土木工程災(zāi)害

1、第13章土木工程災(zāi)害及防治第13章 土木工程災(zāi)害及防治 13.1 土木工程災(zāi)害概述 13.2 地震災(zāi)害及防治 13.3 風(fēng)災(zāi)及防治 13.4 火災(zāi)及防治 13.5 地質(zhì)災(zāi)害及防治 13.6 結(jié)構(gòu)的檢測與加固13.1 土木工程災(zāi)害概述土木工程災(zāi)害，是指由于人們不當(dāng)?shù)闹R(shí)選址、設(shè)計(jì)、施工、使用和維護(hù)導(dǎo)致所建造的土木工程不能抵御突發(fā)的載荷，而致使土木工程失效和破壞，乃至倒塌而造成的災(zāi)害。這些土木工程包括所有的建筑，地上和地下的土木設(shè)施，鐵路、水庫、隧道以及各種港口、礦山和工廠等。 從災(zāi)害形成機(jī)制來看，無論是發(fā)生原因還是表現(xiàn)形式可歸屬為兩大類，即自然災(zāi)害和人為災(zāi)害。 自然災(zāi)害 自然災(zāi)害是自然界中物質(zhì)變

2、化、運(yùn)動(dòng)造成的損害，包括地震災(zāi)害、風(fēng)災(zāi)害、洪水災(zāi)害、泥石流災(zāi)害、蟲災(zāi)（有些地區(qū)白蟻成災(zāi)，對(duì)木結(jié)構(gòu)房屋、橋梁損害極大）等。如2008年5月12日，四川汶川地震。人為災(zāi)害 人為災(zāi)害是由于人的過錯(cuò)或某些喪失理性的失控行為給人類自身造成的損害，包括火災(zāi)、爆炸、地陷以及不當(dāng)工程設(shè)施對(duì)環(huán)境造成隱患等。如2001年9月11日，美國紐約世界貿(mào)易中心大廈在飛機(jī)撞擊后起火、整體倒塌 。土木工程災(zāi)害的基本防治對(duì)策和措施（一）災(zāi)害監(jiān)測 主要有衛(wèi)星與航空遙感監(jiān)測、深部或地下孔點(diǎn)監(jiān)測、水面和水下監(jiān)測、政府部門與群眾哨卡監(jiān)測等方式。 災(zāi)害預(yù)報(bào) 通?？梢苑譃榻陬A(yù)報(bào)、中期預(yù)報(bào)和長期預(yù)報(bào)。 防災(zāi) 主要有規(guī)劃性防災(zāi)、工程性防災(zāi)、

3、技術(shù)性防災(zāi)、轉(zhuǎn)移性防災(zāi)和非工程性防災(zāi)等措施。土木工程災(zāi)害的基本防治對(duì)策和措施（二）抗災(zāi) 包括工程結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)與工程結(jié)構(gòu)在受災(zāi)后的檢測與加固等。 救災(zāi) 主要是災(zāi)害已經(jīng)開始后采取的最緊迫的減災(zāi)措施。 災(zāi)后重建與恢復(fù)生產(chǎn) 遭受毀滅性的自然災(zāi)害之后建設(shè)。 13.2 地震災(zāi)害及防治 地震又稱地動(dòng)、地振動(dòng)，是地殼在某處巖層突然破裂，或因局部巖層坍塌、火山噴發(fā)等內(nèi)、外營力作用下，集聚的構(gòu)造應(yīng)力突然釋放，產(chǎn)生的震動(dòng)彈性波從震源向四周傳播引起地面的顛簸和搖動(dòng)。地震的類型 構(gòu)造地震 由于地殼運(yùn)動(dòng)，推擠地殼巖層使其薄弱部位發(fā)生斷裂錯(cuò)動(dòng)而引起的地震，亦稱“斷層地震”。 火山地震 火山巖漿向上噴出時(shí)的沖力很猛烈，能激起地

4、面的振動(dòng)，從而產(chǎn)生的地震。陷落地震 地表或地下巖層因洞穴大規(guī)模陷落和崩塌而引起的地震。 誘發(fā)地震 由于水庫蓄水或深井注水等引起的地面振動(dòng)。世界火山及地震帶分布示意圖 中國火山及地震帶分布示意圖 地震的直接和間接災(zāi)害 減輕地震災(zāi)害的對(duì)策 地震預(yù)測預(yù)報(bào) 根據(jù)地震地質(zhì)、地震活動(dòng)性、地震前兆異常和環(huán)境等因素，通過多種科學(xué)手段，作出可能發(fā)生地震的預(yù)報(bào)。地震轉(zhuǎn)移、分散 把可能在城市發(fā)生的大地震，誘發(fā)至荒無人煙的山區(qū)或遠(yuǎn)離大陸的深海，或通過能量釋放把一次破壞性的大地震化為無數(shù)次非破壞性的小震。工程抗震 通過工程技術(shù)提高城市綜合抗御地震的能力，同時(shí)提高各類建筑的耐震性能。我國抗震設(shè)防的目標(biāo)在遭受低于本地區(qū)設(shè)防

