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這次會議是我市第一次防震減災工作會議。會議的主要任務是以科學發(fā)展觀為指導,認真分析全市防震減災工作形勢,全面部署今后工作任務。開好這次會議,對于進一步認清形勢,統(tǒng)一思想,明確任務,把我市防震減災工作提高到一個新的水平,具有十分重要的意義。
省地震局對我市防震減災工作十分關心,王建榮局長專程前來指導,并作了重要講話,對我們進一步做好防震減災工作提出了具體要求。在此,我代表市人民政府對王建榮局長一行的到來,表示熱烈的歡迎!剛才,市地震臺吳小勇副臺長作了一個很好的分析報告,銅鼓縣作了經驗介紹,為我們下一步開展工作提供了很好的借鑒,希望大家按照會議的總體要求特別是王建榮局長的講話精神,認真抓好貫徹落實。下面,我講幾點意見:
一、認清形勢,統(tǒng)一思想,進一步增強做好防震減災工作的責任感和緊迫感
近年來,在市委、市政府的正確領導下,通過各地各有關部門和廣大地震工作者的共同努力,我市防震減災工作取得了明顯成效。
一是各級政府防震減災工作職能進一步明確。市政府成立了防震減災工作領導小組,下發(fā)了《關于切實加強防震減災工作的意見》,明確了市、縣兩級防震減災工作職能主體,要求“市、縣兩級防震減災工作職能均由同級科技部門承擔,并在科技部門增掛地震局牌子”。
二是地震監(jiān)測預報能力逐步增強。市地震臺更新了數字化地震監(jiān)測設施,有效提高了監(jiān)測能力,*年分宜縣的4.0級、2*年樟樹市的3.6級和*05年九江的5.7級地震,我市的地震監(jiān)測機構都提供了很有價值的監(jiān)測資料,得到了省地震局的肯定。
三是地震應急管理機制和設施逐步完善。制定了地震應急預案、地震應急工作制度和值班制度,初步建立了地震應急指揮室,完善了地震應急管理機制。同時,加強了城市應急避險場所建設,僅在*中心城區(qū)就建立了體育中心廣場、袁山公園、松江園、秀水公園、迎賓廣場等10多處城市應急避險場所。
四是群眾防震減災意識不斷提高。各級地震工作部門本著“服務大局、把握分寸、講究時機、因地制宜”的原則,在每年的《中華人民共和國防震減災法》頒布實施紀念日、“唐山大地震紀念日”、“國際減災日”、“科技活動周”等活動期間,充分利用廣播、電視、報刊、網絡等宣傳媒體,采取播放專題片、街頭宣傳、科技下鄉(xiāng)、社區(qū)活動等形式,廣泛開展形式多樣的防震減災宣傳活動,進一步增強了群眾防震減災意識。
五是防震減災項目建設穩(wěn)步推進。在省地震局指導下,我市地震臺數字化監(jiān)測設備*年已開通運轉,數字化前兆觀測項目基礎工作已經完成;市地震應急指揮室和地震信息節(jié)點基礎建設工程已全面完成,通信光纜已經到位;豐城、高安地震數字化監(jiān)測臺站已初步建立。
這些成績的取得,是各級政府高度重視和省地震局大力支持的結果,是相關部門相互配合、共同努力的結果,是廣大地震工作者埋頭苦干、無私奉獻的結果。在此,我代表市政府,向從事防震減災工作的廣大干部職工,向所有關心和支持防震減災事業(yè)的社會各界,表示衷心的感謝!
在充分肯定成績的同時,我們也要清醒地看到,我市的防震減災工作還存在一些困難和問題,主要是:地震監(jiān)測能力較弱,監(jiān)測手段單一;抗震設防尚未依法納入基本建設管理程序,部分重要基礎設施和生命線工程沒有按抗震設防要求進行評估和設防,存在較大安全隱患;農村民居基本處于不設防狀態(tài)等。這些問題務必引起我們的高度重視,并在工作中認真加以解決。地震是一種突發(fā)性強、破壞性大的自然災害。我市地質構造比較復雜,多條斷裂帶穿境而過,存在發(fā)生中等有感地震的可能。*年鄰縣分宜發(fā)生4.0級地震,彬江、下浦等鄉(xiāng)鎮(zhèn)和*中心城區(qū)有明顯震感;2*年6月4日樟樹市發(fā)生了3.6級地震,部分農戶房屋受到破壞。這些都提醒我們,*不是無震地區(qū),要時刻繃緊防震減災這根弦,站在對人民群眾生命和財產負責的高度,深刻理解防震減災工作的重要意義,進一步增強責任感和緊迫感,常抓不懈,未雨綢繆,把防震減災工作切實抓緊抓好。
二、明確目標,突出重點,不斷提高我市防震減災工作水平
根據省政府要求,我市當前和今后一個時期防震減災工作總體要求是:以“*”重要思想為指導,認真貫徹落實科學發(fā)展觀,把人民群眾的生命安全放在首位,堅持防震減災同經濟建設一起抓,實行以預防為主、防御與救助相結合的方針,切實加強地震監(jiān)測預報、震災預防、緊急救援三大工作體系建設,進一步健全管理體制,依靠科技、依靠法制、依靠社會力量,實現防震減災工作由局部的重點防御拓展到有重點的全面防御,不斷提高綜合防震能力,為保護人民群眾生命財產安全,推進和諧社會建設提供可靠保證。
奮斗目標是:到**年,全市基本具備抗御6級左右、相當于我市各地地震基本烈度的地震的能力,*中心城區(qū)的防震減災能力達到全國中上水平。
實現這樣一個目標,既要堅持政府主導,又要動員、組織和引導社會公眾積極參與。既要堅持地震部門的防震減災主管職責,又要堅持民政、建設等有關部門各負其責,相互配合。既要堅持地方特色的防震減災道路,又要借鑒國內外減災的成功經驗,努力提高地震災害的綜合防御能力。要以積極的工作態(tài)度,扎實的工作作風,創(chuàng)新的工作精神,高標準的工作要求,完善思路,明確責任,強化管理,落實措施,不斷提高防震減災能力。
(一)進一步健全地震監(jiān)測預報體系。在已建成*數字化地震監(jiān)測臺站的基礎上,全面完成豐城荷湖和高安米嶺兩個數字化臺站的設備安裝和環(huán)境改造,盡快完善全市地震監(jiān)測、前兆觀測和強震監(jiān)測網絡建設,發(fā)展城鎮(zhèn)深水井觀測,不斷提高地震預報水平。
(二)進一步強化震災預防工作
一方面,要切實加強建設工程的抗震設防管理。各縣(市、區(qū))政府要采取切實有效的措施,加強建設工程抗震設防管理與監(jiān)督,把工程的抗震設防要求列入項目規(guī)劃、可性行論證、工程設計和施工審批的必備內容,并納入基本建設審批管理程序。新建、擴建、改建工程必須達到抗震設防要求;一般建設工程必須按照國家頒布的地震動參數區(qū)劃圖規(guī)定的抗震設防要求,進行抗震設防;重大建設工程和可能發(fā)生嚴重次生災害的建設工程,必須進行地震安全性評價,并根據地震安全性評價的結果,確定抗震設防要求。各級地震部門要加大對新建、改建、擴建工程的抗震設防管理力度,并加強工程抗震設防要求的管理與監(jiān)督;各級建設部門要加強工程抗震勘察、設計和施工管理。依照有關法律、法規(guī)開展對超限高層建筑工程、生命線工程、重大建設工程和可能產生嚴重次生災害的工程項目的安全性評價和抗震設防的專項審查。
另一方面,要積極實施地震安全農居工程。各縣(市、區(qū))要高度重視并盡快改變農村民居不設防的現狀,提高農民的居住安全水平,逐步實施地震安全農居工程。地震、建設部門要組織專門力量,開發(fā)推廣既科學合理、經濟實用,又能達到抗震設防要求的不同戶型結構的農村建設圖集和施工技術,加強技術指導和服務。地震重點監(jiān)視防御區(qū)所在的縣(市、區(qū))政府要通過政策引導和扶持,在農民自愿的基礎上,組織實施“地震安全農居示范工程”,并總結經驗,以點帶面,推動農村安全民居建設。
(三)繼續(xù)推進地震應急和救援能力建設。各縣(市、區(qū))政府要進一步加強地震應急指揮技術系統(tǒng)和災情速報系統(tǒng)建設,為地震應急提供有力的技術和信息保障。各縣(市、區(qū))要盡快制定地震應急預案,增強應急預案的可操作性,明確應急工作程序、層級管理職責和協調聯動機制,做到臨震不亂,決策科學,行動迅速,處置有力。
各級地震部門要努力捕捉地震前兆信息,積極探索地震預報的新方法、新途徑,加強分析與會商。市地震臺要充分利用地震數字化監(jiān)測設施和前兆觀測手段,加強地震監(jiān)測和前兆觀測,掌握地震監(jiān)測資料和前兆觀測情況,并對地震前的宏觀現象和震時的監(jiān)測資料進行分析和會商,實現有減災實效的地震監(jiān)測預報。
(四)深入開展防震減災宣傳教育。各級地震、科技、教育、農業(yè)、建設、氣象等部門要相互配合,深入持久地開展防震減災科普宣傳教育活動,制定防震減災科普宣傳教育計劃,共同做好防震減災科普宣傳教育工作,不斷提高群眾的防震減災意識。
三、加強領導,密切協作,努力營造防震減災工作的良好氛圍
防震減災工作是項系統(tǒng)工程,涉及方方面面,需要各級各部門進一步加強領導,落實責任,齊抓共管,創(chuàng)造良好的環(huán)境。
加強領導。各級政府要把防震減災工作納入政府重要議事日程,進一步加強組織領導,做到思想重視、組織落實、責任明確、措施到位。要建立完善集中統(tǒng)一、堅強有力的防震減災指揮機構,健全工作制度,明確部門職責,及時部署工作;要根據機構和人員變動情況,及時調整補充,充分發(fā)揮該機構在政府防震減災工作中的作用。
加大投入。各縣(市、區(qū))要建立與經濟社會發(fā)展水平和防震減災需求相適應的經費投入機制,切實加大對地震監(jiān)測、預防、救助、群測群防、宣傳教育的經費投入,并將防震減災事業(yè)經費納入財政預算。
關鍵詞:場地震害;黃土震陷;歷史地震;物性指標;臨界動應力
中圖分類號:P315.9 文獻標識碼:A 文章編號:1000-0666(2016)04-0692-11
0 引言
場地震陷災害是巖土地震工程研究領域的一項重要課題。根據場地土類及其震陷形成機理的不同,場地震陷可區(qū)分為砂土和粉土液化、干砂震密、軟土和黃土震陷。其中,砂、粉土液化最早為人們所熟識,于1964年新瀉地震和阿拉斯加地震后受到地震科研和工程技術人員的廣泛關注,同時期我國1966年邢臺地震、1975年海城地震和1976年唐山地震中出現的大量液化破壞事例對我國的砂、粉土液化問題研究也起到了極大的推動作用(Seed et al,2001;王剛,張建民,2007a)。然而,早期的砂、粉土液化問題較多關注液化勢的判別方法研究,而對其引發(fā)的場地沉降量估算涉及不多。近年來,隨著性態(tài)抗震設計概念的提出,液化大變形研究和液化后的本構關系研究逐漸得到重視(劉漢龍等,2002;王剛等,2005,2007b;周云東,2003;Meneses et al,1998)。但是,目前對于液化大變形的力學機制問題仍存在不同觀點,相應地,液化大變形的計算方法也就區(qū)分為震害經驗法、基于固體力學的數值分析法和基于流體力學的數值分析法。干砂震密現象在1971年圣費爾南多地震和1994年諾思里奇地震中均有發(fā)現,尤其是在諾思里奇地震中有超過2000處的邊坡填土場地產生了嚴重的干砂震陷現象(Pradel,1998;Stewart et al,1995)。Silver和Seed(1971),Seed和Silver(1972)最早基于大量動單剪試驗數據提出了干砂震陷量的估算方法,陳青生等(2013)、Chen(2009)、Ghayoomi(2004)、Ramadan(2007)、Stewart和Whang(2003)也開展了類似的研究工作。其中,以Silver和Seed等(1971,1972)提出的砂土震陷方法在工程實踐中應用最為廣泛,其它研究多是在此基礎上進一步考慮了砂土組成成分、多維地震動和隨機地震荷載特性等因素的影響。軟土震陷在歷次大地震中也均有報道(安徽省地震局,1996;劉恢先,1985),劉漢龍(1994)、王建華等(1993)、郁壽松和石兆吉(1989)、袁曉銘等(2004)和張向東等(2014)針對軟土震陷機理、影響因素分析和震陷量估算等方面開展了大量研究工作。針對軟土震陷問題,盡管已在上述幾個方面取得了一定的進展,但目前所提出的大量軟土震陷估算模型仍屬于經驗性公式,普遍存在公式繁瑣、參變量多和應用性差等缺點。
相對于近代幾次破壞性大地震中砂土液化、干砂和軟土震陷災害在地震工程界所引起的受重視程度,黃土震陷問題在首次提出時因缺少實際震例而并未引起足夠重視,從而使得相關研究也相對滯后(王強等,2012)。近年來,隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的加速實施,加之中西部黃土地區(qū)的強震多發(fā)背景,大量專家學者與工程技術人員已逐漸意識到了黃土地震災害的潛在威脅和巨大危害(王蘭民等,2001a)。目前,黃土場地震陷災害研究已由早期所關注的成因機制、震陷性判定和震陷量估算等問題逐步轉移到實際工程場地震陷災害的評價預測及防治技術理論之上,并取得了一些具有理論意義和應用價值的科研成果。在震陷性判定方面,張振中(1999)和王蘭民(2003b)針對新黃土提出的根據孔隙比、含水量、剪切波速和相對密實度等指標判定黃土震陷性的技術標準現已納入地方性抗震設計規(guī)范。在場地震陷量估算方面,現有的震陷系數估算公式仍存在計算繁瑣、涉及參變量過多和適用性差等問題(王蘭民,張振中,1993;鄧津等,2007;陳永明等,2003;孫軍杰等,2012),仍以采用室內動三軸試驗獲取震陷系數的評價方法最為直接可信。在抗震陷處理技術方面,王蘭民等(2001b,2003a)借鑒濕陷性黃土地基處理技術研究了強夯法、擠密樁法和化學灌漿法等手段在改善黃土抗震陷性方面的效果,并提出了相應的黃土抗震陷性的處理技術和標準。
經過近30年的研究,盡管在黃土震陷機理、震陷性判別、震陷量估算和抗震陷處理技術方面取得顯著進展,但在歷史震害考證、不同地區(qū)黃土的物性指標變化導致的震陷性界定差異和臨界動應力的影響機制問題等方面仍有待深入探討。本文首先基于黃土地區(qū)幾次破壞性地震的歷史考證和震害考察,闡明了黃土場地震陷災害的3種不同的破壞模式及其成災機制和生成發(fā)育特征。之后,基于大量的微結構電鏡掃描實驗和動三軸試驗數據,分析了黃土震陷形成的物性指標和應力條件,并綜合黃土的微結構、孔隙比、含水量及其區(qū)域分布規(guī)律給出了黃土震陷性形成的判定標準,總結了臨界動應力存在的物理力學機制及固結圍壓、固結比、含水量和孔隙比對臨界動應力的影響規(guī)律。
1 黃土震陷考證及災害發(fā)育特征
1.1 幾次地震中的黃土震陷考證
在我國中西部黃土地區(qū),歷次強震(MS≥8地震6次,MS≥7地震22次,MS≥6地震52次)都曾引起過嚴重的地震滑坡、震陷和液化等黃土場地地震災害,人口傷亡達百萬人以上。其中,1718年甘肅通渭71/2級地震、1739年寧夏平羅―銀川8級地震和1920年寧夏海原81/2級地震都存有黃土場地震陷的史料記載或現場遺跡(王蘭民,2003b)。近年如1995年甘肅永登5.8級地震和2013年岷縣―漳縣6.6級地震的現場科學考察中也都發(fā)現了黃土場地震陷的例證(王蘭民,吳志堅,2013;中國地震局岷縣漳縣6.6級地震現場工作隊應急科考組,2013;Zhang et al,2005)。
1718年通渭71/2級地震共造成約337個長度大于500 m的滑坡體,它們密集分布在長約40 km、寬約18 km的極震區(qū)范圍內(王蘭民,2003b)。這些滑坡體的原始地形坡角較小,土層含水量較低,從理論上來講這類坡體并不具有形成大面積滑坡的條件;然而,事實上它們普遍具有滑速快和滑距遠的滑動特征(陳永明,石玉成,2006;張振中,1999)。張振中(1999)認為這種特殊的黃土地震滑坡現象是由場地震陷引起的“流滑”效應所致,這與王家鼎和張倬元(1999)、Shreve等(1968)所認為的“氣墊效應”是一致的。
1920年海原81/2級大地震引發(fā)的總滑坡面積達5萬km2,其中,密集區(qū)域性的滑坡面積達4萬km2以上(王蘭民,2003b)。同1718年通渭地震引發(fā)的黃土滑坡類似,海原大地震中的地震滑坡同樣具有滑速快和滑距遠的滑動特征。國家地震局蘭州地震研究所和寧夏回族自治區(qū)地震隊(1980)發(fā)現海原大地震烈度VII度以上的整個震區(qū)普遍分布有震動重力型裂縫,即由場地震陷引發(fā)地表不均勻沉降所造成的地表裂縫。王蘭民等(1991)對回回川黃土開展了動強度試驗分析,顯示該地區(qū)黃土的動強度較低,地震烈度VII度強的地區(qū)即可發(fā)生低坡腳黃土滑坡。
川陜總督查郎阿在上報1739年平羅―銀川地震的奏折中描述“城垣雖未塌倒但已下陷,以致城門不能開啟?!眹业卣鹁痔m州地震研究所(1985)對這次地震的史料也做了整理,其中有“城南門下陷數尺”和“民房、倉廒俱陷入地”的地基沉降記錄。由于震災區(qū)地處典型的黃土高原地區(qū),其中城樓、民房和倉廒地基產生的不均勻沉降在很大程度上與黃土場地震陷相關。
1995年甘肅永登地震(震中烈度VIII度,圖1)造成的黃土梁場地震陷(圖2)和2013年甘肅岷縣―漳縣地震所引發(fā)的震陷地質災害和房屋地基沉降都是黃土場地震陷的最新例證。由圖2可以看出,梁頂中間位置沉降最為顯著,兩側位置沉降量則逐漸減小,呈階梯狀下錯。該黃土梁場地頂部地形比較平坦,兩側以2°~3°的坡腳向山坡過渡,山坡坡度為25°~45°,該黃土梁場地頂部產生顯著震陷的同時,下部斜坡卻并沒有出現變形或滑動跡象(Zhang et al,2005)。由此可見,該黃土梁場地頂部的沉降顯然是由土體震陷致密引發(fā),并非由坡體滑動所致。Zhang等(2005)、王峻等(2005)、劉紅玫和張振中(2005)、張冬麗和王蘭民(2003)分別從土體動力學特性、微結構特征和數值模擬等方面論證了上述結論。
黃土是一種典型的第四紀松散沉積物,其沉積過程中獨特的地質營力、生成環(huán)境和物質來源等要素,形成了黃土特殊的粉粒性、富鹽性、大孔性、欠壓密性、非飽和性的多孔隙弱膠結架空結構(雷祥義,1989;謝定義,2001)。地震作用下黃土原生結構會受到拉、壓和剪應力的共同作用。當這種地震作用力大于土顆粒之間的連接強度時,原生大孔隙結構產生崩潰性破壞,繼而散落的顆粒填充大孔隙并伴隨孔隙氣體的壓縮和排出,顆粒組構在重力作用下重新排列而致密,地表表現出突然沉降和后續(xù)的緩慢沉降。該過程即是非飽和條件下平坦黃土場地的震陷形成過程,文中為區(qū)別于其它震陷災害模式稱其為振密型震陷。震陷型滑坡作為黃土場地震陷的一種災害模式,與振密型震陷的形成機制不同。震陷型滑坡主要受到水平地震作用的影響,而黃土邊坡體在水平地震作用下必然存在一個最大剪應力連續(xù)面。當最大剪應力大于土顆粒之間的連接強度時,黃土邊坡體的原生大孔隙結構在沿最大剪應力連續(xù)面的位置也同樣會產生崩潰性破壞而重排致密。然而,此時上下接觸面的孔隙通道并未完全暢通,這將會引起邊坡體的破壞連續(xù)面內的孔隙氣壓力迅速增加,從而造成土體內有效應力的急劇降低而產生“氣化”現象,外部則表現為黃土邊坡的滑動破壞。液化型震陷則是高含水量條件下黃土震陷的一種特殊形式,但其震陷機理有別于振密型震陷。張振中(1999)研究發(fā)現,當黃土試樣的含水量高于塑限時,在動應力和水的共同作用下,孔隙水壓力會上升,有效應力降低,抗剪強度減小。因此,當含水量高于塑限的黃土層遭遇地震作用時,也可以產生液化現象,而隨著孔隙水的上涌則會引發(fā)地表沉降,這里稱之為液化型震陷。
