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1、第十四章 土木工程防灾、减灾,土木工程概论第三版 陈学军 主编 肖桂元 副主编,21世纪高等教育土木工程系列规划教材,14.1 灾害的含义与类型 14.1.1 灾害的含义,灾害就是指那些由于自然的、人为的或人与自然的原因，对人类的生存和社会发展造成损害的各种现象。灾害是事物运动、变化、发展的一种极端表现形式，其特点是损害人类的利益、威胁人类的生存和持续发展。,图1 灾害天气,图2 灾害救援,第十四章 土木工程防灾、减灾,通常灾害是由自然原因和社会原因所引起。,14.1.2 灾害的类型,第十四章 土木工程防灾、减灾,我们用一些图片来简单认识一些灾害：,图3 洪水,图4 滑坡,图5 地震,图6 海
2、啸,第十四章 土木工程防灾、减灾,各种灾害对人类的危害和破坏方式复杂多样，但概括起来主要表现在以下几个方面：,例如1556年1月23日，陕西华县、潼关大地震造成83万人死亡；1976年7月28日河北省唐山大地震造成24.2万人死亡；1970年1月5日云南通海强烈地震造成15621人死亡。,自然灾害对房屋、公路、铁路、桥梁、隧道、水利工程设施、电力工程设施、通信设施、城市公共设施以及机器设备、产品、材料、家庭财产、农作物等常常造成严重破坏，其直接经济损失无疑是巨大的。,环境恶化可以导致自然灾害，自然灾害又反过来促使环境进一步恶化。对人类必须的水土资源、矿产资源、生物资源、海洋资源等产生长远的影响
3、，进而威胁人类的生存与发展。,1. 危及人类生命,2.造成经济损失,3.破坏资源和环境,第十四章 土木工程防灾、减灾,14.2 结构抗灾、检测和加固 14.2.1 结构抗灾,土木工程抗灾主要是工程结构抗灾和工程结构在受灾以后的检测与加固等。,图7 混凝土监测,图8 桥梁加固,第十四章 土木工程防灾、减灾,1.混凝土强度检测 非破损检测混凝土强度的方法是在不破坏结构混凝土的前提下，通过仪器测得混凝土的某些物理特性，如测得硬化混凝土表面的回弹值或声速在混凝土内部的传播速度等，按照相关关系推出混凝土强度指标。,14.2.2 工程结构检测技术,图9 混凝土回弹监测,第十四章 土木工程防灾、减灾,Ins
4、ert the title of your Presentation hre,2.混凝土碳化及钢筋锈蚀监测 混凝土碳化深度可利用酚酞试剂检测，在混凝土构件上钻孔或凿开断面，涂抹酚酞试剂，根据颜色变化情况即可确定碳化深度。 混凝土中钢筋锈蚀是一个电化学过程，钢筋锈蚀会在表面产生腐蚀电流，利用仪器可测得电位变化情况，再根据钢筋锈蚀程度与测量电位之间的关系，可以判断钢筋是否锈蚀及锈蚀程度。,图10 酚酞试剂监测,图11 钢筋锈蚀监测,第十四章 土木工程防灾、减灾,3.砌体强度检测 砌体强度检测可采用实物取样试验，在墙体适当部位切割试件，运至试验室进行试压，确定砌体实际抗压强度。近些年，原位测定砌体强
5、度技术有了较大发展，原位测定实际上是一种少破损或半破损的方法，试验后砌体稍加修补便可继续使用。,图12 砌体强度现场监测,第十四章 土木工程防灾、减灾,4.钢筋强度检测及缺陷检测 为了解已建钢结构钢材的力学性能，最理想的方法是在结构上截取试样进行拉压试验。 钢材的强度也可采用表面硬度法进行无损检测，由硬度计端部的钢球受压时在钢材表面留下的凹痕推断钢材的强度。钢材和焊缝缺陷可用超声波法检测，其工作原理与检测混凝土内部缺陷相同。,图13 钢筋拉压试验,第十四章 土木工程防灾、减灾,14.2.3 工程结构补强与加固,工程结构应当满足安全性、适用性、耐久性三项基本功能要求，当结构物存在的缺陷和损伤使得