5、烈度的多遇地震影響時(shí)建筑物一般不受損失或不需修理仍可繼續(xù)使用在遭受本地區(qū)規(guī)定的設(shè)防烈度的地震影響時(shí)建筑物（包括結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)部分）可能有一定損壞，但不致危及人民生命和生產(chǎn)設(shè)備安全，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用在遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的預(yù)估罕遇地震影響時(shí)建筑物不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞抗震設(shè)計(jì)的基本要求（一）場地的選擇 選擇建筑場地時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程需要，掌握地震活動(dòng)情況、工程地質(zhì)和地震地質(zhì)的有關(guān)資料，作出綜合分析。 地基和基礎(chǔ) 同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基土上，也不宜部分采用天然地基，部分采用樁基，防止地震引起的動(dòng)態(tài)和永久的不均勻變形。 建筑的平面和立面布置 建筑的平面和立面布

6、置宜對(duì)稱、規(guī)則，力求使質(zhì)量和剛度變化均勻，避免突然的變化。 抗震設(shè)計(jì)的基本要求 （二）抗震結(jié)構(gòu)體系 抗震設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的最關(guān)鍵問題，應(yīng)根據(jù)建筑的重要性、設(shè)防烈度、房屋高度、場地、地基、基礎(chǔ)、材料和施工等因素，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件比較綜合確定。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件及連接 結(jié)構(gòu)及構(gòu)件應(yīng)有良好的延性，力求避免脆性破壞或失穩(wěn)破壞。連接及支撐系統(tǒng)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和整體性?？拐鹪O(shè)計(jì)的基本要求 （三）非結(jié)構(gòu)構(gòu)件 附著于樓、屋面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)有可靠的連接或錨固，圍護(hù)墻應(yīng)考慮對(duì)主體結(jié)構(gòu)抗震有利或不利的影響，幕墻、裝飾貼面與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)有靠的連接。隔震與消能 根據(jù)建筑抗震設(shè)防類別等，經(jīng)對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可

7、行性的綜合對(duì)比分析后確定。材料與施工 除對(duì)材料和施工的一般要求外，抗震結(jié)構(gòu)對(duì)材料和施工質(zhì)量的要求應(yīng)保證切實(shí)執(zhí)行。13.3 風(fēng)災(zāi)及防治 風(fēng)是大氣層中空氣的運(yùn)動(dòng)。由于地球表面不同地區(qū)的大氣層所吸收的太陽能量不同，造成了各地空氣溫度的差異，從而產(chǎn)生氣壓差，氣壓差驅(qū)動(dòng)空氣從氣壓高的地方向氣壓低的地方流動(dòng)，這就形成了風(fēng)。自然界中常見的風(fēng)包括陣風(fēng)、旋風(fēng)、海陸風(fēng)、龍卷風(fēng)、山谷風(fēng)、臺(tái)風(fēng)、焚風(fēng)、季風(fēng)、干熱風(fēng)等。常見導(dǎo)致災(zāi)害的風(fēng)型 暴風(fēng)是急驟的大風(fēng)，可以帶來風(fēng)暴，風(fēng)速為103117公里/小時(shí)。 臺(tái)風(fēng)過境時(shí)常常帶來狂風(fēng)暴雨天氣，引起海面巨浪，嚴(yán)重威脅航海安全。 龍卷風(fēng)的直徑一般在十幾米到數(shù)百米之間 ，在中心附近的風(fēng)

8、速可達(dá)100-200米/秒。 2009年6月3日永城市暴風(fēng)災(zāi)害 2009年莫拉克臺(tái)風(fēng)災(zāi)害 1999年5月3日俄克拉荷馬州龍卷風(fēng)災(zāi)害 結(jié)構(gòu)物的風(fēng)災(zāi)害 建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì) 風(fēng)荷載是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的重要荷載，風(fēng)荷載包括靜荷載和動(dòng)荷載。在現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中，風(fēng)荷載是用基本風(fēng)壓乘以風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)荷載體型系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)來確定的，由于建筑結(jié)構(gòu)的形式多樣和建筑結(jié)構(gòu)群的大量涌現(xiàn)，規(guī)范中的條文很難完全符合實(shí)際的情況。因此，主要依靠風(fēng)洞試驗(yàn)來解決，特別是近年來高頻動(dòng)態(tài)底座天平技術(shù)的應(yīng)用，較好地解決了動(dòng)荷載的測量問題。 橋梁結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì) 橋梁穩(wěn)定性的研究包括靜力穩(wěn)定性和動(dòng)力穩(wěn)定性兩個(gè)方面。扭轉(zhuǎn)發(fā)散是