綜合黃土場地震陷實例、不同類型黃土場地震陷形成的主導因素分析及其形成機制分析,表1給出了黃土震陷的3種破壞模式及其生成條件。從表1可以看出,振密型震陷和震陷型滑坡多發(fā)生在Q3和Q4時期的黃土地層,主要是由于該時期的黃土地層多為具有大孔隙、弱膠結結構的非飽和黃土;而液化型震陷則多發(fā)生在黃土盆地的粉、砂含量較高的黃土狀土和新黃土層,多處于飽水條件下。此外,黃土震陷的破壞模式受場地地形條件的制約顯著,如振密型震陷產生在塬、梁和峁,液化型震陷多發(fā)于黃土盆地內的飽水場地,而震陷型滑坡則出現在塬邊和黃土邊坡。在引發(fā)震陷的起始烈度方面,振密型震陷多發(fā)生在VIII度以上的極震區(qū),震陷型滑坡則多出現在受遠場地震影響的VIII度及以上烈度區(qū)。液化型震陷基本不受近遠場地震的影響,唐山地震中砂土液化出現的最小地震烈度區(qū)為VII度(劉恢先,1985),汶川地震中也在VII度區(qū)甘肅清水發(fā)現一處黃土液化場地(王謙等,2012),由此認為產生液化型震陷所需的最小地震烈度低于產生非液化型震陷所需的最小烈度,為烈度VII度。
2 黃土震陷形成的物性和應力條件
黃土是一種典型的非飽和結構性土,其特有的物質來源、顆粒級配、顆粒間組構和連接特征是黃土震陷形成的物理基礎。黃土震陷是黃土體在外部地震荷載作用下的力學響應,是土顆粒連接破壞繼而在振動和重力耦合作用下致密的物理過程。由此可見,影響黃土震陷形成的物性條件為土顆粒的疏密程度和它們之間的連接強度。其疏密程度既可以直接通過掃描電子顯微鏡的成像觀測,又可以用孔隙比和干密度等物性指標反映。顆粒間的連接強度主要受土顆粒的排列組構、膠結礦物質成分和土的含水量影響,其排列組構可用于區(qū)分顆粒性狀、孔隙結構和顆粒連接形式等幾個方面特征的微結構類別反映其性質(石玉成,李蘭,2003),膠結礦物質成分及其含量則可以根據土的成土年代和分布區(qū)域確定其指標的變化范圍,而含水量則由含水百分比直接表示。
2.1 孔隙結構和顆粒連接形式
黃土所特有的大孔隙、弱膠結結構是形成震陷最為根本的物性基礎。永登地震震區(qū)的黃土即具有這種架空孔隙結構,震陷與未震陷的試樣微結構變化也證實了其振密型震陷的物態(tài)變化(石玉成,李蘭,2003)。石玉成和李蘭(2003)應用掃描電子顯微鏡和動三軸試驗,基于高國瑞(1980)提出微結構分類標準分析了不同微結構類型的黃土的震陷性,結果表明以粒狀架空結構為主的黃土具有明顯的震陷性,而具有粒狀鑲嵌、粒狀膠結特征的黃土的震陷性則相對較低。張振中(1999)也通過大量試驗研究指出,凡架空孔隙結構不明顯的凝塊鑲嵌膠結結構的黃土,不具震陷型;凡是震陷性強的黃土都具有明顯的架空孔隙結構。黃土的成土過程決定了其微結構特征具有明顯的區(qū)域性。首先是構成結構骨架的集粒形態(tài)具有區(qū)域性變化,位于黃土高原地區(qū)的蘭州、大同、清邊、固原、鎮(zhèn)原和西峰等地的黃土集粒具有一定的剛性,傳力性能好,在堆積過程中較易形成架空的松散結構,為產生震陷創(chuàng)造了條件;而位于黃土地區(qū)東南部的河南、河北和晉東南地區(qū)的集粒,不僅傳力性能差而且外形柔軟,無法構成震陷所需的架空結構。其次,骨架顆粒之間的連接形式也呈現出區(qū)域性變化。西北部黃土中骨架顆粒之間以接觸連接為主,連接處僅有少量粘膠?;驘o定形物質;而東南部黃土中骨架顆粒之間以膠結連接為主,連接處有很厚的粘土層,無定形物質和鹽晶。顯然,膠結連接的強度遠比接觸連接的強度高(高國瑞,1984)。高國瑞(1984)還通過X-射線衍射法分析了不同地區(qū)黃土的礦物成分,結果顯示中國各地的黃土礦物成分基本一致。由此可見,我國黃土的微結構類別可分為架空孔隙結構、鑲嵌孔隙結構和架空-鑲嵌孔隙結構,連接形式包括接觸、膠結和接觸-膠結。震陷性黃土應具有架空孔隙結構,且土骨架顆粒之間的連接以接觸連接為主。黃土高原地區(qū)的黃土需要考慮其震陷性,而黃土地區(qū)東南部的河南、河北和晉東南地區(qū)的黃土在通常情況下則不需要考慮其震陷性。
2.2 孔隙比和干密度
土的密實度決定了黃土震陷產生的最大可變形量,而干密度和孔隙比均反映了土的密實度。干密度是表示單位體積土質量的一項指標,無法反映土的顆粒級配和孔隙結構特征,因此也不能準確反映土的密實程度。孔隙比是土中孔隙體積與土顆粒體積的比值,是一項可以直接反映土密實度的指標。由此可見,孔隙比在考量土的疏密程度方面比密實度更為準確。張振中(1999)曾指出孔隙比小于0.75~0.85時,黃土將不易產生動殘余應變;孔隙比大于1.0可作為震陷與否的判別標準。本文統(tǒng)計整理了谷天峰(2007)、王峻等(1999,2004,2005,2007,2014)、陳永明等(2000)、孫軍杰等(2012)、何光和朱鴻博(1990)、翁效林等(2006)、郭樂(2010)和巫志輝等(1994)的黃土震陷試驗數據,分別得到了震陷系數與孔隙比和干密度的變化關系圖,見圖3、4。圖3、4中統(tǒng)計了不同地區(qū)黃土、不同土性、不同試驗條件下的所有試驗數據點,具有統(tǒng)計學意義上的普遍性和客觀性,因此該統(tǒng)計結果可以真實反映出統(tǒng)計量之間內在關聯。圖3顯示,震陷系數的最大值隨孔隙比的增大而增大,呈現出線性增長規(guī)律;試驗數據點均落在包絡線εp=0.3e-0.225(εp為震陷系數,e為孔隙比)以內。由震陷性黃土的判別標準為εp=0.015可知,可產生黃土震陷的最小孔隙比為0.8。由圖4可以看出,震陷系數與天然干密度之間存在比較大的離散性,表現為較大的干密度條件下仍可能產生較大的震 陷量。這也表明了天然干密度無法反映土的顆粒級配和孔隙結構特征,因此天然干密度在判定黃土震陷性方面是不適宜的。
2.3 含水量的影響
土是由固、水和氣組成的三相體系,土的物理狀態(tài)和力學性質必然受到水的影響。黃土由于其自身的水敏性使得其變形和強度與含水量的變化有著非常密切的關系,其初始含水量的不同會使黃土的動變形-強度特性有明顯差異。干型黃土(初始含水量小于縮限含水量)的高強度和低變形使黃土對動、靜力的反映均比較遲鈍,震陷不大;濕型黃土(初始含水量大于縮限含水量小于液限含水量)的震陷隨初始含水量的增大而增大;飽和黃土則會表現出類似振動液化的現象(謝定義,2001)。圖5中統(tǒng)計了不同孔隙比條件下黃土震陷試驗的含水量、震陷系數和動應力的散點分布。從圖5可以看出,不同孔隙比條件下對黃土試樣所加載的動應力取值范圍大致是相同的,因此應用該圖分析含水量對震陷性的影響時可以不考慮動應力取值的影響。圖6給出了以震陷系數等于0.015區(qū)分震陷與非震陷所對應的含水量散點圖,可以看出,低孔隙比的黃土即使在較高含水量條件下仍可能不具有震陷性,而高孔隙比的黃土在低含水量情況下也表現出了震陷性。由此認為,在工程場地地震安全所考慮的地震風險水平下,低孔隙比的黃土存在震陷性與否的界限含水量,高孔隙比的黃土則不需考慮界限含水量。當進一步考慮黃土的區(qū)域分布特征時則可初步認定,黃土高原地區(qū)的黃土需要考慮不同含水量
2.4 震陷臨界動應力
震陷的臨界動應力是土試樣發(fā)生明顯震陷時的動應力,可作為判斷黃土是否發(fā)生震陷的標準。參照黃土濕陷性判定標準――濕陷系數=0.015,黃土震陷性的判別標準亦可取為震陷系數=0.015。相應地,當振次一定時,震陷系數=0.015時的動應力幅值即為震陷臨界動應力(栗潤德等,2007)。黃土特有的微結構特征是臨界動應力存在的物理基礎。當附加動應力作用在黃土體時,土顆粒之間的連接由于土顆粒的不均勻排列而遭受拉、壓、扭、剪力的作用。當這些作用力大于土顆粒之間的連接強度時,土顆粒骨架產生破壞,土顆粒重新排列而趨于穩(wěn)定。此時,土顆粒之間的排列也逐漸密實而表現為震陷。顯然,產生震陷的必要條件之一即是附加動應力大于土顆粒之間連接強度,而使得土顆粒致密到一定程度的附加動應力即是臨界動應力。由此可見,黃土震陷的產生存在臨界動應力,臨界動應力與土顆粒之間的連接強度和密實度相關。臨界動應力的大小受到固結圍壓、固結比、含水量和孔隙比等因素的影響。
基于王峻和劉旭(2004)和高鵬(2006)所開展的動三軸試驗數據,分析臨界動應力隨固結圍壓、固結比、含水量和孔隙比的變化關系,如圖7~9所示。圖7和圖8中的試驗土樣取自西安南郊,天然干密度為1.31 g/cm3,天然含水量為19.3%,孔隙比為1.062,液限為32.3%,塑限為20.5%。圖9中的試驗土樣取自白銀―蘭州高速公路沿線的8個不同探井,天然容重為13.52~16.46 kN/m3,天然含水量為7.18%~19.15%,孔隙比為0.908~1.195,液限為25.4%~26.8%,塑限為16.5%~16.9%。圖7~9中,固結均壓(σc)為3方向固結圍壓的均值,臨界動應力比為臨界動應力與固結均壓的比值。圖7a和8a顯示,臨界動應力隨含水量的增加、固結均壓的降低和固結比的增加均呈現出變小趨勢,同一含水量條件下臨界動應力隨固結均壓的增加和固結比的減小而呈變大趨勢,且這種變大趨勢隨含水量的增加減弱。這是由于臨界動應力的大小主要是由黃土的結構強度所主導,而黃土具有極強的水敏性,所以含水量的增加必然會引起臨界動應力的減小。另一方面,固結均壓的存在可以抵抗附加動應力的破壞作用,而隨著固結比增大而增加的偏應力則會增強對土結構的破壞作用,故而臨界動應力隨著固結均壓的增加和固結比的減小而變大。此外,黃土的結構性隨著含水量的增加而減弱,所以在高含水量條件下固結圍壓和固結比對臨界動應力的影響幅度也相應地的變弱。
為去除固結均壓對臨界動應力的影響,圖7b和8b進一步給出了臨界動應力比隨含水量和固結均壓的變化關系。從圖7b和8b可以看出,臨界動應力比隨含水量、固結均壓和固結比的增加而減??;臨界動應力比與含水量之間存在很好冪函數關系,相關系數R2處在0.961 3~0.992 4之間。低含水量條件下臨界動應力比受固結均壓和固結比的影響較大,而高含水量條件下則較小,該現象進一步說明了臨界動應力受結構強度主導,高含水量條件下黃土結構性的釋放使得其臨界動應力趨于一致。圖9a給出了同一固結條件下不同天然含水量條件下臨界動應力隨孔隙比的變化關系,可以看出臨界動應力隨孔隙比的增大基本呈現降低趨勢。由圖7a可見,臨界動應力與含水量的變化關系可粗略認為存在負線性相關。由此,為消除含水量對臨界動應力的影響,圖9b給出了臨界動應力與含水量乘積隨孔隙比的變化關系,更為明顯地反映出臨界動應力隨孔隙比增大而減小的變化規(guī)律。
3 結論與討論
本文回顧了國內外在砂、軟和黃土場地震陷研究方面所取得的成果進展,并針對黃土震陷研究中的震陷性判定、震陷量估算和抗震陷處理技術等關鍵問題展開了深入探討,并著重就現存的缺少黃土震陷實例、區(qū)域性黃土的震陷性差異和震陷臨界動應力的影響因素分析等問題展開了細致分析。
震陷性判定標準現已納入地方性規(guī)范,但面對我國廣大的黃土區(qū)域是否具有適用性尚需進一步開展大量的室內試驗工作。場地震陷性評價仍以室內動三軸試驗手段為準,現有的震陷量估算方法尚處在理論研究階段而并不具有工程應用性。震陷量估算模型構建需要擺脫眾多影響因素之間的關系謎局,從黃土震陷形成的物理力學機制著手或借助土力學方法著手。常用的濕陷性黃土地基處理技術如強夯法、擠密樁法和化學灌漿法等對震陷性黃土地基改良同樣具有很好的適用性。
黃土震陷實例在黃土地區(qū)的歷次強震甚至中強震中均有發(fā)現,歷史震害中發(fā)現的建筑物基礎沉降、平坦場地重力型裂縫和低緩坡度的黃土地震滑坡可作為黃土震陷的例證。黃土場地震陷災害受土性條件、地形地貌和地震動作用等因素的影響而表現出不同類型的發(fā)育模式,如震密型震陷、液化型震陷和震陷型滑坡。黃土場地震陷的力學機制研究不僅需要考慮黃土微結構特征和顆粒組分的區(qū)域性差異,還需要考慮干濕型黃土的水敏性差異以及場地地形條件差異等因素的影響。震陷臨界動應力受黃土的結構強度所主導,同時受水的影響作用顯著。
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關鍵詞:云南水溫觀測;從屬函數方法;MS≥50地震;區(qū)域構造活動增強;群體異常
中圖分類號:P315723文獻標識碼:A文章編號:1000-0666(2017)02-0233-08
0引言
[KG(0.15mm]地震預測目前仍處在一個經驗積累的探索階段,大量的震例總結、震前前兆觀測異常特征研究可以為認識地震孕育過程提供更多的資料。在云南中等地震前兆異常特征研究方面,眾多學者作了的工作(付虹等,2007,2008;張立,2013;李瓊等,2014,2016),得到了一些比較有意義的結果,但這些研究大部分是基于原始數據異常識別和震例研究進行的。從屬函數法主要以觀測資料的斜率和相關系數作為參量,能較好地表達地震孕育進入短臨階段的漲落變化特征(林輝等,2004),因此適用于前兆觀測資料的短臨異常信息提取。部分地震學者(葉秀薇,2004;李杰等,2003;高小其等,2012;范雪芳等,2010)采用該方法提取震前短臨異常,取得了較好的結果。[KG)][JP]
水溫觀測的是不同含水層由于裂隙發(fā)育導致串層溫度混合的結果,高精度水溫觀測在地震前兆監(jiān)測中發(fā)揮著重要作用(付子忠,1988)。大量的觀測結果表明,水溫觀測具有較強的映震能力(車用太等,1999;陳沅俊等,1994a,b)。眾多地震學者對水溫與地震的關系進行了大量研究(車用太等,2003;金眾范等,2001;李加穩(wěn),孫文波,2004;田華等,1994;尤傳俠,1990;劉耀煒等,2008;鮮述東等,2011;楊從杰等,2008;張惠等,2013),得出水溫異常主要在地震前的短期階段出現,時間進程上具有顯著的短臨異常特征。
本文采用從屬函數分析方法提取云南水溫前兆異常,以2009―2015年云南省內的17組MS≥50地震作為研究樣本,在不知道未來地震震中位置情況下,從全時空的角度對水溫的短期異常及效能進行探討。
1水溫資料及地震樣本選取
云南共有52項水溫觀測資料用于日常地震跟蹤監(jiān)視,[HJ2.4mm]資料情況大致可分為3類:(1)觀測不穩(wěn)定,正常和異常動態(tài)不清晰,沒有對應地震的實例;(2)觀測穩(wěn)定,呈趨勢性上升或下降,但映震效果不好,在地震監(jiān)測預報中沒有出現過異常對應地震的實例;(3)觀測穩(wěn)定,有異常對應地震實例,且有部分異常多次對應地震的事實。本研究選取了觀測資料相對連續(xù)、穩(wěn)定、有地震對應實例的34項水溫資料,采用從屬函數計算方法分別提取每項觀測資料的異常,34項水溫測點分布如圖1所示。
2008年汶川大地震后,云南省地震局依托“十五”項目,投入了一批新的水溫觀測力量,這些觀測資料從2009年開始相對穩(wěn)定。考慮到資料的豐富性,選用2009年以來的水溫資料和2009―2015年間發(fā)生在云南省內的21次17組(發(fā)生在同一個月內的2次地震視為一組)MS≥50地震作為研究樣本,地震參數和分布見表1和圖1。
2異常提取方法
前兆觀測漲落變化幅度增大和出現加速,是地震孕育進入短臨階段的主要特征(林輝等,2004),因此選取了能表征這些特征的數學方法來提取短臨異常。
21AP(Abnormal process)方法
[JP2]“AP”值是一階差分絕對值的滑動累加值,通過過程累加可以同時達到有效抑制較長周期、消除長趨勢變化、使異常變化更突出的效果。該方法可以直接用來提取異常,也可以用來對資料進行預處理(石紹先,曹刻,1999)。計算公式如下:[KH*1][JP]
[JP2] APi+T[KG-*4]=[KG-*2]∑[DD(]i+Ti[DD)][KG-*2][JB1|](i=1,2,3,…,n)[JY](1)[KH*1D][JP]
其中:xi為某一測項的觀測值,T為累加過程的時間窗長。本研究選取10天觀測數據作為時間窗長,意在凸顯短期變化,為下一步采用從屬函數法提取異常做準備。圖2為保山觀測值與AP計算值曲線,從圖中可以看出,原始曲線呈緩升變化,異常不突出,通過計算后,一些在原始觀測曲線上無法識別的加速異常被提取出來。
22從屬函數方法
前兆觀測量是時間的函數,前兆異常表現為觀測量隨時間的突出變化,雖然異常形態(tài)多種多樣,但其本質都是觀測值曲線隨時間的斜率變化。模糊數學方法中的模糊從屬函數μi就是反映各種地震前兆觀測曲線隨時間的斜率變化的量(賀仲雄,1983)。相應的解析式為:[KH*1]
μi=[KG-*4][JB2]]-1(i=1,2,3,…,n)[JY](2)[KH*1D]
式中:ki為觀測值變化斜率,表征的是數據變化的幅度;ri為滑動平均值M(t)與時間t之間的相關系數,反映了計算序列內在質量的好?;∝谓涷灣担煌^測的∝值需要根據從屬函數μi與歷史震例的最佳對應關系來確定,對同一個測項來說,∝值越小,說明測值越穩(wěn)定,通過計算得到的33個∝值均小于1,其中小于001的有22個,說明采用從屬函數提取異常前先用“AP”方法進行數據預處理是比較理想的;當μi≥05時,可視為異常。即當斜率增大到一定程度,可視為觀測值的漲落變化增大,發(fā)生地震的危險性增大。圖3為使用從屬函數方法對AP值進行計算后得到的μi值,從計算結果看,進一步計算后,短期異常更為突出、容易識別。[FL)]
[SD30*1,1][JZ][XC李瓊3.TIF][KH*2/3D][HT5K][JZ]
圖3從屬函數計算值曲線[JZ]
Fig3Graph of calculated values by using the slave function[KH*1]
[BT(12+*4]3初步結果分析
31單項異常及預測效能分析[BT)]
對34項實測數據分別采用“AP”方法進行計算,再以計算結果為基礎數據,進行從屬函數計算后,將μ≥05的數據作為異常,對每項資料出現異常的起止時間進行標注,出現異常,規(guī)定異常結束3個月內云南發(fā)生地震為對應,否則視為虛報。研究時間段內,用對應地震的異常次數除以異??偞螖当硎緦?,虛報地震次數除以地震總次數表示漏舐剩按此原則得到了每個測項與地震預測的對應效能(表2)。