6、其丧失某项或几项功能要求时，就应进行补强或加固。,(1)加大截面法 加大截面法是用加大结构构件截面面积进行加固的一种方法，它不仅可以提高加固构件的承载力，而且还可增大截面刚度。 (2)外包钢加固法 外包钢加固法是在结构构件四周包以型钢的加固方法。这种方法可以在基本不增大构件截面尺寸的情况下增加构件承载力，提高构件刚度和延性。 (3)预应力加固法 预应力加固法采用外加预应力钢拉杆或撑杆对结构进行加固，这种方法不仅可以提高构件承载能力，减小构件挠度，增大构件抗裂度。,第十四章 土木工程防灾、减灾,(4)改变传力途径加固法 改变传力途径加固法是通过增设支点或采用托梁拔柱的方法去改变结构受力体系的一种
7、加固方法。 (5)粘钢加固法 粘钢加固法是一种用胶结剂把钢板粘贴在构件外部进行加固的方法。 (6)化学灌浆法 化学灌浆法是用压送设备将化学浆液灌入结构裂缝的一种修补方法。灌入的化学浆液能修复裂缝，防锈补强，提高构件的整体性和耐久性。 (7)基础换托与纠偏 对已有结构物的地基和基础进行加固称为基础托换。,第十四章 土木工程防灾、减灾,14.3 我国地质灾害及成灾特点,地质灾害是指以地质应力为主要原因引起的自然灾害，即在地质应力作用下，自然环境恶化，造成人类生命财产损毁或人类赖以生存与发展的资源、环境发生严重破坏的现象或过程，由内动力地质作用、外动力地质作用和人为地质作用导致地质环境变化形成的灾害
8、。 地质灾害是自然灾害的一种。它具有自然灾害的基本特征，主要表现在它强调致灾的动力条件、强调灾害事件的后果。 根据定义分析，地质灾害既是一种自然现象，又是一种社会经济现象。因此它既具有自然属性，又具有社会经济属性。,第十四章 土木工程防灾、减灾,1.地震 地震就是地球表层的快速振动，在古代又称为地动，是一种自然现象，即因为地下某处岩层突然破裂，或因为局部岩层坍塌、火山喷发等引起的振动以波的形式传到地表引起地面的颠簸和摇动。 引起地球表层振动的原因很多，根据地震的成因，可以把地震分为构造地震、火山地震、塌陷地震、诱发地震、人工地震。 我国地震灾害十分严重，且分布广泛，其主要分布在五个区域：台湾地
9、区、西南地区、西北地区、华北地区、东南沿海地区和23条地震带上。,14.3.1 中国地质灾害概况,第十四章 土木工程防灾、减灾,2.塌、滑坡、泥石流灾害 崩塌、滑坡、泥石流是广泛分布在山地高原地区的地质灾害。它们形成条件和活动规律相近，区域分布密切共生，所以常称为崩滑流灾害。 我国崩滑流灾害十分严重，分布也十分广泛，可以用一些图片来对这些灾害进行简单的了解。,图15 泥石流,图14 崩塌,第十四章 土木工程防灾、减灾,3.岩溶崩塌 我国岩溶塌陷灾害也十分严重。广泛发育在24个省(市、自治区)，以桂、湘、黔、粤、冀、赣、滇等省(自治区) 最严重。从地理分布看，主要分布在长白山吕梁山四川盆地以东区
10、域。该区域以秦岭和淮河为界又可划分为：以北为北方岩溶塌陷分布区，以南为南方岩溶塌陷分布区。 岩溶塌陷的危害主要是破坏房屋、铁路、水坝、电站等工程设施和城市、矿山、企业环境。可以通过右图大致了解岩溶崩塌的样子。,图16 岩溶塌陷,第十四章 土木工程防灾、减灾,4.地面沉降 目前我国发生地面沉降的城市大约有70个。从区域分布看，地面沉降活动主要发生在我国东部地区，尤其以沿海城市和华北平原等地区最严重。在该区域内，发生地面沉降的城市或地区有的孤立存在，有的则密集成群或断续相连，形成广阔的地面沉降区(带)。 地面沉降的主要危害有：严重破坏城市设施、妨碍城市建设、积水滞洪，水患和潮灾加剧洪水威胁。,图1
11、7 地面沉降,第十四章 土木工程防灾、减灾,5.地裂缝灾害 我国地裂缝类型复杂，除伴随地震、滑坡、冻融以及特殊土的胀缩或湿陷活动产生的地裂缝外，主要是伴随构造蠕变活动而产生的构造地裂缝。 主要的地裂带有汾渭盆地地裂缝带、太行山东麓倾斜平原地裂缝带、大别山北麓地裂缝带。,图18 地裂缝灾害,第十四章 土木工程防灾、减灾,6.海水入侵 海水入侵是由于滨海地区地下水动力条件发生严重变化，造成海水或高矿化咸水向大陆淡水含水层发生的入侵现象。海水入侵主要发生在城镇、矿山地区，通常是由于开采或疏干地下水，使地下水水位持续大幅度下降形成的。其主要危害是破坏地下水水源，进而影响人民生活和工农业生产。,图19