9、橋梁典型的一種靜力穩(wěn)定性問題，顫振和抖振是橋梁最主要的兩種動(dòng)力穩(wěn)定性問題?？諝忪o力失穩(wěn)就是指結(jié)構(gòu)在給定風(fēng)速作用下，主梁發(fā)生側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)荷載的改變，并反過來增大結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)、最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。橋梁的顫振是指在氣動(dòng)力、彈性力和慣性力的禍合作用下橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一種發(fā)散的振動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致橋梁的倒塌。橋梁的抖振是指在風(fēng)湍流的作用下橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一種強(qiáng)迫振動(dòng)。 工程結(jié)構(gòu)風(fēng)致振動(dòng)控制 主動(dòng)控制 由外加能源的控制，其控制力是控制裝置按最優(yōu)控制規(guī)律，由外加能源主動(dòng)施加的。 被動(dòng)控制技術(shù) 被動(dòng)控制無需外部能源的加人，其控制力是控制裝置隨結(jié)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)而被動(dòng)產(chǎn)生的。 混合控制技術(shù) 混合控制就是主動(dòng)控制和被動(dòng)控

10、制的結(jié)合。 半主動(dòng)控制技術(shù) 結(jié)合了主動(dòng)控制系統(tǒng)與被動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，既具有被動(dòng)控制的可靠性又具有主動(dòng)控制系統(tǒng)的強(qiáng)適應(yīng)性。 13.4 火災(zāi)及防治 火災(zāi)是指在時(shí)間和空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一。 根據(jù)可燃物的類型和燃燒特性火災(zāi)分類（一） A類火災(zāi) 固體物質(zhì)火災(zāi)。如木材、煤、棉、毛、紙張、麻等火災(zāi)。 B類火災(zāi) 液體或可熔化的固體物質(zhì)火災(zāi)。如煤油、柴油、原油，甲醇、乙醇、瀝青、石蠟等火災(zāi)。 C類火災(zāi) 氣體火災(zāi)。如煤氣、甲烷、乙烷、丙烷、天然氣、氫氣等火災(zāi)。 根據(jù)可燃物的類型和燃燒特性火災(zāi)分類（二） D類火災(zāi) 指金屬火災(zāi)。如鉀

11、、鈉、鎂、鋁鎂合金等火災(zāi)。 E類火災(zāi) 帶電火災(zāi)。物體帶電燃燒的火災(zāi)。 F類火災(zāi) 烹飪器具內(nèi)的烹飪物（如動(dòng)植物油脂）火災(zāi)。 建筑火災(zāi)擴(kuò)散的途徑 火災(zāi)向橫向延燒，即建筑物內(nèi)門洞部位的分隔構(gòu)件和構(gòu)筑材料在火災(zāi)的熱力作用下失效，使火勢沿橫向發(fā)展；火災(zāi)向豎向延燒，即火勢朝天棚頂部延燒，火勢由窗口向上延燒，火勢通過豎井?dāng)U大；火災(zāi)向建筑構(gòu)造、構(gòu)件薄弱部位延燒。 2003年湖南衡陽衡州大廈火災(zāi)建筑物防火措施（一） 耐火等級(jí)和材料選擇 按建筑常用結(jié)構(gòu)類型的耐火能力劃分為四個(gè)耐火等級(jí) ，而建筑物應(yīng)根據(jù)其耐火等級(jí)來選定構(gòu)件材料和構(gòu)造方式。設(shè)計(jì)時(shí)須保證主體結(jié)構(gòu)的耐火穩(wěn)定性，以贏得足夠的疏散時(shí)間，并使建筑物在火災(zāi)過后易

12、于修復(fù)。 防火間距和防火分區(qū) 防火間距是為防止火勢通過輻射熱等方式蔓延，建筑物之間應(yīng)保持一定間距。建筑中為阻止煙火蔓延必須進(jìn)行防火分區(qū)，即采用防火墻等把建筑劃為若干區(qū)域。 建筑物防火措施（二） 安全疏散和通風(fēng)排煙 一般建筑起火后約1015分鐘開始蔓延，可通過電話等人工報(bào)警和消火栓滅火。在大型公共建筑、高層建筑、地下建筑以及起火危險(xiǎn)性大的廠房、庫房內(nèi)，還應(yīng)設(shè)置自動(dòng)報(bào)警裝置和自動(dòng)滅火裝置。報(bào)警系統(tǒng)和滅火裝置 防火墻能在火災(zāi)初期和撲救火災(zāi)過程中，將火災(zāi)有效地限制在一定空間內(nèi)，阻斷在防火墻一側(cè)而不蔓延到另一側(cè)。設(shè)置防火門的部位，一般為疏散門或安全出口。 13.5 地質(zhì)災(zāi)害及防治 地質(zhì)災(zāi)害包括自然因素或