從單項指標分析,雖然地震對應率參差不齊,但50%以上的異常都能對應云南省內的地震,表明提取的水溫短期異常有較好的對應地震的能力,但同時對地震都有漏報。
32異常頻次與地震關系分析
對34項資料的從屬函數值進行0-1化處理,μ≥05用“1”表示,μ
由圖4及表3可見,頻次異常一般持續(xù)時間為40~250 d,異常開始時間超前地震20~230 d,如果每組異常過程只考慮首發(fā)地震,依據震例總結規(guī)范(張肇誠等,2013),異常超前地震20~140 d全部為短期異常。8組異常對應地震,1組虛報;異常超前地震20~140 d,17組地震報準13組,漏報4組。如果異常過程中發(fā)震,則后續(xù)50~70 d內多有中等地震繼續(xù)發(fā)生;如果異常結束后才發(fā)生地震,則之后再次發(fā)生中等地震的可能性小。
33權重集成異常與地震關系分析
各單項前兆,其過去的預報效能是不同的,它們有優(yōu)劣之分。用權重(w)大小對其優(yōu)劣或信度加以區(qū)分,對第i種前兆的預報結論yi配一個權重系數wi,好的前兆權重大,差的權重小。用下式求取權重集成預報值(陳立德,1993):[KH*4]
P=[KG-*3]∑[DD(]ni=1[DD)]w1y1+w2y2+……+wnyn[JY](3)[KH*2D]
各單項前兆的權重可以用下式求得:[KH*4]
wi=[HT10.][SX(][SX(]1第i種前兆虛報數+1[SX)]∑[DD(]ni=1[DD)][SX(]1第i種前兆虛報數+1[SX)][SX)][JY](4)[KH*2D]
權重wi符合條件:[KH*2]
∑[DD(]ni=1[DD)]wi=w1+w2+……+wn=1[JY](5)[KH*2]
根據各項異常與地震的對應關系,由式(4)計算得到各單項水溫的權重(表2),從屬函數值μ≥05,則y為“1”,μ
由圖5及表4可見,9組異常持續(xù)時間20~200 d,異常開始時間超前地震10~180 d,為短期異常。8組異常對應地震發(fā)生,1組虛報;17組地震報準12組,漏報5組。
34R值評分結果
采用許紹燮(1989)的R值評分法,對頻次疊加值和權重集成值出現異常預報地震的效能進行評價。計算公式如下:[KH*5/4]
R=[HT10.][SX(]報準次數地震總次數[SX)]-[SX(]預報占用時間研究占用時間[SX)] [JY](6)[KH*5/4]
根據表3和表4結果,R頻次=[SX(]1317[SX)]-[SX(]8902 280[SX)]=03744≈0374,R權重=[SX(]1217[SX)]-[SX(]6802 280[SX)]=0407 6≈0408,置信水平為975%的隨機預報R0值分別為0318和0299。R頻次>0318,R權重>0299,異常頻度和權重集成信度值預測方法,均能通過R值評分檢驗,說明云南地區(qū)水溫用AP方法提取異常過程后,再用從屬函數提取異常的研究結果對省內5級以上中等地震具有較好的時間預測意義。
35分區(qū)異常與異常區(qū)內地震相關關系分析
為了追蹤未來地震的發(fā)震地點,采用更小區(qū)域的異常與該區(qū)地震對應,根據地震活動特點,將云南分為多個不同的區(qū)域,以旬為單位給出分區(qū)的水溫異常頻次(圖6),選擇發(fā)生在區(qū)內的MS≥50地震作為研究樣本,采用最佳對應原則,確定各區(qū)的異常判定閾值,其分區(qū)和地震對應情況如下:
(1)滇東北地區(qū):26°N以北,102°E以東的云南境內地區(qū),共有東川、會澤、宣威、昭通、漁洞5個測點,將至少有2個測項出現異常(N≥2)視為異常,共出現6組異常,對應地震3次、虛報3次。
(2)滇中至滇西北地區(qū):紅河斷裂以東、小江斷裂帶以西的云南境內,共有麗江、永勝、姚安、元謀、華寧、江川等15個測點,異常頻次N≥4,且持續(xù)時間在20 d以上視為異常,共出現8組異常、2組對應地震、6組虛報、漏報地震4組。
(3)小滇西至滇西南地區(qū):瀾滄江以西的云南境內,共有保山、騰沖、孟連等8個測點,將異常頻次N≥3,且持續(xù)時間在20 d以上視為異常,共出現6組異常、2組對應地震、4組虛報;區(qū)內共5組地震,對應2組、漏報3組。[JP2]
(4)滇南至滇西南地區(qū):25°N以南,995°E以東的云南境內,共有華寧、峨山、鎮(zhèn)沅、大寨等11個測點,將異常頻次N≥3且持續(xù)時間在20 d以上視為異常,共出現6組異常、1組對應地震、5組虛報;區(qū)內共2組地震,對應1組、漏報1組。[JP]
分區(qū)的結果顯示,如果把云南劃分為更小的構造單元,用更小構造單元的異常對應本單元的地震,虛報、漏報率會大大增加,這一結果表明:地震不一定都發(fā)生在異常集中的地區(qū),異常集中的小區(qū)域也不一定發(fā)生地震,這一觀測事實表明如果跟著異常走,地點錯報的可能性會加大。分析認為當云南地區(qū)構造活動增強時,表現為大范圍多點的前兆觀測出現異常,以云南地區(qū)大區(qū)域為單元,當異常增加的時候是有利于地震發(fā)生的。
4結論及討論
利用從屬函數方法提取單項水溫異常,分析地震預測效能,對單項異常進行頻次疊加,提取綜合異常,分析與地震的關系。根據本文研究結果,得出如下幾點認識:[JP2]
(1)云南目前上報數據用于會商的水溫觀測資料共有52項,其中挑選出34項相對較好的資料,表明云南水溫資料的利用率大致為65%,有35%的資料沒有應用效能。34個測項資料中,通過采用AP和從屬函數計算方法提取異常,出現異常后,14個測項對應率在70%~89%間,4個測項對應率在60%~69%間;8個測項對應率在50%~59%間;若全省有8個測項同時出現異常,其后云南省內發(fā)生5級以上地震的對應率為100%,表明水溫在震前短臨階段的漲落變化是存在的,井水溫對地震在時間上有相對較好的預測效能。[JP]
(2)全省水溫的異常頻次和權重集成方法對省內MS≥5地震都有較好的預測能力,預測效能都能通過置信水平為975%的R值評分檢驗。從2種方法的結果看,權重集成比直接用頻次預測,漏報多1次。說明在云南的水溫觀測中,出現異常的數量更為重要,異常數量足矣刻畫云南的構造活動特征,并可用該特征進行發(fā)震時間預測。
(3)如果把水溫測點按照構造和地震活動進行分區(qū),用區(qū)內的異常對應區(qū)內的地震,虛報率和漏報率都大大增加,說明在云南地區(qū),采用水溫異常找未來的地震地點是困難的,水溫的異常變化更適合作短期尺度的時間預測。
(4)震前大范圍水溫異常增多的事實,與前兆觀測到的大量異常是區(qū)域構造活動增強的結果,異常與地震都是區(qū)域應力水平增加的認識是一致的(陳立德,付虹,2003),當區(qū)域構造活動增強時,我們能觀測到整個區(qū)域的異常增多,這個結果為地震短期預測提供了可能。從2009年以來的水溫群體異常特征還發(fā)現,如果地震發(fā)生在異常結束以后,其后繼續(xù)發(fā)生中等地震的可能性小,反之則有繼續(xù)發(fā)生地震的危險。表明前兆異常數量居高不下,可能反映的是區(qū)域應力水平繼續(xù)維持高值,在這種狀態(tài)下有利于地震的發(fā)生,這與數值模擬得到的結果也是一致的(耿魯明等,1993),表明異常的持續(xù)發(fā)展可以作為判斷后續(xù)是否有地震的指標。
(5)微觀前兆異常是監(jiān)視區(qū)域地殼應力增強作用下地殼介質產生應變和應力集中并達到一定量的結果和傳遞出的信息。水溫測值異??杀灰暈楫敇嬙旎顒釉鰪姇r,觀測站及附近地殼中含流體的介質受力后其裂隙、孔隙、裂縫等發(fā)生變化,引起流體移動速度及物質交換發(fā)生變化的結果(陳立德等,2008)。
(6)當區(qū)域構造活動增強,應力水平l生變化時,水溫短期群體異常增多,與地震有較好的相關性,因此可以作為云南有震的時間判別指標,但地點需要用其他方法進行確定,如云南4級地震活動增強的區(qū)域多為未來6級地震發(fā)生的地區(qū)(付虹等,2015)。如果每個觀測手段均發(fā)揮自己的優(yōu)勢,統(tǒng)籌考慮其作用,可能對提高地震短期預測水平更行之有效。
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(2 Earthquake Administration of Kunming Municipality,Kunming 650500,Yunnan,China)[JZ]
(3 Earthquake Administration of Zhaotong Municipality,Zhaotong 657000,Yunnan,China)
[WT5HZ][JZ]Abstract[WTB1]
一、防震減災發(fā)展現狀與環(huán)境
(一)地震災害背景。市地處東明——渤海強烈沉降區(qū),轄區(qū)內自西北向東南平行分布有滄東斷裂、楊家堡——邊臨鎮(zhèn)斷裂、陵縣——冠縣斷裂、慶云斷裂、聊考斷裂等一系列活動斷裂,將第三紀前基巖切割成一系列的坳斷與隆斷,地質條件十分復雜。具體到我縣,位于陵縣——冠縣斷裂塊上。據歷史記載,我縣曾受到周邊地震波及十余次,最大影響程度達到Ⅷ度。在即將頒布的新一代地震動參數區(qū)劃圖中,我縣抗震設防水平又有提高,由原來的Ⅵ設防提高為Ⅶ設防,再加上我縣基本都是松軟沉積地層,地震隱患較大,地震災害將是威脅經濟社會發(fā)展和人民群眾生命財產安全的一個潛在因素。做好防震減災工作具有特殊重要的意義。
(二)工作現狀。近年來,縣委、縣政府高度重視地震工作,專門成立了地震工作辦公室,大力推進地震監(jiān)測預報、震害防御和應急救援三大工作體系建設,為全面做好防震減災工作奠定了堅實基礎。主要體現在:一是加強地震科普知識宣傳教育。深入開展地震科普知識進機關、進學校、進社區(qū)、進企業(yè)、進農村“五進”活動,利用“5.12”、“7.28”大地震紀念日、科技活動周、減災日等有利時機,通過標語、掛圖、講座、演練等多種形式,積極宣傳防震減災知識,群眾的防震減災意識和防震避震、自救互救能力得到提高。二是健全地震群測群防網絡體系。每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)明確1名防震減災助理員,設置一處地震宏觀觀測點,明確1名宏觀測報員,每個社區(qū)明確1名災情速報員,定時和縣地震辦聯系,及時反饋信息,全縣上下形成了橫到邊、縱到底的地震群測群防網絡體系。三是制定了《縣地震應急預案》,下發(fā)各級各部門,并分部門、分行業(yè)依次召開座談會,對預案分工情況進行再落實。四是建立地震觀測設施。設置強震監(jiān)測臺1處,并與省、市地震主管部門聯網,實現了地震事件5分鐘內計算機自動速報、10分鐘左右人機交互速報。五是部分重大建設工程項目實施了地震安全性評價,為建設工程抗震設防提供了科學依據。
(三)存在問題與不足。目前,我縣防震減災工作仍處于起步階段,防震減災基礎還十分薄弱,與全縣經濟社會發(fā)展、建設幸福的要求相比還存在諸多不適應。一是防震減災意識薄弱,對地震災害心存僥幸。防震減災事業(yè)協調發(fā)展機制還不健全,重視程度不夠,基礎能力不強。二是建設工程抗震設防存在薄弱環(huán)節(jié)??拐鹪O防要求還沒有全部納入基本建設審批程序,不少項目尤其是農村民居建設項目抗震設防能力十分薄弱。另外,由于我縣地震工作起步較晚,城市規(guī)劃區(qū)的地下地質構造不清,主城區(qū)及開發(fā)區(qū)的地震活斷層探測和地震小區(qū)劃工作亟待進行。三是地震監(jiān)測預報水平較低,捕捉地震前兆特別是短臨前兆信息的檢測網絡還不健全。四是應急救援體系建設基礎薄弱。應急救援隊伍的組建和培訓,應急裝備、應急物資儲備等方面還有待進一步充實完善。五是防震減災知識的宣傳力度還需進一步加大,宣傳方式還有待于進一步創(chuàng)新。六是社會公眾普遍缺乏防震減災常識和自救互救能力。
(四)發(fā)展環(huán)境。一是縣委、縣政府對防震減災工作重視和關注程度不斷增強,堅持把防震減災作為保障民生的一項重要工作,強化部署,加大投入。二是經濟社會發(fā)展對防震減災工作又有新需求。當前,幸福建設正在快速推進,新城區(qū)、開發(fā)區(qū)、城鎮(zhèn)化和重大工程建設日益加快,在社會財富快速積累的同時,災害造成的損失也將越來越大,迫切需要進一步加強地震監(jiān)測預測,推進基礎探測,強化救援救助等地震安全保障措施,切實提升全社會抗御地震災害的能力。三是人民群眾對防震減災工作又有新期待。隨著經濟快速發(fā)展和群眾生活質量的提高,人民群眾更加珍視生命安全,更加重視生存空間的安全,對防震減災工作的期望值越來越高。與此同時,人民群眾參與應急演練、志愿者工作及組織民間救援團體等防震減災活動的積極性空前高漲,防震減災工作必須順應廣大人民群眾的減災訴求。
二、總體要求
(一)指導思想。以科學發(fā)展觀為指導,堅持以人為本,把維護和保障人民群眾的生命財產安全作為首要任務,堅持預防為主、防御與救助相結合,以最大限度減輕地震災害損失為根本宗旨,以“監(jiān)測廣覆蓋、預報顯實效,地下搞清楚、地上建結實,災情快獲取、救助更及時,科技再創(chuàng)新、服務更有力”為基本要求,依靠科技,依靠法制,依靠全社會力量,切實加強防震減災三大體系建設,全面提升全縣綜合防震減災能力。
(二)基本原則。
1.堅持政府主導、部門各負其責原則。牢固樹立全縣一盤棋思想,將防震減災作為一項重要的民生工作進行安排和部署。在縣政府統(tǒng)一領導下,發(fā)改、住建、規(guī)劃、民政、公安、消防、地震等相關部門共同參與,各司其職,各負其責,全力做好防震減災工作。
2.堅持與經濟社會發(fā)展相適應原則。將防震減災工作納入經濟社會發(fā)展大局中統(tǒng)籌部署,使防震減災工作與全縣經濟和社會發(fā)展相適應。
3.堅持預防為主、防救結合原則。統(tǒng)籌推進防震減災體系建設,扎實做好防震減災各項基礎性工作,切實提高防震減災能力。
4.堅持依法推進、強化監(jiān)管原則。實現防震減災工作法治化、規(guī)范化、責任化。
5、堅持立足服務、創(chuàng)新發(fā)展原則。把握社會對防震減災工作的新要求,追蹤地震科技發(fā)展前沿,努力把防震減災最新建設成果轉化為公共服務產品,不斷探索防震減災事業(yè)發(fā)展的新方法、新舉措。
(三)發(fā)展目標。
1.到年,地震監(jiān)測能力明顯增強,基本形成多學科、多手段的綜合監(jiān)測系統(tǒng);地震預測預報系統(tǒng)不斷完善,對防震減災貢獻率進一步提升;初步建成地震烈度速報系統(tǒng),20分鐘內完成地震烈度速報。
2.城鄉(xiāng)抗震設防能力明顯增強,新建、改建、擴建工程全部達到抗震設防要求;基本完成已有的抗震設防能力不足的重要建設工程的加固改造,農村民居抗震能力不斷提高。
3.基本建成以地震專業(yè)救援隊伍為中堅、有關行業(yè)救援隊為為骨干、志愿者隊伍為補充的救援隊伍體系;破壞性地震發(fā)生后,15分鐘內啟動地震應急預案,1小時內組織并派出現場工作隊、救援隊開展現場震情監(jiān)測與緊急救援,6個小時內初步確定災區(qū)范圍,24小時內受災群眾得到基本生活救助。
4.社會公眾的防震減災意識顯著提升,基本掌握防震減災基本知識和防震避險技能。
三、主要任務
(一)地震監(jiān)測預報體系建設。
1.提高地震監(jiān)測和預報、預警能力。在省、市地震主管部門的幫助指導下,積極推進地震臺網中心建設。利用廢棄閑置的油氣井和深水井建設1處測震臺,同省、市地震局直接連網,及時上報信息,實現對區(qū)域內的地震實時監(jiān)控,力爭做到長期預報更加科學、中期預報準確率不斷提高、短臨預報有所突破。
2.加強群測群防工作。完善群測群防工作機制,加強地震宏觀測報網、災情速報網、地震知識宣傳網和鄉(xiāng)鎮(zhèn)助理員的“三網一員”建設,充分發(fā)揮群測群防的重要作用。建成縣級群測骨干點2個、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級宏觀測報點13個,各鄉(xiāng)鎮(zhèn)明確1名防震減災助理員、1名宏觀測報員,各社區(qū)明確1名災情速報員。對宏觀測報員和災情速報員建檔立卡,發(fā)放證書,制定制度,落實待遇,明確責任,建立“三網一員”數據庫。在全社會開通“12322”防震減災公益服務熱線,完善信息暢通渠道。
(二)地震災害預防體系建設。
1.完成縣城區(qū)及開發(fā)區(qū)地下活動斷層探測和地震小區(qū)劃工作。在省、市地震局的指導下,年完成城區(qū)及開發(fā)區(qū)地下活動斷層探測和地震小區(qū)劃工作,真正達到“地下搞清楚、地上建結實”的目的,推進震災防御基礎性成果在城市防震減災中的有償使用,為我縣編制城市總體規(guī)劃、進行城市建設和國土開發(fā)利用提供抗震設防依據。同時,新建、改建、擴建一般建設工程全部達到小區(qū)劃圖標示的抗震設防要求。依據我縣地震小區(qū)化圖標示,在編制國土利用規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃時,充分考慮區(qū)域內潛在的地震風險,嚴禁在地震斷裂帶上規(guī)劃建設城市新區(qū)、學校、醫(yī)院和重要基礎設施。
2.依法加強建設工程抗震設防要求監(jiān)管。將建設工程抗震設防要求納入基本建設審批程序,并作為建設工程項目可行性論證、工程選址、工程設計和工程驗收的必要內容,嚴格按照抗震設防要求進行設計和施工。加強建設工程抗震設防要求備案審查,重大建設工程、生命線工程和可能發(fā)生嚴重次生災害的建設工程,要依法開展地震安全性評價。尤其對大型交通項目、水庫項目、天然氣、液化石油氣的接收、存儲、城市供水、供熱、大型居民小區(qū)、中小學校舍、衛(wèi)生醫(yī)療場所、重大化工項目等,都要按規(guī)定進行工程場地地震安全性評價,做到應評盡評,按“度”設防,確保安全。全面排查已有基礎設施、重大工程和大型化工企業(yè)的抗震設防隱患,及時除險加固。
3.加強農村民居抗震設防工作。提高農村民居抗震設防能力,到年,建成1處農村民居地震安全示范工程,60%以上的新建農村民居和村鎮(zhèn)公用設施采取有效抗震措施,農村社區(qū)、城中村改造等農居項目達到抗震設防要求,讓農民群眾逐步住上安全結實的房子。
