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1、第十三章工程防灾和抗灾,本章内容,13.1 工程灾害 13.2 工程结构抗灾与改造加固,工程灾害种类,一类是自然灾害如台风、龙卷风、暴雨、洪水泛滥、暴雪、沙尘暴、地震、虫灾以及各种类型的地质灾害如滑坡、泥石流等。,另一类是社会灾害如战争灾害、人为破坏生态平衡、工程事故灾害、老百姓深恶痛绝的“豆腐渣”腐败工程等。,我国防灾减灾战略：经济建设与防灾减灾一起抓,1999年-2010年为“国际减轻自然灾害十年”，这十年我国每年灾害损失为1600亿人民币，相当于当时国内生产总值的3.8%，相当于财政收入的41%。,13.1 工程灾害,13.1.1 地震灾害 13.1.2 风灾 13.1.3 地质灾害 1
2、3.1.4 其他灾害,震级和烈度,地震震级：表征地震强弱的指标，是地震释放能量的尺度。2-4级地震为有感地震，5级以上地震为破坏性地震，7级以上地震为强烈地震。 地震烈度：表示某一区域范围内地面和各种建筑物受到一次地震影响的平均强弱程度的一个指标，主要根据宏观的地震影响和破坏现象。这一指标反映了在一次地震中一定地区内地震动多种因素综合强度的总平均水平，是工程结构设计的依据。,汶川地震烈度分布图,近几年大地震,2011年3月11日 日本9.0级地震 3月11日日本东海岸发生的地震并引发海啸，造成14133人死亡、13346人失踪，受到不同程度损坏的房屋超过30万栋。 2010年2月智利8.8级地
3、震2010年2月27日北京时间14时34分，智利第二大城市康塞普西翁发生8.8级地震，造成799人死亡。 2010年1月海地7.3级地震2010年1月12日，当地时间16时53分(北京时间13日5时53分)，海地首都太子港发生7.3级地震，造成十余万人死亡。 2009年9月印尼7.9级地震 2009年9月30日当地时间下午，印尼苏门答腊岛发生里氏7.9级地震。最终死亡人数将很可能超过5000。 2008年5月四川汶川8.0级地震2008年5月12日下午14时28分04秒，四川汶川发生8.0级地震，截至2008年9月18日12时，已确认69227人遇难，17923人失踪 。,2007年8月秘鲁8
4、级强震2007年8月15日，秘鲁当地时间约18时40分(北京时间16日7时40分)，秘鲁发生8.0级强震，地震至少造成510人死亡。 2006年7月印尼7.7级强震印尼当地时间7月17日下午，爪哇岛南部海域发生7.7级强震，5分钟后引发海啸，袭击爪哇南部沿海一带，至少造成668人死亡。 2005年3月苏门答腊8.7级地震2005年3月28日夜，印尼苏门答腊岛附近海域发生8.7级地震，地震至少造成1300人死亡，其中包括约500名遇难的华侨。 2005年3月日本南部7级地震2005年3月20日上午，日本福冈县以西海域发生里氏7级地震，共造成福冈县、佐贺县和长崎县1人死亡，672人受伤。,1994
5、年北岭地震,1995年阪神地震,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2403人死亡，重轻伤9406人，失踪41人。 该统计数字还显示，这次地震造成全岛房屋全倒的有46000间，半倒的有34000多间。其中以南投县和台中县最多，全倒的占41000多间，半倒的占30600多间。初步估计重建家园经费需新台币1600亿元。,台湾1999年“九二一”大地震,2001年1.26日上午印度古吉拉特邦发生里氏7.9级大地震,印度大地震，当地传媒报道称，初步相信死亡人数已达万，估计灾区还有超过万人被活埋。这将是年来全球死难人数最多的地震，灾情仅次于年的中国唐山大地震。,海地地震,一九七六年