13、者人為活動(dòng)引發(fā)的危害人類生命和財(cái)產(chǎn)安全的崩塌、滑坡、泥石流、地裂縫、水土流失、土地沙漠化及沼澤化、土壤鹽堿化等，特別是大規(guī)模的森林采伐、無節(jié)制的植被破壞、人工建筑及工程對(duì)環(huán)境的破壞等人為因素是防治重點(diǎn)。 滑坡 滑坡是指斜坡上的土體或者巖體，受河流沖刷、地下水活動(dòng)、地震及人工切坡等因素影響，在重力的作用下，沿著一定的軟弱面或者軟弱帶，整體地或者分散地順坡向下滑動(dòng)的自然現(xiàn)象。 2010年6月28日貴州關(guān)嶺縣大寨村山體滑坡 滑坡防治 抗滑工程 主要有擋墻、抗滑樁、錨桿（索）和支撐工程等。 表里排水 表里排水包括排除地表水和地下水。削坡減荷 將較陡的邊坡減緩或?qū)⒒麦w后緣的巖土體削去一部分。 其他方法

14、 防沖護(hù)坡 、土質(zhì)改良 、防御繞避等。崩塌 崩塌（崩落、垮塌或塌方）是較陡斜坡上的巖土體在重力作用下突然脫離母體崩落、滾動(dòng)、堆積在坡腳（或溝谷）的地質(zhì)現(xiàn)象。產(chǎn)生在土體中者稱土崩，產(chǎn)生在巖體中者稱巖崩。規(guī)模巨大、涉及到山體者稱山崩。 2010年3月10日陜西省榆林市子洲縣黃土崩塌崩塌防治同滑坡防治 抗滑工程 主要有擋墻、抗滑樁、錨桿（索）和支撐工程等。 表里排水 表里排水包括排除地表水和地下水。削坡減荷 將較陡的邊坡減緩或?qū)⒒麦w后緣的巖土體削去一部分。 其他方法 防沖護(hù)坡 、土質(zhì)改良 、防御繞避等。泥石流 泥石流是指在山區(qū)或者其他溝谷深壑，地形險(xiǎn)峻的地區(qū)，因?yàn)楸┯瓯┭┗蚱渌匀粸?zāi)害引發(fā)的山體滑

15、坡并攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物質(zhì)容量大和破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)。在適當(dāng)?shù)牡匦螚l件下，大量的水體浸透山坡或溝床中的固體堆積物質(zhì)，使其穩(wěn)定性降低，飽含水分的固體堆積物質(zhì)在自身重力作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)，就形成了泥石流。 2010年8月7日甘肅舟曲縣泥石流災(zāi)害 泥石流防治 蓄水、引水工程 調(diào)洪水庫、截水溝和引水渠等。 支擋工程 擋土墻、護(hù)坡等。 攔擋工程 攔擋泥石流的壩體等。 排導(dǎo)工程 排導(dǎo)溝、渡槽、急流槽、導(dǎo)流堤等。 儲(chǔ)淤工程 攔淤庫和儲(chǔ)淤場等。 生物措施 恢復(fù)或培育植被，合理耕牧等。 地面沉降 地面沉降又稱為地面下沉或地陷。它是在人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響下，由于地下松散地層固結(jié)壓縮，導(dǎo)致地殼表面標(biāo)高降低的一種局部的下降運(yùn)動(dòng)（或工程地質(zhì)現(xiàn)象）。西安城墻不均勻沉降導(dǎo)致墻體裂縫地面沉降防治 在沿海低平原地帶修筑或加高擋潮堤、防洪堤。改造低洼地形，人工填土加高地面。 改建城市給、排水系統(tǒng)和輸油、氣管線。修改城市建設(shè)規(guī)劃，調(diào)整城市功能分區(qū)及總體布局。 人工補(bǔ)給地下水（人工回灌），限制地下水開采。 13.6結(jié)構(gòu)的檢測與加固 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的檢測是結(jié)構(gòu)可靠性鑒定與耐久性評(píng)估的手段和基礎(chǔ)，是結(jié)構(gòu)加固的前提。而結(jié)構(gòu)加固是