4.加強學校、醫(yī)院等人員密集場所的抗震設防。一方面,要落實學校、醫(yī)院等人員密集場所建設工程地震安全責任制。另一方面,對新建、改建、擴建的學校、醫(yī)院建設工程,要嚴格執(zhí)行抗震設防標準,按照高于當地房屋建筑的抗震設防要求進行設計和施工,增強抗震設防能力,建成最安全、人民最放心的學校和醫(yī)院。
5.加強地震次生災害防治,提高基礎設施抗震能力。交通部門要全面提升交通基礎設施抗震能力,按要求適當提高建設標準,加快危險路段、橋梁整治改造。水務部門要對病險水庫進行除險加固,盡快完成病險水庫的抗震性能鑒定,確保水庫大壩的地震安全。供電、供水、供熱、供氣、各化工醫(yī)藥企業(yè)、通信等部門要適當提高系統(tǒng)抗震設防標準,對重要的設施和線路實行差異化設計,加強重要用戶自備保安電源的配備和管理,拿出應對地震次生災害的預案,切實做好地震次生災害的防治工作。
6.大力開展防震減災宣傳教育。建立防震減災宣傳教育長效機制,將防震減災宣傳教育納入縣委黨校干部培訓教學計劃和中小學公共安全教育計劃。推進科普示范學校和防震減災科普基地建設,“十二五”期間,建立省級地震科普示范學校1處,市級科普示范學校3處,達到“宣傳一個孩子、帶動一個家庭、影響整個社會”的目的。通過防震減災知識進機關、進企業(yè)、進社區(qū)、進學校、進農村、進家庭“六進”活動,全面提高全民防震減災意識和技能。
(三)地震應急救援體系建設。
1.完善應急預案體系建設。建立健全縣、鄉(xiāng)、重點部門地震應急預案的制定、修訂和補充工作,消除預案死角。健全應急預案的備案、督查、評估和演練制度,定期進行應急檢查,每年至少開展一次應急疏散演練,縣城區(qū)內各中學、各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心小學要一年輪流演練一次。
2.加強地震應急救援隊伍建設與培訓。本著“一隊多用、資源共享、專兼結合、軍民結合、平戰(zhàn)結合”的原則,由縣地震辦、消防大隊、武警中隊、衛(wèi)生局等有關部門組成一支反應迅速、機動性高、突擊力強,能隨時執(zhí)行地震應急救援任務的地震災害應急救援隊,一旦發(fā)生地震事件,確保能拉得出、用得上、見成效。對所有應急救援人員建檔立卡,發(fā)放證書,加強培訓,提高能力,明確義務,落實責任。
3.做好應急避難場所建設。結合廣場、綠地、公園、學校、體育場等公共設施,因地制宜建設應急避難場所,合理安排地震應急避難場所必須的交通、供電、供水、排污、物資儲備等設備設施。學校、醫(yī)院、影劇院、商店、酒店、體育場館等人員密集場所要設置地震應急疏散通道,配置必要的救生避險設施。“十二五”期間,要把我縣的和諧廣場、琵琶灣公園、師范廣場、三國文化廣場、醫(yī)院前廣場、一中廣場等規(guī)劃建設成地震應急避難場,滿足周邊群眾的應急疏散和安置要求。對應急避難場所要設定指示標識,劃定功能分區(qū),完善基本的供排水、供電等設施,提高避難效用。
4.加強地震應急救援物資儲備體系建設。建立健全地震救災物資儲備網絡和城市救災物資儲備站,優(yōu)化儲備布局和方式,合理確定儲備品種和規(guī)模。按照布局科學,種類完備,數量合理,調撥迅速的要求,完善跨部門、跨地區(qū)、跨行業(yè)的地震應急物資的生產、儲備、調撥和緊急配送等機制。鼓勵引導社會、家庭開展必要的防震減災應急物資儲備,實現專業(yè)儲備和社會儲備、物資儲備與生產能力儲備的有機結合。要建立全縣地震應急物資儲備數據庫,定時確認和更新,做到有備無患,真正應急。
四、保障措施
(一)加強組織領導。防震減災工作是一項系統(tǒng)工程,要把防震減災工作擺上重要議事日程,切實加強組織領導,建立完善工作制度,強化協調合作,形成防震減災工作合力。在規(guī)劃實施過程中,要及時協調解決存在的問題,強化監(jiān)督檢查,確保規(guī)劃順利實施。
(二)健全工作機構。要建立健全防震減災工作機構,積極落實“三網一員”人員,理順防震減災職能,加強防震減災力量,保證必要的人員編制和工作條件,確保防震減災工作正常開展。
(三)強化督導考核。要認真制定防震減災工作計劃,明確專門人員,強化工作措施,狠抓工作落實,確保工作到位、落實到位、責任到位??h政府將把防震減災工作納入年度目標考核體系,并對各單位工作開展情況定期進行督導檢查。
(四)加大投入力度。要將防震減災經費納入本級財政年度預算,設立防震減災專項資金,建立與本地經濟社會發(fā)展水平相適應的防震減災投入機制。要積極拓寬資金渠道,引導社會各界參與對各類工程設施和城鄉(xiāng)建筑抗震設防投入,以達到抗震設防要求。
縣委、政府決定召開全縣農村民居地震安全工程建設現場工作培訓會議,主要任務是深入貫徹全國農村民居地震安全工作會議、國務院防震減災工作聯席會議和省、市農村民居地震安全工作會議精神,總結我縣*年農村民居防震保安試點工程建設工作經驗,全面啟動和部署*年農村民居地震安全工程建設。下面,我講三點意見:
一、以史為鑒,深刻認識農村民居地震工程建設的重要性和必要性
我縣地處小江斷裂、則木河斷裂、蓮峰斷裂交匯部位,又屬滇東地震活動帶地段,歷史上地震活動十分頻繁,1900年以來在我縣境內就發(fā)生5級以上地震13次,平均每8年就有一次5級以上地震。1930年5月15日蒙姑新塘村一帶發(fā)生的6.0級地震,造成了當地除一人生還外,其余全部喪生的慘痛悲劇。2005年8月5日發(fā)生的5.3級地震,造成了大量民房、學校受損、基礎設施嚴重破壞、直接經濟損失上億元的慘重損失。慘痛的歷史教訓告訴我們,地震災害已成為我縣經濟社會發(fā)展中的一大殺手。目前,我縣農村民居抗震設防管理薄弱,大多數房屋未經正規(guī)設計和施工,設防能力弱,抗震防災能力普遍低下,一旦發(fā)生破壞性地震等自然災害,將給廣大人民群眾造成巨大的損失。因此,全面建設農村民居地震安全工程勢在必行。農村民居地震安全工程是全面落實科學發(fā)展觀,統(tǒng)籌城鄉(xiāng)經濟發(fā)展,構建社會主義和諧社會的一項重大戰(zhàn)略決策,是扎實推進新農村建設的重要內容,是科學防震、主動減災的有效途徑,是以人為本、關注民生、為民謀利的惠民工程。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)各有關部門必須清醒地看到我縣農村民居存在的安全隱患,充分認識建設農村民居地震安全工程的重要意義,進一步增強責任感和緊迫感,切實把思想統(tǒng)一到市委和市政府的戰(zhàn)略部署上來,統(tǒng)一到縣委、政府的具體安排上來,牢牢抓住全面建設社會主義新農村這一歷史機遇,乘勢而上,全面建設好農村民居地震安全工程。
二、*年我縣防震保安示點工程的基本經驗
按照省委、省政府和市委、市政府要求,我縣于*年10月正式啟動了農村民居地震安全工程試點建設工作。試點工程選在白鶴灘鎮(zhèn)的野鴨村實施,工程覆蓋113戶440人,其中21戶磚混、磚木結構房屋列入維修加固處理;92戶土木結構房屋列入拆除重建處理。工程總投資198萬元,其中國家投資90萬元,群眾自籌108萬元。試點工程建設在市委、市政府和縣委、政府的正確領導和上級各部門的關心支持下,圓滿完成了各項建設任務,取得了明顯成效??偨Y我縣*年農村民居防震保安試點工程建設,我們主要有以下做法和基本經驗:
一是健全機構抓領導。我們充分認識到開展農村民居防震保安試點建設工作的重要性和必要性,把試點工程作為當前和今后一段時間各項工作的重點,納入重要議事日程,確保人力、物力、財力和措施四到位,保證各項工作順利推進??h里成立了農村民居防震保安試點工作領導組,由我任組長,常務副縣長和分管副縣長任副組長,成員由縣政府辦、財政局、建設局、地震局、發(fā)改局、民政局、審計局、國土局、農業(yè)局、林業(yè)局、水利局、扶貧辦、廣電局、農村信用聯社主要領導和白鶴灘鎮(zhèn)主要領導組成。領導組下設辦公室,分設了工程技術組、工程組織實施組、資金管理組、資金使用監(jiān)督組、宣傳報道組六個工作組開展工作,明確了各組具體職責,做到職責明確,分工負責,團結協作、齊抓共管,確保了組織領導到位,有力地推動了試點工作的有序開展。
二是強化宣傳抓動員。農村民居防震保安工程建設的主體是群眾,受益者也是群眾。全面實施農村民居防震保安工程,單單靠各級組織機構和黨員干部的力量是遠遠不夠的,不能只是干部“一頭熱”,必須調動群眾的積極性,獲得群眾的支持尤為重要。我縣農村民居防震保安工程建設初期之所以工作進展不明顯,一個重要原因,就是一些群眾的思想認識不到位,有的持消極態(tài)度,特別是列為加固改造的甚至有錯誤認識和抵觸情緒??梢钥隙ǖ恼f,如果沒有廣大群眾的積極參與,僅靠各級干部“一頭熱”是絕對不可能把這項任務完成好的。我縣農村民居防震保安工程建設進展日益順利的過程,就是廣大群眾從最初的抵觸到逐步理解認同到現在廣泛參與的過程。正是我們堅持以人為本,突出群眾的主體地位,通過深入細致的宣傳鼓動和合情合理的政策推動,采取了召開動員大會、現場啟動會議、張貼標語、廣播宣傳、座談等方式,做了大量的宣傳發(fā)動工作,營造了良好的輿論氛圍,把干部群眾的思想基本統(tǒng)一到農村民居防震保安試點建設工作上來,充分調動了廣大干部群眾參與農村民居防震保安試點建設的主動性和積極性,切實轉變了傳統(tǒng)的建房意識和思想認識,樹立了自己的村莊自已建,自己的房子自己蓋的主觀意愿,克服了等待觀望的現象,從而使工作開展有了扎實的群眾基礎。
三是加強指導抓質量。工程質量直接關系到人民的生命財產安全,關系到黨委、政府在各族人民心中的形象。農村民居防震保安工程建設既要結合當地實際,又要始終確保工程質量。在進行農村民居防震保安工程規(guī)劃、房屋設計時,既著眼于全縣小康目標的建設,又考慮到項目實施鄉(xiāng)鎮(zhèn)的實際,區(qū)別對待,突出經濟實用,美觀新穎。縣鎮(zhèn)工作人員在具體的指導工作中高標準、嚴要求,認真把好質量關,同時明確了村組質量義務監(jiān)督員,充分調動群眾參與質量監(jiān)督的積極性,借助社會和群眾監(jiān)督,確保了各項目建設質量。城管局制定了工程建設控制要點,明確了工程建設各環(huán)節(jié)特別是隱蔽工程的質量監(jiān)管要求,有效杜絕了隱蔽工程的質量隱患,確保群眾所建住房符合防震安全要求。強化了監(jiān)督檢查,由城管局派駐的專業(yè)技術人員和村組質量義務監(jiān)督員共同把關,定期不定期地進行了逐戶監(jiān)督檢查,對發(fā)現的問題及時整改,對達不到質量要求的一律反工,及時有效地排查了安全隱患,確保了工程質量。
四是克服資金困難抓整合。建設“抗震性能好、實用價值高”的安全工程,資金不足是最大的制約因素。我縣*年農村民居防震保安試點工程按照“財政補助一點、項目整合一點、農民自籌一點、貸款添補一點”的籌資原則,廣開籌資渠道,多元化籌集資金,有效破解了資金投入不足這個最大的瓶勁制約因素,基本保證了試點工程建設必須的資金投入,形成了“政府主導,農民主體、企業(yè)支持”的籌資新格局。
五是強化措施抓落實。在工作中,注重推行分片包干負責制。抽調的縣指導組和鎮(zhèn)駐村工作組成員實行分片包干掛鉤到戶的辦法,每人負責幫扶20戶農戶,幫助協調解決建設過程中存在的困難和問題,督促農戶按照進度推進工程建設。注重抓好財物管理。以領導組辦公室文件的形式印發(fā)了資金管理辦法,把民主管理貫穿試點建設的始終,做到公正、公平和公開。注重抓好督促檢查。在工作中,加大督促檢查力度,定期不定期地深入實地督促檢查工程建設質量和進度,有力地促進了試點工程的順利完工。
我縣農村民居防震保安試點建設工作雖然取得了一定的成績,但與上級的要求和群眾的期望還有一定的差距,工作中仍然存在一些有待解決的困難和問題。一是主體意識不夠強。絕大多數群眾對農村民居防震保安試點建設工作是支持的,但也有個別群眾認為農村民居防震保安試點建設是上面的事,主動參與意識較弱,當涉及自己切身利益時又斤斤計較,提出一些過高或無理的要求。二是工作進展不均衡。總體上看,經濟條件較好的、群眾積極性較高的進展較快,經濟條件較差、投入能力較弱的進展較慢。三是配套工作到位難??陀^上由于群眾自籌能力弱,自籌資金不能及時到位,加之前段時間水泥供需矛盾突出,一定程度上制約了工程的進度。主觀上駐村工作組在協調物資到位、到戶指導方面的思路不夠寬、辦法不夠多、措施不夠硬,務實敬業(yè)的精神還不夠,協調和指導工作有待進一步加強。四是勞力投入保障難。青壯年勞力外出務工較多,一部分家庭只有老人和孩子留守,建設所需的勞動力難以保障,這在很大程度上影響了工程建設的總體進度。
三、圍繞目標,突出重點,全力抓好今年農村民居地震安全工程建設
多年來,我縣農村民居建設從規(guī)劃選址、設計施工、質量安全、抗震設防等環(huán)節(jié)都缺乏有效管理,致使農村民居建設質量低、抗震性能差、存在普遍的安全隱患。從我縣的地震史可以看出,造成損失最嚴重的是農村民居。面對復雜和嚴峻的地震,全面提高農村民居防災減災的能力,最大限度地減輕地震等自然災害造成的損失,保障人民群眾生命財產安全,是我縣全面建設小康社會和構建和諧社會的一項重要任務。因此,我們要按照省、市要求,完成好省政府下達的1600戶的計劃任務,其中加固1000戶,重建600戶。要通過一批民居地震安全示范村、示范戶的建設,進一步完善農村民居建設管理機制,增強農民群眾防震減災意識,影響和帶動廣大農民群眾改善居住環(huán)境,逐步消除農村不具備防震減災能力的危舊民居,確保地震發(fā)生時,農村民居主要用房不倒塌,最大限度地減少人員傷亡和財產損失,使農村民居的抗震防災能力得到普遍提高。要全面完成今年的目標任務,各鄉(xiāng)鎮(zhèn)和各相關部門務必要高度重視,精心組織,在工作中要做到抓好三項工作,做到四個結合,落實五項要求:
抓好三項工作:
一是要抓好選址規(guī)劃工作。規(guī)劃是農村民居地震安全工程建設的重要環(huán)節(jié),直接關系到農村民居地震安全工程建設的成敗。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)和各相關部門要認真開展農村民居基礎資料調查,組織專門力量,對現有農村民居逐戶進行抗震性能普查,全面清查農村住房安全隱患,對不符合防震、抗震要求的農村民居,要提出科學合理的加固、改造方案。建立農村民居基礎數據庫,切實做到“戶有帳、村有簿、鄉(xiāng)有冊、縣級進行系統(tǒng)聯網管理”,為科學制定農村民居地震安全工程建設規(guī)劃打好基礎。要結合全縣的“十一五”經濟社會發(fā)展規(guī)劃、各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的新農村建設規(guī)劃及農村各項基礎設施和公共服務設施專項規(guī)劃,編制好農村民居地震安全工程建設規(guī)劃,明確總體思路,分階段有重點地穩(wěn)步推進農村民居地震安全工程建設。要按照鄉(xiāng)(鎮(zhèn))村建設“統(tǒng)一規(guī)劃、合理布局、科學選址、配套建設”的原則,做好鄉(xiāng)(鎮(zhèn))村建設規(guī)劃的編制、修訂工作,把防震減災作為鄉(xiāng)(鎮(zhèn))村建設規(guī)劃的重要內容,充分發(fā)揮鄉(xiāng)(鎮(zhèn))村規(guī)劃的調控工作,使農民建房避開地震斷裂帶、抗震不利地段和滑坡、泥石流、塌陷、洪水等自然災害易發(fā)地段。
二是抓好資金的籌集和管理。實施好農村民居地震安全建設工程,建設資金是難點,也是關鍵,我們必須拓寬資金渠道,多渠道籌集建設資金。要按照“群眾自籌為主,政府和社會支持為輔”的原則,調動廣大農民群眾自籌資金建設抗震民居的積極性和主動性,引導社會各界捐贈和對口幫扶,對口資助貧困地區(qū)農民實施抗震民居建設。金融部門要加大農村民居地震安全工作建設貸款支持力度,農村信用社要把支持農村民居地震安全工程作為信貸支農的重點,放寬貸款的期限,簡化信貸手續(xù),方便和滿足農戶改造建設住戶的貸款需求。在實際操作中,要堅持民主決策與民主管理相結合、辦事過程公開與公布辦事結果相結合、村民監(jiān)督與部門監(jiān)督相結合的原則,根據農村民居的安全狀況,加固工程量的大小,農戶收入情況分別確定補助對象和標準,不搞平均主義。要特別關注農村貧困戶和特困戶的實際困難,給予幫助和適當政策傾斜。所有補助對象、補助標準、補助金額都要張榜公示,民主評議確定。財政、監(jiān)察、審計部門要加強對農村民居地震安全工程專項補助資金的監(jiān)督和管理,切忌挪用、擠占、貪污農村民居地震安全工程建設資金,對違反資金管理規(guī)定的要嚴肅處理,絕不姑息遷就,確保資金安全。
三是抓好工程質量管理。城管等部門要對原制定的工程建設質量控制要點和加固改造方案進一步的細化完善,為技術指導提供書面依據。工程建設期間繼續(xù)堅持強化工程建設各環(huán)節(jié)特別是隱蔽工程的質量監(jiān)管,杜絕隱蔽工程的質量隱患,確保群眾所建住房符合抗震設防要求。一要編制好實用的施工圖集和施工技術要點指南。要根據國家、省建筑設計、施工驗收規(guī)范標準及抗震技術指導意見要求,按照“抗震、節(jié)約、環(huán)保”的原則,結合實際,編制農村民居抗震加固和拆除重建實用施工圖集及施工技術要點指南,免費提供給村民使用,指導農村民居實施加固改造和拆除重建工程建設。二要加強農村工匠技術培訓。采取集中學習、現場講解、觀摩、操作等方式對鄉(xiāng)村建筑工匠進行義務技能培訓,培養(yǎng)一批掌握農村民居抗震基本知識和操作技能的建筑工匠,充實施工隊伍,為確保農村民居地震安全工程建設質量打好基礎。三要加強施工管理。各級農村民居地震安全工程建設工作領導組辦公室要切實履行職責,加強施工管理??h、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、村要逐級建立工程質量督促檢查組,對農村民居地震安全工程建設實行動態(tài)跟蹤管理,各鄉(xiāng)鎮(zhèn)要配備專職或兼職安全質檢員,對工程的安全質量進行日常監(jiān)督管理。整體工程按要求完工后,各鄉(xiāng)鎮(zhèn)要組織自查自驗,自驗合格后向縣農村民居地震安全工程建設工作領導組提出申請,再由縣農村民居地震安全工程建設工作領導組組織初驗,并將相關資料整理歸檔,迎接市級組織的驗收和省級組織的抽查。
做到四個結合:
一是把地震安全工程建設與社會主義新農村建設相結合。要把農村民居地震安全工程作為新農村建設的一項重要任務,使之與村莊規(guī)劃、村容村貌整治結合起來,凡是新農村建設中的新村建設、民居改造都要提出抗震要求,因地制宜開展抗震工作,為建設小康、文明、生態(tài)、和諧的新農村打好基礎。
二是把地震安全工程建設與扶貧開發(fā)、移民搬遷工作相結合。要整合扶貧開發(fā)、移民搬遷工作中的各方面的資金,在整村推進、易地開發(fā)扶貧、水電工程移民搬遷安置中,新建的住房都要做好地震安全工作,以提高貧困群眾住房的抗震防震能力。
三是把地震安全工程建設與促進地方經濟發(fā)展相結合。在農村地震安全工程建設中,要研究制定相關優(yōu)惠政策,動員鼓勵企業(yè)、單位及各方力量共同參與農村建設,通過各種扶持,發(fā)展農村經濟,增加農民收入,最大限度地調動廣大農民群眾自力更生建設安全家園的積極性。
四是把地震安全工程建設與全面提高農村綜合減災能力相結合。要堅持統(tǒng)籌規(guī)劃、協調發(fā)展,加強農村公共基礎設施建設和農村環(huán)境綜合整治,既要提高農村民居抗震防震能力,也要提高抵御其它自然災害的能力,全面提高農村綜合抗災防災能力。
落實五項要求:
一是落實組織領導。加強組織領導是抓好各項工作的關鍵。各實施鄉(xiāng)鎮(zhèn)既要充分認識到農村地震安全工程建設的重要性和緊迫性,又要看到工程的長期性、艱巨性,做好長期作戰(zhàn)和打硬仗的思想準備,把農村民居地震安全工程作為新農村建設的一項重要任務,列入議事日程,切實加強領導。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要領導要親自抓,負總責,分管農業(yè)和農村工作的領導要具體抓,要成立農村民居地震安全工程領導小組和辦公室,統(tǒng)籌全鄉(xiāng)鎮(zhèn)的協調配合,確保認識到位,組織到位,領導到位。
二是落實工作責任。農村民居地震安全工程是一項復雜的社會系統(tǒng)工程,涉及部門多、工作繁重、責任重大。各實施鄉(xiāng)鎮(zhèn)和各有關部門要進一步強化大局意識、責任意識和服務意識,認真履行職責,搞好協調配合,共同把各項工作任務逐項落到實處。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)要按照《*縣*年農村民居地震安全工程建設實施方案》的要求,進一步細化責任,把工作任務落實到村、到組、到戶??h農村民居地震安全工程建設工作領導組辦公室要切實擔負起工程建設工作的統(tǒng)籌協調職責,積極協調相關部門做好項目建設中的資金安排、技術指導、項目實施、監(jiān)督管理和檢查驗收等工作。城管局、規(guī)劃局、地震局要負責做好農村民居地震安全工程建設中的業(yè)務指導和技術服務工作;國土局要負責配套利農利民的宅基地政策;金融部門要在農村民居地震安全工程建設的貸款上給予積極支持。其它部門也要積極配合,努力做好相關工作,確保農村民居地震安全工程建設工作的有序開展。
三是落實宣傳動員。宣傳工作是開展各項工作的前沿陣地。各實施鄉(xiāng)鎮(zhèn)要充分發(fā)揮輿論宣傳的導向作用,通過各種大眾傳媒,采取板報標語,櫥窗專欄等群眾喜聞樂見的形式,廣泛宣傳農村民居抗震防災知識,倡導科學減災理念,提高農民群眾的防震減災意識,大力宣傳做好農村民居地震安全工程建設的重要意義和政策措施,提高廣大干部群眾對實施農村民居地震安全工程重要性的認識,積極宣傳好經驗、好做法,堅定農民群眾的信心和決心。使這項工程做到家喻戶曉,深入人心,營造社會各界共同關心和支持農村民居地震安全工程建設的良好氛圍和環(huán)境。
四是落實工作原則。一要堅持量力而行的原則。在實施民居地震安全工程建設中,要結合各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的經濟發(fā)展水平、自然地貌和民風民俗的實際,根據具體情況,堅持經濟實用,抗震安全,充分考慮到農民的物質承受能力,量力而行,以加固改造為主,拆出重建為輔,幫助和引導農民建造抗震性能好、造價合理的房屋,改善農民居住條件。二要堅持尊重群眾意見的原則。必須堅持從本地的實際情況出發(fā),充分尊重農民意見,講求工作實效,要通過典型宣傳、科學指導、政策扶持等多種途徑,積極引導廣大農民群眾自覺參與農村民居地震安全工程建設工作,堅決防止脫離實際情況,貪大求洋、亂鋪攤子,堅決防止違背農民意愿、盲目建設、硬性推進的行為。
關鍵詞:水工混凝土結構;抗震安全評價;地震動輸入;結構地震響應;混凝土動態(tài)抗力
1研究的工程背景我國人均水資源極為短缺且時空分布又很不均勻,通過水庫大壩等水寫作論文工程建設,盡可能調節(jié)利用汛期洪水,對抗旱防洪都有重大意義。我國的水能資源位居世界之首,水電作為可再生清潔能源,在我國進入全面小康社會過程中,對改善我國以煤電為主的二次能源結構、減輕煤電造成的巨大環(huán)境影響及資源和運輸緊張,起到無可替代的重要作用。因此,在充分重視生態(tài)和環(huán)境影響的前提下,積極有序的進行水庫大壩建設是切合國情和經濟社會發(fā)展所急需的,特別是我國大江大河的源頭和水能資源集中在西部高山崇嶺的陡峻河谷中,地形地質條件適宜于修建移民淹地相對較少而調節(jié)性能好的高壩大庫。在高壩建設中,目前以混凝土壩為多,特別是我國西部在建和近期擬建的200至300m級的高壩,絕大部分取拱壩方案。我國大陸位于世界兩大地震活動帶之間,是一個多地震國家,是世界上地震災害最為嚴重的國家。而西部地區(qū)是我國主要地震區(qū),地震的強度和發(fā)震頻度都很高,近代我國82%的強震都發(fā)生在該地區(qū)。修建于該地區(qū)的大壩設計地震加速度(ag)都很高,地震往往成為設計中的控制工況,諸如:錦屏(H=305m,ag=0·197g),二灘(H=240m,ag=0·20g),龍羊峽(H=178m,ag=0·23g),小灣(H=292m,ag=0·308g),溪洛渡(H=273m,ag=0·321g),白鶴灘(H=275m,ag=0·325g),龍盤(H=278m,ag=0·408g),大崗山(H=210m,ag=0·557g)等,這些工程都是高拱壩。因此,水工混凝土結構中的大壩的抗震安全一直是我國水利水電建設中的一個必須面對和急需解決的關鍵技術問題,當前特別是對高拱壩的抗震安全,尤為迫切。
2研究的歷程在我國建國初期,水工混凝土結構抗震設計主要沿襲美國和前蘇聯采用的擬靜力法。1959年廣東新豐江大壩蓄水后頻發(fā)地震,需要進行抗震加固。當時在黃文熙副院長倡導下,我院在結構材料研究所組建了抗震研究組,開始了水工混凝土結構抗震的研究工作?!啊焙?978年與土工研究所有關抗震和爆破專業(yè)合并成立抗震防護研究所,1997年該所解散,成立了專門從事水工混凝土結構抗震研究的工程抗震研究中心,研究隊伍由當時抗震組的不足10人發(fā)展至今的20人左右。近50年來,從新豐江大壩抗震加固開始,我院先后承擔了我國各個重大工程的水工混凝土結構,特別是大壩的抗震科研任務,主持和負責了國家科技攻關項目、國家自然科學基金委員會重大計劃項目及部級的重點項目。主動積極地在我國邢臺、海城、唐山等各次大地震中及時趕赴現場,對水工建筑物的震害進行考察調研。在對工程抗震的研究實踐中,逐步形成了包括水庫地震和場址地震動輸入、各類水工混凝土結構主要是大壩的動力分析和模型試驗、現場測振和強震觀測、混凝土材料動態(tài)特性等一整套系統(tǒng)、全面的研究體系;負責主編及修訂我國《水工建筑物抗震設計規(guī)范》;建立了包括國內首臺大型三向六自由度地震模擬振動臺、微機群高性能并行計算平臺、和籌建中的大型全級配混凝土動態(tài)試驗機等設備的較先進完整的研究基地;培育了眾多碩士、博士研究生和博士后研究人員和成長了一個以中青年為中堅的較穩(wěn)定團結的科研群體。研究成果在工程中被普遍應用。先后獲得國家級和省部級科技進步獎30余項,以及第一次全國科技大會先進集體、建設部頒發(fā)的全國抗震工作先進單位,近期由中國地震局、中國科學院、國防科工委、科技部、國家自然科學基金委聯合頒發(fā)的全國地震科技工作先進單位。具有中國地震局頒發(fā)的甲級“建設工程地震安全性評價許可證書”。廣泛開展了國際學術交流和協作活動,包括由美國自然科學基金委連續(xù)支持的、與國際知名學者RayW·Clough共同就拱壩抗震進行的長達20年的中美合作研究。積極參加國際學術會議,筆者在這些會上多次作特邀和主題報告,連續(xù)作為國際大壩委員會有關抗震的專委會成員近30年,近年來被選為專委會副主席迄今,參與主持和組織了首次在我國舉辦的第14屆“世界地震工程大會”中為期一天的“大壩抗震”專門分會的工作。所有這些使我院抗震研究在國內外同行中具有一定影響。
3研究工作的主要創(chuàng)新性思路及進展水工混凝土結構抗震是涉及多種學科交叉的應用性邊際學科,其分析依據的理論和求解方法,試驗采用的儀器設備和測試方法,大多是在借鑒、吸收、和消化相關領域成果的基礎上,進行集成再創(chuàng)新的。因此,首先力求對基本概念上深入理解和理清,并緊密結合本專業(yè)特點和要求,提出解決問題的開拓性思路,這是引領研究成果取得突破性進展的關鍵。當然,在思路付之實踐的過程中,總需要作艱辛的探索和在實踐檢驗中不斷完善。鑒于工程結構的地震安全性評價都必須包括地震動輸入、結構地震響應、結構抗力這三個不可或缺且相互配套的方面,現就我院在近50年來在水工混凝土結構,特別是大壩抗震研究工作中在這三個方面主要的創(chuàng)新性思路及其進展,分別簡述如下。3·1在地震動輸入方面工程的場址地震動輸入是抗震安全評價的前提。多年來,在地震動輸入方面的工作主要包括以下三個相互關連的內容,即:大壩抗震設防水準框架的制定、場址相關地震動參數的確定、壩址地震動輸入機制。3·1·1大壩抗震設防水準框架的制定[1]在深入了解地震部門有關規(guī)定基礎上,自行研發(fā)基于概率理論的地震危險性分析軟件;經分析比較國內外有關規(guī)定導則后,結合我國國情和水工建筑物的特點和要求,建立和逐步改進了與功能目標相匹配的水工建筑物抗震設防標準的框架體系,先后被列入由我院主編在1978年頒布的我國第一本《水工建筑物抗震設計規(guī)范》和1997年頒布的其修編版中。鑒于近期在強震區(qū)修建的眾多高壩大庫,國內外都尚缺乏先例,為防止其發(fā)生潰壩的嚴重地震災變,建議在準備修訂的水工抗震規(guī)范中,對重要的高壩大庫,應增加對壩址預期可能發(fā)生的最大可信地震、按不潰壩的性能目標進行校核的規(guī)定。我國西部重大工程存在近斷裂大震的問題?;诟怕史ù_定的最大可信地震,由于其所依據的基礎資料中少有近場大震記錄,外延至屬于很小概率事件的最大可信地震,具有較大的不確定性。因此宜采用確定性方法求得設定地震。但現行確定性方法中將近斷裂大震的最大可信地震作為點源處理有本水工混凝土結構抗震研究進展的回顧和展望陳厚群僅適用于V形河谷和三心圓壩型的局限性進行了改進和擴展,使之適用于多種河谷和壩型。其后又進一步拓展至能考慮沿壩基的不均勻地震動輸入[11]。成為當時我國拱壩抗震設計中有限元法動力分析的有力工具。我國混凝土壩的抗震設計從傳統(tǒng)的、不計地震動和結構動態(tài)性能的擬靜力法分析,進入到了更符合實際的動力分析的階段。拱壩歷來被作為不規(guī)則殼體的整體結構,但隨著我國在地震區(qū)眾多高拱壩建設的發(fā)展,地震工況下的高拱向應力值,愈益成為設計中的難題。當時國外已開始注意到拱壩壩體中的橫縫,在強震時會因不能承受拉力而反復開合,使之不再成為整體結構,從而高拱向應力將被顯著釋放。我們結合拉西瓦拱壩工程,在國內首次引進可考慮橫縫張開的美國拱壩有限元法動力分析程序ADAP-88,并對其中的因考慮橫縫設有鍵槽而不能滑移的假定,作了可按摩爾-庫侖準則滑移的改進,使之更符合有鍵槽橫縫在張開時仍可能滑移的實際情況,在修正了其中一些差錯后,首次實際應用于我國拱壩工程抗震設計中[12]。應當說,這對高拱壩抗震設計是具有突破意義的進展。拱壩抗震設計也更進一步從線性發(fā)展到非線性的動力分析。但該方法中采用邊界彈簧處理橫縫接觸問題,不能完全滿足接觸條件,且以動態(tài)子結構法迭代求解的工作量也較大。
無論是采用取伏格特(Vogt)地基系數的試載法或取無質量地基的有限元法求解,都只能計入地基的彈性影響并作為封閉的振動體系求解。而對于大體積的混凝土壩,隨著壩高的增大,壩體-地基-庫水間的動力相互作用已愈顯重要,不能被忽略。大壩的結構與地基相互作用主要體現在振動能量向遠域地基逸散和沿壩基地震動輸入的不均勻性以及與之相應的地基邊界條件和地震動輸入機制的確定。為此,在20世紀90年代,我們和我國學者廖振鵬院士協作,有效應用其提出的人工透射邊界體現大壩地基輻射阻尼的影響[13]。同時,為避免ADAP-88程序存在的諸多問題,在和劉晶波教授協作下,應用其提出的基于Lagrangian乘子的動接觸理論處理接縫邊界問題。在此基礎上,自主研發(fā)了能同時計入各項更切合實際狀況的因素的、在時域內作為波動問題顯式求解的、完整有效的拱壩非線性動態(tài)分析的方法[14],其中同時考慮的因素包括:壩體-地基-庫水間的動力相互作用、壩體和地基內接縫開合、近域地基內各類地質構造和遠域地基輻射阻尼影響,以及沿壩基地震動的不均勻影響等。由于不需要形成總剛矩陣和可以遞推求解,并解決了收斂和穩(wěn)定性問題,顯著地簡化了計算并提高了其效率。此外,為了考慮在拱壩應力集中的薄弱部位的開裂,在這些部位設置了計入材料抗拉和抗剪的強度的接觸縫面。這個方法和程序已在我國眾多高混凝土壩,特別是高拱壩,實際工程的抗震設計研究中被廣泛應用,并受到國際同行的關注。此外,為進行比較檢驗,還開發(fā)了國外采用的、以設置彈簧-阻尼器的邊界模擬輻射阻尼、需輸入包括邊界應力、速度和位移的自由場地震動的相應程序[15]。庫水對混凝土壩動態(tài)性能有重要影響。壩體-庫水流固耦合問題的關鍵在于對庫水可壓縮性的考慮。已有研究表明,只有當壩體的自振頻率(fd),庫水的共振頻率(fr)以及地震動加速度的卓越頻率(fa)三者相互接近時,庫水可壓縮性導致的共振才有實質性的意義。當fa>fr時,由動水壓力中的虛數分量所體現的能量逸散會導致反應減小。庫水的第1階共振頻率可由fr=C/4H求得,其中C是水中音速,H則是水庫平均深度,一般可取為最大水深的0·7倍。巖基的卓越頻率約為5Hz。因此,我們的研究認為:對高度超過100m的拱壩,fa將大于fd、fr,加上并非剛性平坦的庫底吸能和散射效應,使庫水共振難以發(fā)生,特別對中國眾多的多泥沙河流更是如此。實際上,在現場測振試驗和大壩地震震例中,也還從未見庫水共振的報導。所以,從工程觀點看,庫水可壓縮性是可以忽略的,從而庫水地震動水壓力可以以壩面的附加質量形式體現。在庫水不可壓縮的前提下,我們通過白山拱壩模型試驗,實測壩面動水壓力和壩體滿庫頻率,驗證了壩體和庫水流固耦合有限元模型求解的壩面動水壓力值。進而發(fā)現并提出:將按Westergaard對剛性平面壩面公式換算得的附加質量折半,作為拱壩壩面附加質量進行計算的結果,無論是壩體前幾階滿庫頻率和振型或壩面動水壓力值都能和實測及用有限元模擬庫水的結果較好符合[17]。這就使拱壩地震響應的動力分析簡化了很多。這個建議已在我們?yōu)楹芏喙皦芜M行的動力分析和試驗中得到應用和驗證。拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定的校核對其抗震安全評價的首要問題。目前都仍把壩肩潛在滑動巖塊作為剛體,將其與壩體分割開來,采用傳統(tǒng)的剛體極限平衡法進行。這實際是一種不計壩體和地基動態(tài)變形耦水工混凝土結構抗震研究進展的回顧和展望陳厚群以期增強團隊凝聚力。同時十分重視和有關單位的協作和國際交流,不斷進行了擴大協作面的探索和努力,1990年成功爭取為中國科學院系統(tǒng)內唯一的一個院外開放實驗室。認真貫徹了“開放、流動、協作、聯合”的指導方針,評估結論中被建議列入國家重點試驗室建設系列。近年來,進一步遵循同志“產、學、研相結合形成科技創(chuàng)新整體合力”的要求,通過國家級支撐項目、部級創(chuàng)新項目和國家自然科學基金委員會的重點項目,緊密配合實際工程設計單位,聯合河海大學和西安理工大學的有關單位,初步形成了相對固定的“產、學、研”相結合的創(chuàng)新團隊,取得了統(tǒng)一規(guī)劃、有機協作、資源共享、優(yōu)勢互補的明顯效果。可以說,所有重大研究成果都體現了集體勞動和智慧的結晶,各類優(yōu)秀人才也都是從團隊中脫穎而出的。
5展望和結語近期我國將在強地震區(qū)建設一系列具有300m級高拱壩的重大水電工程。對這些高拱壩工程,國內外都既缺乏工程實踐的先例,又無遭受震害的實例。而高壩大庫一旦遭受強震發(fā)生嚴重破壞將導致不堪設想的次生災害。在當前科研進展趕不于工程建設規(guī)模發(fā)展的情況下,必然存在一定風險。為此,設計人員、業(yè)主及社會都更加高度關注重大工程的抗震安全保障及嚴重地震災變的應對。因此,在我們回顧和認真總結近50年來在水工混凝土結構抗震方面所取得成果的同時,也深感正面臨嚴重挑戰(zhàn),要使科研進展適應工程發(fā)展需要,還存在著較大差距,任重道遠、需警鐘長鳴。首先,為應對嚴重地震災變,在地震動輸入方面要解決近斷層大震的最大可信地震估計及其地震動參數的合理確定。需要基于能反映我國板內地震特點的強地震資料,進一步深入研究:沿發(fā)震斷層斷裂面的破裂拓展模式、震源地震動特性及其傳播規(guī)律、回歸位錯、應力降等斷裂參數與地震矩的關系式;合理考慮場址地形、地質條件的影響;探求主、余震的時空和強度規(guī)律、以及確定對不同發(fā)震斷裂的最小避讓距離。其次,在結構地震響應方面,需要深化研究:各類結構控制地震災變的潰壩機理及其可定量化的性能目標;繼續(xù)改進更能反映工程實況、損傷發(fā)展過程和率效應的非線性動力分析模型及其有效求解方法;大力推進高性能并行計算技術的應用及有自主知識產權的軟件的研發(fā)和推廣;突出解決混凝土壩體系動力模型破壞試驗中的關鍵技術;加強對工程抗震措施及抗震設計規(guī)范修編的研究;逐步成為全國混凝土高壩強震資料觀測分析研究中心。最后,在大壩混凝土動態(tài)抗力方面,為揭示大壩混凝土損傷演化規(guī)律,及為改進模型和確定相應力學參數提供依據,需要對全級配大壩混凝土及其組成介質、進行本構曲線全過程的試驗研究;繼續(xù)改進大壩‘數字混凝土’三維細觀力學動態(tài)分析方法;深化CT圖像分析和三維動態(tài)顯示技術的研發(fā);完善三向加載大型材料試驗裝置和其試驗技術,建立與之配套的專用工業(yè)CT裝置,以期對大壩混凝土內部結構及其動態(tài)損傷破壞機理和性能的研究能有新的提升和跨越。相信在領導支持和團隊共同努力下,一定能再接再勵迎接挑戰(zhàn),克服障礙,為重大工程的抗震安全保障及嚴重地震災變的防止、為我院爭取建立國家試驗室和建成國際一流科研機構作出應有貢獻。后記本文目的在于:值此50周年院慶之際,作為參與我院水工混凝土結構抗震研究發(fā)展全過程的一個成員,想以上述個人的認識和體會,與團隊群體一起,在回顧總結的基礎上,共同增強信心,認清差距,迎接新的挑戰(zhàn),繼續(xù)攀登創(chuàng)新高峰;同時,也作為對在我們工作中長期給于關心和支持的各級領導的匯報,以及對院領導提出要盡快將我院建成國際一流科研機構號召的響應。不當之處,文責自負,并祈請批評指正。