6、，中国唐山市发生大地震。 唐山大地震，是四百多年世界地震史上最悲惨的一页。 死亡：242769人 重伤：164851人,汶川地震,汶川地震是中华人民共和国自建国以来影响最大的一次地震，震级是自1950年8月15日西藏墨脱地震(8.5级)和2001年昆仑山大地震（8.1级）后的第三大地震，直接严重受灾地区达10万平方公里。 这次地震危害极大，共遇难69227人，受伤374643人，失踪17923人。其中四川省68712名同胞遇难，17921名同胞失踪，共有5335名学生遇难，1000多名失踪。直接经济损失达8452亿元。,日本9.0级特大地震,1971年4月24日发生在日本琉球群岛中的石垣岛的那
7、一次，估计当时巨大海浪的波峰高达84.7米，排山倒海的巨浪将重量达850吨的整珊瑚礁抛出2.092公里以上。这次海震所击起的海浪，据测它的行进速度为每小时788.557公里。,2、土木工程设施抗震设防,确定每个国家的地震烈度区划图，规定各地区的基本烈度（即可能遭遇超越概率为10%的设防烈度）， 作为工程设计和各项建设工作的依据。 国家建设主管部门颁布工程抗震设防标准，各建设项目主管部门应在建设的过程（包括场址选择、可行性研究、编制计划任务书等）中遵照执行。 国家建设主管部门颁布抗震设计规范。,设计单位在对抗震设防区的土木工程设施进行设计时，要严格遵守抗震设计规范，并尽可能地采取隔震、消能等地震
8、减灾措施。 施工单位和质量监督部门应严格保证建设项目的抗震施工质量。 位于抗震设防区内的未按抗震要求设计的土木工程项目，要按抗震设防标准的要求补充进行抗震加固。,3、树立高度抗震设防意识,抗震设防不能有侥幸心理，不能因考虑抗震设防增加建设资金随意去掉抗震加固费用。抗震设防应按照 “小震不坏，中震可修，大震不倒” 的原则设计土木工程，合理的使用建设资金。,地震是可怕的，但满足抗震设防要求所设计和施工的土木工程应该是可靠的，至少是“裂而不倒”这是被过去许多强震所造成的灾害证明了的。,如唐山大地震，市区高8层的新华旅馆，就未倒。什么原因呢？,这是因为该旅馆在砖墙内加设了构造柱和圈粱，使结构类似框架，
9、虽经烈度为10度的强震，但裂而未倒。,二、风灾,常见的风灾有台风、龙卷风和暴风。 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。,台风为急速旋转的暖湿气团，直径在3001000 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。,2000年夏“杰拉华”台风的卫星照片,龙卷风是一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300 km。,几种主要类型的风,Tacoma桥在风中整体坍塌,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，开启桥梁的风致振动和气动弹性理论序幕。 对于高层建筑、大跨结构、柔性大跨桥梁、输电塔和
10、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。,对风灾采取的减灾措施,目前将土木工程设计成能直接抵御风灾的破坏是不可能的。但在容易发生风灾的地区，将屋面板、屋盖、幕墙等加以特殊锚固是必要的。,要特别重视大风引起高耸结构、高层建筑、柔性结构大幅度摇晃无法使用或造成共振破坏。,美国旧金山金门大桥，主跨1280m。桥面加劲钢桁架的宽跨比为1：47，而高跨比仅为1：168。但有时在风力作用下左右摇摆的幅度竟达4m，使得该桥有时不得不停止使用。,三、地质灾害,地质灾害是指由于自然的变异或人为的作用而导致地质环境或地质体发生变化，对人类和社会造成严重危害。 地质灾害包括滑坡、泥石流和砂
