生的入侵現(xiàn)象。海水入侵主要發(fā)生在城鎮(zhèn)、礦山地區(qū)，通常是由于開采或疏干地下水，使地下水水位持續(xù)大幅度下降形成的。其主要危害是破壞地下水水源，進而影響人民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。圖19 海水入侵造成鹽漬化第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)7.膨脹土的脹縮危害 膨脹土是一種脹縮能力極大的黏性土

12、，對工程建筑具有很大的破壞性。它使房屋等建筑地基發(fā)生變形，進一步引起房屋沉陷開裂；對鐵路、公路以及水利工程的危害也十分嚴(yán)重，導(dǎo)致路基變形，鐵軌移動，大壩開裂等，破壞了運輸安全和水利工程的正常運行。圖20 膨脹土脹縮破壞第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)14.3.2 地質(zhì)災(zāi)害及成災(zāi)特點(1)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量特別多,但單點災(zāi)害的危害范圍都比較小,因此是屬于漫布的“星點狀” 災(zāi)害。(2)在一定條件下，某些地質(zhì)災(zāi)害與其他自然災(zāi)害同時或連續(xù)發(fā)生，形成破壞比較嚴(yán)重的災(zāi)害群或災(zāi)害鏈。(3)地質(zhì)災(zāi)害分布廣泛，但不同地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育水平和成災(zāi)規(guī)模不同。(4)地質(zhì)災(zāi)害時間分布具有不規(guī)則的周期性和不斷嚴(yán)重化趨向。(5)中國地

13、質(zhì)災(zāi)害具有比較嚴(yán)重的潛在危險性。(6)人類活動和社會經(jīng)濟條件是地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)的重要組成部分。第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)14.4 土木工程的防災(zāi)減災(zāi)14.4.1 現(xiàn)代防災(zāi)系統(tǒng)簡介 現(xiàn)代減災(zāi)系統(tǒng)不再是簡單的災(zāi)害發(fā)生以后的搶險救災(zāi)，而是一個復(fù)雜的有機的系統(tǒng)工程，一般應(yīng)由三個相互聯(lián)系的子系統(tǒng)組成。即災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)報與評估，防災(zāi)、抗災(zāi)、救災(zāi)，安置與恢復(fù)、保險與援助、宣傳與立法。(1)災(zāi)害監(jiān)測是減災(zāi)工程的先導(dǎo)性措施。(2)災(zāi)害預(yù)報是減災(zāi)準(zhǔn)備和各項減災(zāi)行動的科學(xué)依據(jù)。(3)災(zāi)害評估是指對災(zāi)害規(guī)模及災(zāi)害破壞損失程度的估測與評定，災(zāi)害評估分為災(zāi)前預(yù)評估、災(zāi)時跟蹤評估、災(zāi)后終評估。第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)防災(zāi)措

14、施主要有以下三個方面：(1)災(zāi)前的防災(zāi)抗災(zāi) 主要是指按照設(shè)計規(guī)范進行相關(guān)設(shè)計，對已有防災(zāi)不達標(biāo)建筑進行加固。(2)災(zāi)害中的抗災(zāi)減災(zāi) 應(yīng)加強監(jiān)測工作，為災(zāi)害重建及土木工程防災(zāi)減災(zāi)科學(xué)的發(fā)展積累寶貴的資料，采取必要的抗災(zāi)減災(zāi)應(yīng)急措施。(3)災(zāi)后的恢復(fù)重建 指的是災(zāi)害根據(jù)災(zāi)害情況和以后的抗災(zāi)要求，統(tǒng)籌規(guī)劃、安排災(zāi)區(qū)的恢復(fù)重建工作。14.4.2 防災(zāi)措施第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)14.4.3 未來土木工程防災(zāi)減災(zāi)發(fā)展前景1.計算機輔助設(shè)計(CAD) 計算機輔助設(shè)計，簡稱CAD。目前由中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的PKPM系統(tǒng)是我國土木工程領(lǐng)域中應(yīng)用較廣的計算機輔助設(shè)計軟件。2.土木工程結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析與計算

15、 對土木工程結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析與計算是結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的重要組成部分，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員根據(jù)計算結(jié)果判斷所設(shè)計的結(jié)構(gòu)是否具有足夠的強度與剛度，是否能夠滿足規(guī)范規(guī)定的使用功能和承載能力的要求。第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)3.計算機輔助施工管理與專家系統(tǒng) 計算機輔助施工管理是使用計算機對施工企業(yè)進行現(xiàn)代化科學(xué)管理，不僅可以快速、有效、自動、系統(tǒng)地存儲、修改、查找及處理大量的數(shù)據(jù)，而且對施工過程中發(fā)生的施工進度的變化及可能的工程事故能夠進行跟蹤，以便迅速查明原因，采取相應(yīng)處理措施。 專家系統(tǒng)是指具有相當(dāng)于專家水平的知識，且能應(yīng)用這些知識去解決一些特定領(lǐng)域中較為復(fù)雜問題的計算機智能程序系統(tǒng)。4.模擬結(jié)構(gòu)試驗 在計算機上做模擬試驗，則可以進行足尺寸的試驗，還可以很方便地修改試驗參數(shù)。此外，有些結(jié)構(gòu)難于進行直接試驗，用計算機仿真就更能體現(xiàn)出優(yōu)越性，如汽車高速碰墻的檢驗試驗。第十四章 土木工程防災(zāi)、減災(zāi)5.計算機仿真在土木工程中的應(yīng)用(1)工程事故的反演分析 計算機仿真技術(shù)可以用于工程事故的反演，以便尋找事故的原因。如核電站、海洋平臺、高壩等大型結(jié)構(gòu)，一旦發(fā)生事故，損失巨大，又不可能做真實試驗來重演事故。計算機仿真則可用于反演，從而確切地分析事故原因。(2)施工過程的模擬仿真 利用計算機仿真技術(shù)可以在屏幕上把超高層建筑、大壩、大橋的施工的全過程預(yù)演出來