參考文獻:
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5月23日,在大地震后的第12天,都江堰風景區(qū)青城山后山的垮塌道路仍然沒有開始修復工作,里面的居民和外面的救援人員都只能通過一些山間小道進出。而在山間小河兩邊巨大的泥石流塌方里,“至少還埋著幾十名外來游客”。
泰安村九組的魏述明老人說:“地震使我們的房子倒了,道路也斷了,山上也滑坡了,都不知道還能不能在這山里住下去?!?/p>
“整個救援行動中,我們感覺最大的困難來自于交通方面?!?月24日,一名剛從青川縣城出來的救援人員說,“路不通,我們就只能干著急。”
一名救援人員回憶,當時許多救援車輛都被擋在路上,一些車輛甚至進退不能,從救援者被成了被救援者?!皶r間被大量耽誤在路途上,而對等待救援的災區(qū)群眾來說,每一分鐘都意味著生命危險的加大?!?/p>
道路就是生命保障線
在此次汶川大地震中,幾個主要的重災區(qū)除了都江堰的交通情況略好外,其余地區(qū)的交通在震后及不斷的余震中顯得非常脆弱。
由于交通、通信都完全中斷,國務院救災總指揮部不得不動用了空降兵部隊。值得注意的是,在遭受地震危害的許多縣城,進出的公路并不多,有些甚至僅有一條公路與外界相通。此次汶川被封鎖,主要是其與都江堰之間一座名為馬鞍山的山體在地震中發(fā)生大面積山體滑坡,沖斷了路基??h城都面臨這樣的情況,下面一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊的情況更是可想而知。
鮮為人知的一個情況是,就在汶川大地震發(fā)生前的2008年4月26日,四川省公路局的專家針對2007年開展全省干線公路檢測后發(fā)現的問題,進行了分析,總結出四大問題:
按照交通部干線公路每年大中修里程比例達到18%的規(guī)定計算,平均5.5年大中修一次,全省干線公路每年需安排大中修工程3025公里,但由于養(yǎng)護工程投入嚴重不足,每年大中修工程實際完成與需求差距很大;2001至2005年,全省干線公路平均每年完成大中修工程1000公里左右,實際完成大中修工程僅占需求的1/3;2007年地方分成資金投入大中修工程4041萬元,加上收費公路通行費投人,僅完成干線大中修1044公里,其中大修僅有253公里;日常養(yǎng)護和周期性養(yǎng)護投入不足,導致了全省干線公路路況始終在低水平下運行。
由于投入不足,公路養(yǎng)護機械呈遞減趨勢,四川省的公路機械從體改前的6000多臺下降到3000多臺,其中養(yǎng)護機械較少。而且很多已經不能使用,養(yǎng)護生產回到了鋤頭、掃帚的落后狀態(tài),養(yǎng)護生產水平已經遠遠不適應四川省高等級公路快速發(fā)展的要求。
專家隨即呼吁,四川省加大機械化養(yǎng)護投入迫在眉睫。與此同時,定期巡查、動態(tài)監(jiān)測,建立防災和預警系統(tǒng)也十分必要。
四川省一名交通學者表示,西部很多山區(qū)都僅有一條路與外界相通,一旦公路出問題,遭遇重大自然災害和疾病災害,很難及時救援和運送。正常情況下被交通生命線串起來散落兩旁的“珍珠”,在交通完全癱瘓的突發(fā)事件影響下,很容易變成被吊起來的易碎品。事實上他一直認為。山區(qū)一般地質條件復雜,環(huán)境脆弱,地質災害多發(fā),公路建設不可避免地要切坡、填溝、打隧道,對地質環(huán)境造成嚴重破壞,處理不好還會誘發(fā)和加劇各種地質災害,給運營階段帶來嚴重的安全隱患。
以岷江沿線為例,沿317國道前進,沿途可見村莊座座,但兩旁植被很少,不少地方樹早就光了,并且泥石流頻發(fā),明顯感覺生態(tài)環(huán)境脆弱。一名常年往返于該地區(qū)的駕駛員說:“平時只要下點雨,就會經常塌方堵車,公路兩旁的土石已經松動?!?/p>
在地震后,由于沒有吃、穿,也沒有外面的人趕來救援,許多人只好徒步十幾個小時走出山區(qū)獲得救助。北川縣的一名村小學教師表示:“原來的公路又窄又簡陋,加上地震損壞,車輛根本進出不了只能靠走路避難了”至5月末,整個震區(qū)仍然有不少鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村莊與外界聯系處于中斷狀態(tài),只能靠軍隊和救援人員人工運送食物,形成了一個個“生命孤島”。
“道路不通是救援的最大障礙,信息不暢也是救災搶險的大敵,因為完全靠徒步救援是不現實的。”一名軍官表示,“除了無法把大量人員和救災物資運進災區(qū),也很難把傷員運出來,甚至部隊官兵的后援都會出現困難?!?/p>
一旦大災來臨,道路就是生命保障線。有學者指出,唐山大地震之后,一些損害低的道路和建筑反而是那些在同邊地塊挖了溝槽的,這是一種天然減震的好辦法,可以命名為“抗震溝”??拐饻峡梢曰饽芰康谋砻?zhèn)鬟f,還具備排水、埋管線等有機的功能。對于中國目前的道路情況,全面加寬路面是不現實的,但階段性的路肩大平臺就成了關鍵:可以成為疏通局部車量的重要緩沖區(qū);可以成為實施空中救援的平臺;可以成為大型機械的臨時組裝地。
“機械進場是救援工作的關鍵,全國各主要道路的全面評估和補救應該是公路建設部門的重點,避免下一次面對災害時的無奈?!睒I(yè)內人士建議。
設立區(qū)域救援儲備中心
就在汶川大地震發(fā)生前4個月的2008年1月初,同樣是一場突如其來的大雪、降溫使得中國南方許多地方淪為災區(qū)。這兩次天災具有一些相似的情況:交通中斷、通信中斷、斷電缺糧……而外界欲對其救援也因此困難重重。正是這些共性之處,促使記者日前重訪在雪災中損失嚴重的貴州部分地區(qū)。
1月25日上午11時許,貴州省黔東南苗族侗族自治州境內瞬間全部停電,400多萬人全部陷入一片“黑暗”,在冰天雪地的世界里,黔東南州成了一座真正意義上的“冰島”、“孤城”。一些邊遠小縣曾與世隔絕長達10多天,電力、通信、交通全部癱瘓。
一位黔東南州的官員回憶:“當時如果沒有的緊急救援,很多縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)都不知道要造成多少損失,但是的救援速度也因為交通、通信及電源中斷等原因被限制,很多工作還是需要我們地方政府自己去克服?!?/p>
與汶川大地震的區(qū)域類似,黔東南州地形也非常復雜,尤以山區(qū)為最,在交通恢復方面極其困難。當地凱里供電局的胡曉剛主任表示:“沒有電,現代的城市將做不了太多事情,尤其影響到通信的暢通,使災害情況變得更加復雜。同時由于交通中斷,也使我們在電力恢復方面舉步維艱?!?/p>
不過凱里電力部門在每個基站都建有自己的工作便道,使他們不需要完全依賴公路交通,于是在許多地方“電力搶修人員基本是爬著便道過去的,同時還要攜帶維修設備”。由于通信中斷,衛(wèi)星電話使用效果
太差,他們甚至使用了傳說中的“雞毛信”,用人力在各個工作點間傳遞紙條保持信息暢通,加上其一直儲備有救災專用的燃油發(fā)電機,有效地促進了電網修復工作。
胡曉剛說:“我注意到此次汶川大地震中,其交通、通信等方面的情況與我們在雪災中的遭遇很相象。我的體會是,在救災上不能總是依賴傳統(tǒng)的交通、通信,應該有自己的預案,甚至包括一些土方法?!?/p>
兩次接踵而來的天災,讓人們意識到。打造有效的救援機制已經迫在眉睫。重慶大學可持續(xù)發(fā)展研究院副院長蒲勇健表示,除了加強對普通人群的防災、抗災訓練。中國各級政府應該馬上將擴大消防隊伍體系,讓其從城市里走得出去,能夠到達所有的災害現場進行救援工作納入工作計劃。從汶川大地震中已經看出,中國其實沒有足夠的專業(yè)災害救援隊伍。包括山區(qū)搜救隊伍和空降救援隊伍等。既然對地震預報抱有希望已經屬于不明智的想法,那么國家地震局為數不少的國家公務員編制,是否可以考慮轉為培養(yǎng)地震救援人員?
另外,基于對成本的考慮,各級政府不可能同時都在救災儲備方面重復投入,但是一些大區(qū)域,或者以太城市為中心進行災害救援儲備卻是非常必要的。例如傳統(tǒng)意義上的“東北”、“西南”、“西北”區(qū)域,或者“北京中心”、“成都中心”或“西安中心”等大城市救災儲備中心需要盡快建設,其中包括人員、機械和物質等多方面的充分儲備。如此一來,各種大小城市、鄉(xiāng)村無論是遭遇自然災害,或是突發(fā)疾病等情況,都可以得到迅速、有效的救援。
不過也有學者提醒,自然災害的產生從本質上看是不可避免的,一味的嚴防并非對付災害最好的手段,在事前的預防固然重要,但是如果能平衡事前預防和事后補償的資金使用,提高對受災人群的幫助和補償水平同樣也能達到減災的效果。如此并不是反對防災設施和制度的建立和完善,而是不能讓大災之后對災害的恐懼心理主導了防災制度的設計和實施。
專家指出,當人類遭遇到極端的自然災害之后,往往會對災害預防設施的建設產生求大求全的沖動,但是這些措施發(fā)揮作用的條件卻是偶然的,在長時間里可能只會有寥寥可數的幾次。設施一旦修建,維護成本也是一筆巨大的開支,財政資金對于一個使用概率很低的設施的持續(xù)開支,很容易被其他緊急的需要所占用。如果對于防災設施只建不修,那么只能是建設越多、浪費越多。
重建選址應慎重
“在安縣安昌鎮(zhèn)重建北川新縣城的方案應該再推敲,這樣的決策說明有些人并沒有在汶川大地震中得到教訓?!逼延陆≌f,“希望人們在悲痛之余冷靜一些,否則也許數十年,或數百年后現在的悲劇還將重演?!?/p>
5月22日,北川羌族自治縣縣委縣政府在距北川縣20多公里的安縣安昌鎮(zhèn)設立了臨時辦事處,縣委副書記蒲方方表示:“臨時辦事處的設立,標志著北川縣災后重建工作全面開始,今后3年,將重建一個北川新縣城?!?/p>
5月12日的8.0級汶川大地震將北川縣城夷為平地,全縣機關行政事業(yè)單位25%的干部職工死亡或失蹤。由于縣城地處龍門山斷裂帶上,而且周邊大山巖石破碎,極易發(fā)生山體滑坡和泥石流災害,因此在原址無法重建。
“汶川大地震后出現的救援困境,與中國的居住文化有關?!逼延陆≌f,與西方多數人都集中居住在城市里的情況不一樣,類似汶川地震災區(qū)的居住格局,最大的特點就是交通不便,與外界聯系少,同時交通基礎設施建設難度很大。
“城市始終是最為便利的生活區(qū)域?!逼延陆≌J為,“中國的城市化建設要比西方晚至少幾百年,可以說到了近現代中國就沒有建過什么像樣的城市,像深圳那樣的城市都是屈指可數的,這使得大多數人仍然按照傳統(tǒng)居住在原來的地區(qū),雖然說近來有不少農民工流動到城市,但卻不是一種正常的、有保障的流動?!?/p>
汶川地震災害損失多數出現在小縣城和邊遠山區(qū),相比較大城市而言,救災的難度很大。于是,有學者已經表示,“各種天災使得中國城市化進程更加緊迫”。
蒲勇健認為:“本來近期的雪災、地震為中國的城市發(fā)展起到了推波助瀾的效果,遺憾的是很多人并沒有體會到其中的意義。慶幸的是近兩年國家已經在成都、重慶等西部大城市進行了城鄉(xiāng)統(tǒng)籌試驗,其最大的特點其實就是加速中國城市進程,讓更多人居住到城市里,或者說享受到城市的各種便利?!?/p>
事實上,此次汶川大地震使許多人對于汶川、北川和茂縣等山區(qū)小縣的看法,從以前的“也色優(yōu)美”變成了現在的“居住環(huán)境恐怖”,甚至有人開始認為“這些地區(qū)實際上并不適合人類居住”,主要原因就是交通不便,發(fā)生自然災害隱患大,遭遇災害救援網難。如果從環(huán)境保護的角度來看,這些生物種類異常豐富的地區(qū)就不該有人類居住,因為只要有人類的地方,對環(huán)境的破壞就是其他動物無法望其項背的。
蒲勇健更舉例,這個區(qū)域始終地震活躍,近百余年來已經發(fā)生數次有據可查的大地震,每次都造成了巨大的人員和財產損失?!耙苍S是當時人們對于地震科學知識的缺乏,每一次災難后人們并沒有搬遷,活著的人繼續(xù)在當地附近重建家園,仿佛還在等待下一次大地震的來臨?!彼麖娬{,“這一次的慘重損失使我不得不大聲呼吁了,這些地區(qū)不適合建設城市,特別是人口密集的城市。所以北川縣城仍然要在距離原地20公里的當地重建,讓我覺得匪夷所思,決策應該更加科學、負責?!?/p>
此次汶川大地震,給生者們創(chuàng)造了一個搬遷的機遇。蒲勇健的建議是借此契機讓地震災區(qū)群眾從此走出大山,搬遷到較開闊地區(qū)或者距離城市較近的地方安家,而原來的地方恢復生態(tài)旅游,建造“地震博物館”、“民俗旅游村”等等,盡量減少該地區(qū)的常住人口,同時也讓搬出的人能夠獲得更多的謀生途徑。
不過。這樣的情況似乎很難改變。5月25日,四川省阿壩藏族自治州副州長田曉丹表示正在與專家商議汶川、茂縣、理縣三個縣城的重新規(guī)劃,“正在考慮選擇原地重建。異地重建和行政合并的方式,但是重災縣屬于山區(qū)縣,可以選擇的平地不多,異地重建幾乎沒有可能性,而行政合并后,原本面積已經較大的縣域面積過大,也不現實,因此原地重建可能是三個縣城的唯一選擇”。
看來,要完全改變?yōu)膮^(qū)群眾目前的居住情況,徹底避開災害區(qū)域顯然是不現實的。那似乎是一種長期的規(guī)劃和理想,更何況背后還存在對政府決心與能力的考驗。
關鍵詞:冰緣現象;砂楔;冰楔鑄型;古氣候;末次冰期;光釋光測年;粒度分析;烏海盆地
中圖分類號:P931.4 文獻標志碼:A
Abstract:The periglacial phenomena like sand wedge/ice wedge cast have been discovered with the paleoclimatic and paleoenvironmental significances in the northern China. But most of them are dated to the late stage of last glaciation. The periglacial phenomenon discovered firstly in Wuhai Basin was reported. Characteristics of morphology, grain size analysis of filler and OSL dating were applied to identify the origin and age, including that the early primary sand wedge encompasses a set of structures almost parallel with the wall around it, and the late ice wedge cast (including its formation, melt and fill) is superposed on the sand wedge. The ice wedge cuts through and damages the structure of the primary sand wedge, and the wedge is characterized with bend and irregular boundary as a whole. OSL dating results show that the primary sand wedge is formed during the early last glaciation ((6269±681)-(6645±708)ka B.P., MIS4), and
may go down to MIS3b; the filler of ice wedge cast is formed during the Middle Holocene ((595±061)-(662±073)ka B.P.). Because the filling of ice wedge cast is later than the formation of ice wedge, it is probably that the formation of ice wedge is during the late last glaciation. Based on the formation process of sand wedge/ice wedge cast and their environmental requirement, it is estimated that the annual mean temperature has dropped 121 ℃-136 ℃ from the formation of sand and ice wedges to present, and the annual precipitation is of no significant difference from the formation of sand wedge (the early stage of last glaciation) to present. The discovery of sand wedge/ice wedge cast in Wuhai Basin could provide a basis for studying the distribution of permafrost and the paleoclimate during the last glaciation (especially the early stage) in the northern China.