11、土液化等。 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。 土壤液化防治方法：地基转换、打入密集短桩减小土的流动性。,舟曲泥石流,2010年8月7日22时许，甘南藏族自治州舟曲县突降强降雨，县城北面的罗家峪、三眼峪泥石流下泄，由北向南冲向县城，造成沿河房屋被冲毁，泥石流阻断白龙江、形成堰塞湖。据中国舟曲灾区指挥部消息，截至21日，舟曲“88”特大泥石流灾害中遇难1434人，失踪331人，累计门诊人数2062人。,坡面型泥石流,沟谷型泥石流,锚索抗滑桩,锚索地梁,锚索框架,悬臂式抗滑桩,205国道箭丰滑坡上部减重10万m3,四、其他人为灾害,人为灾害主要是由于管理失误或漠视安全
12、生产造成的，如工程腐蚀和一些存在设计缺陷、施工质量差的豆腐渣工程。,火灾,湖南衡阳特大火灾,2003年11月3日，湖南省衡阳市衡州大厦失火。衡阳市公安消防支队16辆消防车、150余名消防官兵到场施救。经过两个多小时的艰苦奋战，成功疏散了大厦内被困的94户412名群众。但在扑灭余火的过程中，大厦突然坍塌，部分消防官兵被废墟埋压，20名消防官兵壮烈牺牲。,央视大楼火灾,上海11.15特大火灾,爆炸灾害,爆炸是物体的能量快速的释放和转化的过程。,油罐爆炸,PROGRESSIVE COLLAPSE,Roman Point 公寓,乌拉联邦大楼,爆炸冲击波压力曲线图,矿难,矿难是指矿山发生的灾难。常见的矿
13、难有：瓦斯爆炸、煤尘爆炸、瓦斯突出、透水事故、矿井失火、顶板塌方等等。 矿难对矿山有着毁灭性的破坏。严重威胁矿工的生命安全。,矿井火灾,矿井火灾又叫矿内火灾或井下火灾。是指发生在煤矿井下巷道、工作面、硐室、采空区等地点的火灾。能够波及和威胁井下安全的地面火灾，也叫矿井火灾。 矿井火灾的发生原因，按其热源可分为内因火灾和外因火灾,瓦斯爆炸,瓦斯与空气混合，在高温下急剧氧化，并产生冲击波的现象，是煤矿生产中的严重灾害。1675年英国莫斯廷（Mostyn）矿发生大规模瓦斯爆炸，其后各主要采煤国家都曾多次发生重大的瓦斯或瓦斯与煤尘爆炸事故。 预防措施主要有：用矿井通风和控制瓦斯涌出等方法，防止瓦斯浓度
14、超过规定；控制火源，杜绝非生产需要的火源，如吸烟、火柴、明火照明等。对生产中不可避免的高温热源，采用专门措施严加控制，如只准使用特制的矿用安全炸药和电气设备，加强井下火区的管理，禁止井下拆开矿灯等；定期或自动连续检查工作地点的CH4浓度和通风状况。,2009年，9月8日。河南省平顶山市新华区新华四矿发生瓦斯爆炸事故。66人死亡。,伊川煤矿爆炸,煤尘爆炸,煤尘爆炸是在高温或一定点火能的热源作用下，空气中氧气与煤尘急剧氧气的反应过程，是一种非常复杂的链式反应，形成高温、高压、冲击波。煤尘爆炸火焰温度为16001900，爆源的温度达到2000以上，这是煤尘爆炸得以自动传播的条件之一。,矿井水灾,矿井
15、在建设和生产过程中，地面水和地下水通过各种通道涌入矿井，当矿井涌水超过正常排水能力时，就造成矿井水灾。矿井水灾（通常称为透水），是煤矿常见的主要灾害之一。一旦发生透水，不但影响矿井正常生产，而且有时还会造成人员伤亡，淹没矿井和采区，危害十分严重。,王家岭煤矿透水事故,上海塌楼事件,2007年8月13日，湖南省凤凰县在建的堤溪沱江大桥发生倒塌，成为震惊全国一件特大坍塌伤亡事故。其中22人受伤，64人遇难。直接经济损失3974.7万元。由于施工、建设单位严重违反桥梁建设的法规标准、现场管理混乱、盲目赶工期，监理单位、质量监督部门严重失职。,工程事故灾难的原因,1、技术方面：,地质资料勘察严重失误，
16、或根本没有进行勘察； 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。,2、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。,13.2 工程结构抗灾与改造加固,13.2.1 灾害材料学 13.2.2 结构灾害检测 13.2.3 工程结构改造加固学 13.2.4 意大利比萨斜塔加固实例,13.2.1 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