Key words:periglacial phenomenon; sand wedge; ice wedge cast; paleoclimate; last glaciation; OSL dating; grain size analysis; Wuhai Basin
0 引 言
冰緣地貌現象種類繁雜,在眾多古冰緣現象中,多年凍土區(qū)的凍裂作用導致地面開裂形成熱收縮裂隙(Thermal Contraction Crack),地表水、砂和土周期性注入裂隙,在剖面上形成上寬下窄的楔形,在平面則多表現為多邊形[1-2]。根據其填充物種類和含量的不同,此類裂隙可分為冰楔(Ice Wedge)、砂楔(Sand Wedge)、土楔(Soil Wedge)及混合楔等。冰楔內冰體融化后為外來物質充填,形成冰楔鑄型(Ice Wedge Cast/Pseudomorph)。
砂楔與冰楔鑄型因具有定量的環(huán)境意義而備受關注。前人在大同盆地[3]、晉西北[4]、鄂爾多斯周邊[5]、騰格里沙漠東北緣[6]、寧夏中寧清水河[7]等中緯度地區(qū)已發(fā)現有砂楔、冰楔鑄型和冰卷泥等緯度凍土活動的地貌遺跡(圖1),其形成年代多集中在末次冰期晚冰階(11~32 ka B.P.),鮮有末次冰期早冰階冰緣活動的報道。本文報道了在鄂爾多斯高原西緣烏海盆地內首次發(fā)現的砂楔與冰楔鑄型復合體,為研究末次冰期尤其是早冰階中國北方地區(qū)緯度多年凍土分布和古氣候環(huán)境提供新的依據。
1 區(qū)域背景與剖面描述
烏海盆地(烏達斷陷)位于鄂爾多斯高原西緣,以東側的桌子山西緣斷裂和西側的五虎山斷裂為限。盆地內部海拔1 050~1 400 m,屬干旱大陸性氣候區(qū)、半干旱半荒漠氣候帶,年均氣溫9.6 ℃,四季溫差大,氣候干燥,年均降雨量約160 mm,年均蒸發(fā)量高達3 290 mm。黃河流經烏海盆地并發(fā)育多級臺地。本文所報道的砂楔/冰楔鑄型(圖2)及小型砂脈見于盆地西界五虎山前,也見于烏海市烏達區(qū)西南約8 km的巴升圖附近(屬于烏斯太鎮(zhèn))的黃河左岸三級臺地頂部。剖面所在的三級臺地主要由兩套地層組成:下伏的半膠結紅褐色砂質黏土和上覆的薄層灰白色砂層和砂礫石層。三級臺地高于現代黃河約220 m,經緯度為(39.4°N,106.65°E),海拔約1 300 m。砂楔/冰楔鑄型復合體發(fā)育在更新統(tǒng)紅褐色砂質黏土層和上覆灰白色砂層中(圖3),沿長約30 m的人工剖面多處重復出現。規(guī)模較大者上寬下窄,楔壁彎曲,與常見的“V”字形等典型形態(tài)略有不同。
本文選擇剖面中部較為典型的砂楔/冰楔鑄型復合體作為研究重點。該楔體高約2.4 m,楔口寬約0.8 m,寬深比約1∶3。根據楔體的形態(tài)和尺寸、填充物及側壁物質特征,將楔體分3段(圖4):A段、B段和C段。
A段為砂楔/冰楔鑄型的最上段,高約0.85 m,頂部楔口寬約0.80 m,底部寬約0.35 m。上部和中部填充物為灰色細砂,偶含礫石,結構松散;下部填充物有弱成層現象,以灰色細砂為主,含少量礫石,并混有與側壁物質成分相同的紅褐色砂質黏土團塊,指示側壁曾發(fā)生垮塌。在A段自上而下取光釋光樣品WH1201、WH1202。該段楔體側壁遭受長期風化作用,砂質黏土塊狀崩解強烈。野外觀察發(fā)現楔體右壁地層尤為破碎,且破裂面多為曲面,而遠離楔壁的地層破裂面為平面。
B段為砂楔/冰楔鑄型的中段,高約0.65 m,底部寬約0.10 m。該段楔壁較陡,產狀與上部A段差別較大。楔壁形態(tài)相對簡單,兩壁地層相對完整,只在左壁上部發(fā)現一組與楔壁斜交的裂隙,破碎程度不及A段右壁。楔體以灰色細砂為主,可見少量礫石,砂體內部發(fā)育與砂楔壁行的定向沉積-擠壓構造。內部填充物還存在顏色不同的縱向條帶[圖3(b)],反映了不同期次的填充。在該段內部填充物較為均一的部位自上而下取光釋光樣品WH1203、WH1204、WH1205。
C段為砂楔/冰楔鑄型的最下段,該段楔體強烈彎曲,呈反“S”形狀,高約0.9 m,楔體寬度較窄,大都在1~3 cm,僅在局部位置(兩處)突然展寬,寬度達10 cm,成分為灰黃色細砂。
砂楔/冰楔鑄型之上的活動層和上覆地層界線清晰,后者厚度09~10 m,分為兩層:下層為灰色洪積層,成分以細砂為主,含礫石,分選差,長軸方向近水平;上層為淺灰色含礫砂層,較松散,發(fā)育垂向裂隙。
整個剖面上還有多處小型砂脈(Sand Vein)出露,在更新統(tǒng)紅褐色砂質黏土層中尤為明顯[圖3(c)],向上延伸灰白色砂層則不易識別,中下部填充物為灰黃色細砂,易識別,可見少量粒徑2~5 mm的礫石。砂脈近直立,下部寬約3 cm,向上逐漸變窄(約為1 cm)。這些現象表明凍裂作用是普遍存在的。
2 年代測試
光釋光(OSL)測年是晚第四紀年代學研究中最重要的方法之一[11-12],其主要優(yōu)勢是測年范圍比14C測年寬,測年材料容易獲取。盡管在測年精度上不如14C測年有效,但其樣品不易污染,在有機碳不容易保存的沖積扇地層年代學研究中具有尤為突出的地位[13]。本文根據砂楔/冰楔鑄型復合體的展布和內部填充物特征,自上而下采集了5個光釋光樣品,其位置見圖4。具體采樣方法是:選擇好采樣點后,使用長約20 cm,直徑約5 cm的不銹鋼鋼管取樣,將一端用黑色塑料袋密封,另一端垂直打進清理干凈的新鮮剖面取樣,并迅速用黑色塑料袋封口,然后將兩端再用黑色塑料袋及膠帶密封。樣品預處理和測定均在中國地震局地殼應力研究所地殼動力學重點實驗室光釋光年代學室完成。采用4~11 μm細顆粒石英礦物組分進行測年。光釋光信號測量和β輻照均在Daybreak 2200型自動化光釋光測量儀上完成,等效劑量的測定采用簡單多片再生法(SMAR)。環(huán)境劑量測定時,K的含量(質量分數,下同)通過火焰光度計測量,U、Th及其衰變子體對樣品環(huán)境劑量的貢獻用經標定的Daybreak 583型低本底厚源α計數儀測定。樣品在運輸或采集過程中損失水分,多數樣品較干,無法測其含水量(質量比,下同),只能獲得個別樣品的實測含水量(5%左右)。考慮樣品的巖性、采集地點及野外現場出露情況,對所有樣品的含水量采用5%進行計算,同時考慮宇宙射線的影響。樣品前處理技術及等效劑量、環(huán)境劑量的計量方法見文獻[14]。各樣品測試結果見表1。
根據光釋光測年結果,B段(中段)填充物頂部和底部的埋藏年齡分別為(62.69±6.81)、(66.45±7.08)ka B.P.,反映其擠壓填充大致發(fā)生在末次冰期早冰階。一般來說,原生砂楔開裂與填充同步進行,因此,B段的埋藏年齡可以確定為砂楔發(fā)育的年代,即末次冰期早冰階時期對應于深海氧同位素MIS4階段。另外,該段中下部獲得光釋光年齡較剖面上、下部填充物年齡偏年輕,可能反映砂楔的發(fā)育、演化和填充在MIS3b階段仍在進行,也可能是不同年齡填充物混合的結果。A段(上段)獲得的光釋光年齡顯示填充物埋藏年齡為(5.95±0.61)~(6.62±0.73)ka B.P.,大致相當于全新世大暖期。由于冰楔鑄型的充填過程在冰楔融化之后,所以冰楔發(fā)育的形成年代通常早于主體填充物的年代,冰楔發(fā)育時間早于全新世中期。結合氣候變化資料,推測冰楔大致形成于末次冰期晚冰階,即深海氧同位素MIS2階段。
3 粒度分析
碎屑沉積物的粒度特征與物源、搬運營力、搬運介質和堆積環(huán)境關系密切,是地表過程和環(huán)境研究的重要內容之一[15]。對楔體內不同段采集了兩組樣品:第一組3個樣品采自A段內,自上而下分別為WST01、WST02、WST03;第二組2個樣品采自B段內,自上而下分別為WST04、WST05。所有樣品用HELOS激光粒度儀,采用QUIXEL濕法進樣單元。根據樣品測試結果計算獲得各樣品中值粒徑、標準偏差、偏度、峰度等參數(表2)。中值粒徑指示沉積物平均粒徑大小;標準偏差反映沉積物的分選程度;偏度反映分布的對稱情況;峰度反映粒度分布函數相對于正態(tài)分布的尖銳或平緩程度。對比結果表明:兩組樣品粒度上存在明顯差異,A段以極細砂為主,平均粒徑為3.75~3.85 Φ,B段以細砂―極細砂為主,平均粒徑為2.79~3.14 Φ。各樣品粒度頻率曲線(圖5)顯示所有樣品主體均為細砂―極細砂,推測以風成沙來源為主。但對比兩組樣品也存在明顯差別,主要表現為B段樣品存在明顯的中―粗砂(-1~2 Φ)眾數,可能源于側壁物質的混入。整體上看,填充物隨著深度的增加,粒度變粗,峰度趨于增大,標準偏差和偏度趨于減小。這些特征暗示不同段在填充過程中存在作用特征和物質來源方面的不同。
4 討 論
4.1 成因分析
基于砂楔/冰楔鑄型內部與側壁物質特征識別、光釋光測年及粒度分析結果,可以大致還原砂楔/冰楔鑄型的發(fā)育過程(圖6)。
末次冰期早冰階,凍融作用周期性持續(xù)進行,此處發(fā)育原生砂楔(A、B段),隨著楔體開裂,砂體不斷充填和擠壓,楔體內發(fā)育與砂楔壁行的定向構造。由于砂楔發(fā)育時期含冰量較少,砂楔壁及填充物質因凍脹作用產生明顯的擠壓變形,定向特征得以部分保留。這個過程主要發(fā)生在MIS4階段,并有可能延續(xù)到MIS3b階段。隨著環(huán)境條件的改變,砂楔停止發(fā)育。
末次冰期晚冰階,在原生砂楔發(fā)育的部位再次發(fā)生凍裂作用,地表水周期性注入,發(fā)育冰楔。冰楔發(fā)育貫穿砂楔,把早期砂楔填充物擠向兩側的同時,砂楔上部(A段)物質在與冰體融凍相伴隨的脹縮過程中向下運移,可能導致A段早期填充物遭到破壞。上部填充物的混入可能是造成光釋光測年樣品WH1204測年結果偏年輕的原因。在砂楔底部,冰劈作用形成較窄的寒凍裂隙,即形成C段,此處可能是多年凍裂作用的下限。隨著氣候轉暖,冰楔發(fā)育停止,冰楔內冰體不斷融化并被外來物質逐漸填充,凍土層融化導致側壁物質局部垮塌。以風成沙為主的細砂填充物沿裂隙貫入,最終形成現今剖面所見的結構特征。
B段部分保留原生砂楔發(fā)育時的形態(tài)特征,A段被后發(fā)育的冰楔完全破壞,在A段底部與垮落的砂楔壁混合堆積。剩余空間不斷接受外部碎屑物質的填充,至全新世中期被完全填充,最終形成現在砂楔與冰楔鑄型疊加的特殊形態(tài)。總體上看,該處深達2.4 m的楔體至少是末次冰期內兩次熱收縮破裂作用疊加的產物,末次冰期早冰階發(fā)育原生砂楔,晚冰階發(fā)育的冰楔切穿砂楔,并向下延伸至C段,破壞了砂楔的上部結構(A段),使之后期被填充為冰楔鑄型。這種不同期次冰楔、砂楔的疊加在全球高緯度凍土區(qū)也是非常普遍的[5]。
4.2 古環(huán)境意義
4.2.1 古溫度
砂楔和冰楔指示了凍土的存在[16],也是利用古冰緣地貌現象恢復古環(huán)境最為常用的信息載體之一[1-2]。冰楔、砂楔等熱收縮裂隙的發(fā)育是溫度(氣溫或地溫)、降水、積雪厚度、地貌、水文、植被、巖性特征等多種要素的函數[1-2],其中溫度及巖性特征的影響具有普遍意義。
由于地貌和環(huán)境的差異,關于發(fā)育冰緣現象的溫度界限的認識存在較大分歧。Black認為美國威斯康辛州西南部古冰楔發(fā)育的界限年平均氣溫為-5 ℃[17];Washburn在隨后的研究中提出了相同的界限溫度[18];Pewe建立的-6 ℃~-8 ℃界限值[19]被廣泛引用。有學者認為冰緣現象與溫度存在復雜關系:北美多年凍土南界年均氣溫為-2.5 ℃,已發(fā)現冰楔活動的南界年均氣溫為-100 ℃,表明冰緣現象發(fā)育的界限氣溫為-2.5 ℃~-100 ℃。在加拿大西海岸冰楔研究中,熱收縮裂隙的形成與冰楔的發(fā)育主要發(fā)生在降溫速率較大的早春季節(jié),且溫度突變越快,熱收縮裂隙越可能出現。這表明冰楔與砂楔可能更多地與特定時段的溫度變率相關[1-2],而不一定與年均氣溫直接相關。中國東北凍土區(qū)(北緯46°36′以北)年均氣溫為-50 ℃~-44 ℃,年均地溫為-35 ℃~-10 ℃[20];青藏高原西部甜水海盆地凍土區(qū)年均氣溫為-63 ℃,年均地溫為-32 ℃[21]。這些地區(qū)的冰楔及原生砂楔已不再活動,且生長時的溫度更低[22]。關于不同物質中冰緣過程的差異性,西伯利亞冰楔研究表明,砂質黏土、沖積相細砂及粗砂礫石中發(fā)育冰楔的年均地溫上限分別在-4 ℃~-2 ℃、-6 ℃~-5 ℃和-8 ℃~-7 ℃區(qū)間,即粒度越粗的沉積物中,冰楔生長越困難[16]。由于不同地區(qū)環(huán)境差異較大且影響因素較多,要建立統(tǒng)一的冰楔或砂楔發(fā)育的溫度界限仍有困難。在研究區(qū)周邊,董光榮等對鄂爾多斯高原發(fā)育在黃土及砂礫石層中的砂楔研究認為,砂楔發(fā)育的年均氣溫為-8 ℃~-6 ℃[8];單鵬飛提出-4 ℃~-3 ℃區(qū)間是騰格里沙漠東北緣粉細砂地層中末次冰期冰楔發(fā)育的年均地溫上限[6]。根據氣象資料擬合的研究區(qū)地溫、氣溫溫差為15 ℃~20 ℃[23]。因此,結合研究區(qū)周邊地區(qū)的研究成果,年均地溫-2 ℃~-1 ℃區(qū)間、年均氣溫-40 ℃~-25 ℃區(qū)間可作為研究區(qū)內砂質黏土層中砂楔及冰楔發(fā)育的溫度上限。
砂楔的深度是氣候寒凍程度的指標[24]。唐古拉―風火山地區(qū)晚更新世發(fā)育的砂楔深度為16~20 m,其形成時對應的年均氣溫為-12 ℃~-10 ℃;大同盆地晚更新世發(fā)育深度約為12 m的砂楔群,對應的年均氣溫為-82 ℃~-75 ℃[3]。若據此估算,研究區(qū)內24 m深度的砂楔所需的年均氣溫約為-14 ℃,而烏海地區(qū)現代年均氣溫為96 ℃,砂楔發(fā)育時期的年均氣溫比現在低236 ℃。應該注意的是:①同一時期發(fā)育的砂楔大小尺寸并不相同,根據砂楔深度恢復古溫度,綜合分析同一時期發(fā)育的砂楔數量越多,其結果越可靠;②此處砂楔是不同時期冰緣作用疊加的產物,砂楔的深度也是砂楔與冰楔鑄型疊加的結果。結合以上兩點,在此處根據少數砂楔的深度恢復古溫度應持謹慎態(tài)度,恢復的古溫度可作為晚冰階冰楔發(fā)育時期年均氣溫的可能下限。取砂楔與冰楔發(fā)育的氣溫上限為-40 ℃~-25 ℃區(qū)間,砂楔與冰楔發(fā)育時期的年均氣溫比現在低121 ℃~136 ℃??紤]到冰楔發(fā)育的深度大于砂楔,冰楔發(fā)育時期年均氣溫可能更低,但應該高于-14 ℃。
4.2.2 古降水量
砂楔是寒冷、干燥、多風環(huán)境的產物,砂楔的發(fā)育可以指示局部或區(qū)域性的干燥環(huán)境[1-2]。南極現代砂楔發(fā)育的地區(qū)年降水量約為160 mm;鄂爾多斯高原晚更新世砂楔發(fā)育時的年降水量為100~200 mm[8]。王乃昂等對河西走廊末次冰期砂楔發(fā)育環(huán)境研究時,同樣提出年降水量下限在100~200 mm區(qū)間[25]。據此推測,末次冰期早冰階砂楔發(fā)育時期,研究區(qū)年降水量也應在100~200 mm,而現今160 mm的年降雨量也在此范圍內。
4.3 區(qū)域對比
末次冰期持續(xù)時間為11~75 ka B.P.,對應于深海氧同位素MIS2~4階段,是距今最近的一次寒冷時期[26]。末次冰期早冰階與晚冰階是末次冰期兩個相對寒冷階段,分別對應于MIS4、MIS2階段[27-29]。另外,MIS3b階段作為暖期中相對較冷的階段,對西部地區(qū)環(huán)境也有重要的影響。把烏海盆地內砂楔/冰楔鑄型光釋光樣品測年結果與古里雅冰芯[30-31]及GRIP冰芯δ18O值對比發(fā)現(圖7):砂楔發(fā)育的年代對應于δ18O的低值段,即降溫階段;冰楔鑄型的年代對應于δ18O的高值段,推測在此之前的末次冰期晚冰階寒冷階段很可能是冰楔發(fā)育的年代。表3對比了前人提出的中國北方不同地區(qū)末次冰期晚冰階相對于現代的降溫幅度。末次冰期晚冰階中國北方平均降溫幅度為10 ℃~15 ℃,與本區(qū)內根據砂楔/冰楔鑄型恢復的降溫幅度基本一致。
5 結 語
(1)烏海盆地黃河西岸的熱收縮冰緣現象是末次冰期多次熱收縮破裂作用疊加的結果,為砂楔/冰楔鑄型復合體。砂楔/冰楔鑄型的具體發(fā)育過程大致可分為早期原生砂楔發(fā)育和晚期冰楔發(fā)育與融化、填充兩個階段。
(2)早期熱收縮破裂作用形成局部填充物的擠壓變形,形成砂楔;填充物以細砂質碎屑物質為主,并有一定的粗砂成分混入。光釋光測年結果表明砂楔發(fā)育時代大致在末次冰期早冰階,即深海氧同位素MIS4階段,并可能延續(xù)到MIS3b階段冰進時期。
(3)晚期熱收縮破裂作用以冰的融凍貫入為主,形成冰楔;楔體切過并破壞早期形成的砂楔,僅在局部保留了砂楔填充物的結構特點;冰體融化時,除兩壁物質的垮塌外,以細砂為主的外部碎屑物質大量貫入,置換冰體融化后留下的空間。根據填充物光釋光測年結果,冰體的消融大致發(fā)生在全新世大暖期;結合晚第四紀以來的氣候變化特征推測,晚期冰楔發(fā)育的時代大致在末次冰期晚冰階,即MIS2階段。
(4)結合冰楔、砂楔的發(fā)育條件以及區(qū)域對比結果,估計烏海盆地砂楔、冰楔發(fā)育的末次冰期時期的年均氣溫比現在低約125 ℃。但是,關于高緯度地區(qū)冰楔、砂楔發(fā)育條件的研究表明,相對于地溫、積雪和溫度變率等局部氣候要素來說,氣溫對熱收縮破裂作用的影響并不十分直接,再加上局部地質條件和小氣候的影響,關于古環(huán)境評估仍然是粗略的,有待進一步深入調查和研究。
項目執(zhí)行過程中,烏海市人民政府尤其是烏海市地震局提供了很多幫助,樣品光釋光測年和粒度分析在中國地震局地殼應力研究所地殼動力學重點實驗室完成,在此一并致謝。
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關鍵詞:多層砌體;中小學校舍;抗震性能;震害預測
中圖分類號:A 文獻標識碼:P315.9 文章編號:1000―0666(2012)01―0086―06
前言
皖東北地區(qū)(包括合肥、滁州、蚌埠、宿州等4市所轄的17個縣、區(qū))位于郯廬斷裂帶中南段附近,地震地質條件復雜,歷史上曾發(fā)生6次5級以上地震,具備發(fā)生中強地震的構造背景。同時,皖東北地區(qū)作為傳統(tǒng)的農業(yè)地區(qū),經濟發(fā)展相對滯后,大部分中小學校舍未走正規(guī)的基本建設程序,抗震能力較為薄弱,尤其是“普九”早期和上世紀90年代前建設的校舍,問題更加突出。
據初步調查顯示,皖東北地區(qū)既有校舍中多層砌體結構所占比例最高,接近70%。多層砌體校舍為滿足功能需求,普遍具有大開問、大開窗、橫隔墻少、外走廊懸挑等特點,導致建筑剛度小、整體性差、抗震能力低(王玉梅,羅奇峰,2000;高小旺等,2009;林樹枝等,2009;葉燎原等,1996;王威等,2010;任曉崧,李夢圓,2009;張敬書等,2009)。汶川地震的震中區(qū)大量砌體校舍受損嚴重,造成師生的重大傷亡,使得砌體校舍的安全受到社會廣泛關注。因此,開展皖東北地區(qū)多層砌體校舍抗震性能調查與研究,提出相應的防震減災對策,對于推進該地區(qū)校舍安全工程順利實施和增強校舍抗震防災能力具有重大的現實意義。
多層砌體校舍抗震性能調查與分析
本次調查于2010年7~8月進行,調查的重點為教學樓、食堂、宿舍。調查組分別對宿州市泗縣、蚌埠市五河縣、滁州市鳳陽縣、合肥市肥東縣、合肥市包河區(qū)等5個縣(區(qū))共30所中小學進行走訪,共調查了多層砌體校舍73幢。調查時先聽取學??拐鹪O防情況說明,并查閱房屋設計圖紙、抗震鑒定報告等資料,然后通過逐幢實地查看、輔以儀器檢測的方式進行,從抗震設防標準、建造年代、地基基礎、結構體系、構造措施、施工質量等方面進行調查,以評估每棟校舍的抗震能力。
1.1抗震設防標準
目前,世界各國主要采用對建筑物進行抗震設防以提高其抵御地震的能力,房屋抗震設防標準越高,其抗震能力就越強。美國和日本等發(fā)達國家在校舍防震方面有著豐富的經驗,這些國家的校舍抗震設防標準較高,一般采用抗倒塌設防。以日本為例,日本防震的一個基本原則是:“學校是第一避難所,所有的房子都可以倒,學校的房子不能倒”(王海瀾,張婉如,2009)。汶川地震后,我國及時提高了校舍抗震設防類別。依據《建筑工程抗震設防分類標準》(GB50223―2008)的相關規(guī)定:“幼兒園、小學、中學的教學用房以及學生宿舍和食堂,抗震設防類別應不低于重點設防類,應按高于本地區(qū)抗震設防烈度一度的要求加強其抗震措施”。
基于復雜的地震構造背景,皖東北地區(qū)均位于Ⅶ度以上設防區(qū),局部區(qū)域的地震基本烈度高達Ⅷ度(0.20g),這要求區(qū)內中小學校舍的抗震設防應保持較高水平。然而據調查顯示,既有多層砌體校舍中有5.5%未考慮抗震設防,這些校舍多建設于20世紀七八十年代,主要依靠群眾集資建設,缺乏必要的抗震設防經費;1990年以后,區(qū)內中小學校舍不設防的狀況有所改善,大部分按當時的基本烈度設防,但隨著《中國地震動參數區(qū)劃圖》(GBl8306―2001)將泗縣、五河等地基本烈度從Ⅶ度(0.10g)調升為Ⅶ度(0.15g),以及2008年校舍抗震設防類別的提高,使得既有砌體校舍均難以達到現行的抗震設防要求。
1.2建設年代
建設年代也是衡量建筑物抗震能力的主要指標。隨著建設年代的增加,建筑的抗震能力會因建筑年久失修或材料特性退化而衰減;同時隨著人們對地震的認識逐漸深入,建筑物抗震設防措施越來越趨于科學、合理,建設年代越近,意味著采取抗震設防措施的可靠度就越高。調查顯示,既有多層砌體校舍中1990年以前建設的僅占8.2%,而在建筑抗震設計規(guī)范(GBJll―1989)頒布實施后,隨著當地經濟發(fā)展,政府加大對校舍建設的投入,新建校舍的數量呈逐年上升的趨勢,特別是2002年以來建設的砌體校舍已達到41.1%,這些校舍按照建筑抗震設計規(guī)范(GB50011―2001)進行設計和施工,投入使用時間短,具備一定的抗震能力。
1.3地基基礎
調查顯示,區(qū)內地形地貌包括丘陵、山地、平原多種類型,地質條件較為復雜。部分學校未經過規(guī)劃選址,坐落在易發(fā)生地震地質災害的不利或危險地段。特別是研究區(qū)位于郯廬斷裂帶中南段附近,均屬Ⅶ度以上高烈度區(qū),一旦大震發(fā)生,斷層錯動可使坐落在斷裂上的建筑瞬間毀壞。
區(qū)內砌體校舍的基礎普遍采用粘土磚條形基礎,埋深多在1.5―3.0 m范圍內?;滋幚磔^簡單,一般鋪砂墊層并夯實。早期的校舍多未進行場地勘察,場地內的軟弱土、可液化土不能及時得到處理,地震時易發(fā)生軟土震陷、砂土液化等地基失效問題;早期的校舍普遍無地圈梁,部分基礎出現腐蝕、剝落及不均勻沉降引起的開裂,基礎抗震承載力受到嚴重削弱。
1.4結構體系
鄉(xiāng)鎮(zhèn)的多層砌體校舍普遍為2―4層,城區(qū)的多為4~6層,層高3.0~3.6 m,基本滿足2001年的建筑抗震設計規(guī)范(GB5001 1―2001)中關于對重點設防類的多層砌體房屋總層數應減少一層且總高度應降低3.0 m的規(guī)定。
砌體校舍主要采用橫墻承重體系,也有部分內廊式房問采用縱墻承重,承重墻為240mm厚的實心粘土磚墻,砂漿實測強度偏低,普遍在Mo.4~2.5范圍內。為保證校舍有良好自然采光和通風條件,在縱向大面積開窗導致縱向薄弱,地震中縱墻易開裂、倒塌。
震害經驗表明,承重墻布置對稱、規(guī)則,在地震作用下的扭轉效應小,對抗震有利。區(qū)內砌體校舍平面絕大多數為矩形,也有少部分平面為L形、T形。對于超過規(guī)范長度或結構平面為L形等不規(guī)則的校舍多考慮到防震縫的設置,但防震縫寬度普遍過小,地震中易造成建筑間相互碰撞損壞。
部分早期砌體校舍將樓梯間設置在房屋端部或轉角處,樓梯間墻體沿高度方向缺少樓板對其整體的約束,空間剛度差,使得這些校舍的樓梯間成為房屋抗震的薄弱環(huán)節(jié)。
此外,區(qū)內中小學教學樓普遍采用單面外走廊砌體結構形式,這類建筑質量分布不均、傳力途徑單一、抗變形能力差、抗側剛度低、沒有多余冗余度,汶川地震中這類房屋震害較重,目前2010年抗震規(guī)范已經不提倡此類建筑的使用(羅維剛,韓建平,2010)。
1.5樓(屋)蓋
多層砌體校舍的樓(屋)蓋形式主要包括預制空心板和鋼筋混凝土現澆板兩種。早期的砌體校舍樓(屋)蓋主要采用預制空心板,由
于預制板的防水性較差,1990年以后建設的校舍屋蓋普遍改用100~120 mm厚的現澆板,但為省錢,樓蓋仍采用預制板。隨著當地經濟的發(fā)展,在2000年后的新建校舍,預制板漸漸被現澆板替代而停止使用。目前,在建砌體校舍的樓(屋)蓋已經全部采用整體現澆。
調查顯示,既有多層砌體校舍中使用預制板樓(屋)蓋仍占有較大的比例,預制板和梁、墻體之問缺少可靠的連接,預制板通常直接放置在兩端的墻或梁上,板的支承長度僅80~90 mm,板端的鋼筋不進行搭接,樓板間的縫隙大,樓蓋整體性很差,遭遇強震時預制板兩側承重結構的相對位移會使預制板發(fā)生脫落。而采用現澆板后,由于現澆板整體性強,使得縱、橫墻混合承重,增加了樓板對墻體的約束,避免縱墻無可靠的約束而倒塌。
1.6構造與連接
研究表明,圈梁和構造柱某種程度上可視為弱化的柔性框架體系,二者的協同工作可以改善房屋的變形性能、增強房屋的整體剛度和穩(wěn)定性,因而合理設置圈梁和構造柱是砌體房屋最有效的抗震構造措施之一。調查顯示,皖東北地區(qū)內95%以上的砌體校舍均考慮到圈梁、構造柱的設置,但存在設置不規(guī)范的問題:有的僅設圈梁、無構造柱;有的圈梁、構造柱設置的位置和數量不能滿足規(guī)范要求;有的圈梁、構造柱的構造和配筋不滿足要求等,這些都在一定程度上降低房屋抗震能力。
同時,砌體校舍由于具有大面積門窗,使得部分窗間墻的寬度、外墻盡端至門窗洞邊的寬度過小,且墻體內拉結筋設置不規(guī)范,導致墻體的抗剪強度不足,地震時磚墻易發(fā)生破壞或倒塌。
震害經驗表明,走廊、雨篷和女兒墻等非結構構件也是建筑抗震設防的重要環(huán)節(jié),非結構構件連接不牢固,地震中易坍塌傷人。經調查,部分校舍外走廊和雨篷的懸挑梁錨固長度不符合抗傾覆要求;部分女兒墻高度超限,無構造柱和壓頂。
1.7施工質量
施工質量是影響砌體校舍抗震性能的關鍵因素。調查顯示,部分校舍由資質不健全的施工單位承建,這些單位人員技術水平低、盲目施工,情節(jié)更嚴重的擅自修改設計、偷工減料,存在致命的安全隱患。施工主要存在的問題有:進場建筑材料控制不嚴、材料不合格;混凝土采用卵石作為粗骨料、無級配;砂漿配合比隨意、粘結性差、強度低;灰縫砂漿飽滿度不夠;縱橫墻交接處沒有咬槎砌筑、無拉結筋;構造柱與墻體之間無拉結鋼筋,預制板沒有灌縫與拉接等。
多層砌體校舍震害預測
建筑物震害預測是減輕地震災害的有效途徑,它是通過一定數量的房屋抽樣調查分析,恰當地估計建筑物的震害程度,指出其薄弱環(huán)節(jié)并以此為基礎提高建筑物的抗震性能。本次基于調查得出的砌體校舍結構特征,運用尹之潛提出的易損性概率分析法對所調查的校舍進行震害預測(尹之潛,1996;張風華等,2004;孫柏濤,胡少卿,2005)。
將建筑物的震害劃分為基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴重破壞和毀壞5個等級。在地震作用下,砌體房屋主要由墻體承擔地震荷載,采用樓層單位面積的折算平均抗剪強度作為砌體房屋的抗震能力指標,以確定不同烈度下的樓層震害指數,并綜合橫墻間距、樓(屋)蓋類型、平立面規(guī)則、施工質量等因素,對樓層震害指數進行修正,以確定樓層的震害等級,最終綜合評定單棟建筑不同烈度下的震害等級。通過對單體建筑逐棟進行震害預測,并計算不同烈度下這類建筑各種破壞等級的破壞比來建立群體建筑震害矩陣,本次得到的砌體校舍的震害矩陣如表2所示。
震害矩陣表明,在Ⅶ度地震作用下,區(qū)內多層砌體校舍以基本完好和輕微破壞為主;在Ⅷ度地震作用下,砌體校舍嚴重破壞和毀壞的比例僅占29.1%,大部分經過修理仍可繼續(xù)使用;但在遭遇Ⅸ―X度地震作用時,80%―90%的校舍將會發(fā)生嚴重破壞和毀壞,可能的震害包括預制板塌落、底部薄弱層的坐層或倒塌等。綜合分析認為,在基本設防烈度作用下,皖東北地區(qū)20%以上多層砌體校舍會發(fā)生中等程度以上的破壞,抗震篚力很脆弱,急需政府投入大量資金進行抗震加固改造或者重建。
結論與建議
汶川地震以血的事實告誡人們中小學校舍抗震設防的重要性,皖東北地區(qū)復雜的地震地質條件及校舍抗震設防現狀又決定著這項工作的緊迫性和艱巨性。目前,安徽省正在全省范圍內實施校舍安全工程,動員全社會的力量開展校舍抗震加固工作,相信這項系統(tǒng)工程的實施將進一步增強該地區(qū)中小學校舍防震減災能力。下面針對皖東北地區(qū)中小學多層砌體校舍抗震薄弱環(huán)節(jié),建議在校舍安全工程中做好以下幾方面的工作:
(1)汶川地震中,滑坡、崩塌、地表破裂等地震次生災害引起的大量村鎮(zhèn)被埋、房屋損毀體現了科學選址的重要性。因此學校規(guī)劃選址中,應開展地震地質災害評價和場地勘察,盡量避開建筑抗震不利、危險地段。
(2)當墻體的抗剪強度偏低時,可采用鋼筋網砂漿面層加固;圈梁、構造柱的設置不滿足規(guī)范要求時可外加圈梁、鋼筋混凝土構造柱以提高對墻體的約束能力;對于窗問墻寬度較小等易倒塌部位,可增設鋼筋混凝土窗框或鋼筋網砂漿面層加固。
(3)樓梯是重要的逃生通道,若樓梯間在轉角或房屋盡端,可采用適當加大配筋率的鋼筋網砂漿面層加固,并同時加固相鄰的橫向墻體,以免導致加固后樓梯問墻體較相鄰墻體的抗側力剛度增大很多而加重其破壞。
(4)對預制板的加固可采取在預制板與橫墻、橫梁搭接處用雙角鋼加強連接、增設板縫拉結筋、增設鋼筋混凝土現澆層等措施,以提高預制板樓蓋的整體性。
(5)鑒于汶川地震中單面外走廊砌體校舍受損嚴重,建議在外廊的外側邊增設一排鋼筋混凝土構造柱以保證橫向承重體系為超靜定體系,使其符合抗震設計中多道防線的原則。
(6)由于校舍安全工程工期緊、任務重,而高水平的專業(yè)技術人員又緊缺,因此應加強對從業(yè)人員的技術培訓,使其快速掌握專業(yè)技能,提高校舍安全工程質量。
(7)人們常常重建設輕管理,認為校舍的質量和抗震設防能力主要體現在建設階段,其實校舍的日常管理和維護也是十分重要的。建議設立專項維護經費,并由專人負責定期對校舍進行必要的維護,以期建立校舍維護的長效機制。
調查過程中,得到安徽省地震局震防處及相關市、縣地震部門的領導大力支持與配合,合肥工業(yè)大學研究生汪可、馬文明也參與了部分工作,在此一并表示衷心的感謝!
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