12、海水入侵造成盐渍化,第十四章 土木工程防灾、减灾,7.膨胀土的胀缩危害 膨胀土是一种胀缩能力极大的黏性土，对工程建筑具有很大的破坏性。它使房屋等建筑地基发生变形，进一步引起房屋沉陷开裂；对铁路、公路以及水利工程的危害也十分严重，导致路基变形，铁轨移动，大坝开裂等，破坏了运输安全和水利工程的正常运行。,图20 膨胀土胀缩破坏,第十四章 土木工程防灾、减灾,14.3.2 地质灾害及成灾特点,(1)地质灾害数量特别多,但单点灾害的危害范围都比较小,因此是属于漫布的“星点状” 灾害。 (2)在一定条件下，某些地质灾害与其他自然灾害同时或连续发生，形成破坏比较严重的灾害群或灾害链。 (3)地质灾害分布广
13、泛，但不同地区地质灾害发育水平和成灾规模不同。 (4)地质灾害时间分布具有不规则的周期性和不断严重化趋向。 (5)中国地质灾害具有比较严重的潜在危险性。 (6)人类活动和社会经济条件是地质灾害系统的重要组成部分。,第十四章 土木工程防灾、减灾,14.4 土木工程的防灾减灾 14.4.1 现代防灾系统简介,现代减灾系统不再是简单的灾害发生以后的抢险救灾，而是一个复杂的有机的系统工程，一般应由三个相互联系的子系统组成。即灾害监测、预报与评估，防灾、抗灾、救灾，安置与恢复、保险与援助、宣传与立法。 (1)灾害监测是减灾工程的先导性措施。 (2)灾害预报是减灾准备和各项减灾行动的科学依据。 (3)灾害
14、评估是指对灾害规模及灾害破坏损失程度的估测与评定，灾害评估分为灾前预评估、灾时跟踪评估、灾后终评估。,第十四章 土木工程防灾、减灾,防灾措施主要有以下三个方面： (1)灾前的防灾抗灾 主要是指按照设计规范进行相关设计，对已有防灾不达标建筑进行加固。 (2)灾害中的抗灾减灾 应加强监测工作，为灾害重建及土木工程防灾减灾科学的发展积累宝贵的资料，采取必要的抗灾减灾应急措施。 (3)灾后的恢复重建 指的是灾害根据灾害情况和以后的抗灾要求，统筹规划、安排灾区的恢复重建工作。,14.4.2 防灾措施,第十四章 土木工程防灾、减灾,14.4.3 未来土木工程防灾减灾发展前景,1.计算机辅助设计(CAD)
15、计算机辅助设计，简称CAD。目前由中国建筑科学研究院开发的PKPM系统是我国土木工程领域中应用较广的计算机辅助设计软件。 2.土木工程结构的力学分析与计算 对土木工程结构进行力学分析与计算是结构设计工作的重要组成部分，结构设计人员根据计算结果判断所设计的结构是否具有足够的强度与刚度，是否能够满足规范规定的使用功能和承载能力的要求。,第十四章 土木工程防灾、减灾,3.计算机辅助施工管理与专家系统 计算机辅助施工管理是使用计算机对施工企业进行现代化科学管理，不仅可以快速、有效、自动、系统地存储、修改、查找及处理大量的数据，而且对施工过程中发生的施工进度的变化及可能的工程事故能够进行跟踪，以便迅速查
16、明原因，采取相应处理措施。 专家系统是指具有相当于专家水平的知识，且能应用这些知识去解决一些特定领域中较为复杂问题的计算机智能程序系统。 4.模拟结构试验 在计算机上做模拟试验，则可以进行足尺寸的试验，还可以很方便地修改试验参数。此外，有些结构难于进行直接试验，用计算机仿真就更能体现出优越性，如汽车高速碰墙的检验试验。,第十四章 土木工程防灾、减灾,5.计算机仿真在土木工程中的应用 (1)工程事故的反演分析 计算机仿真技术可以用于工程事故的反演，以便寻找事故的原因。如核电站、海洋平台、高坝等大型结构，一旦发生事故，损失巨大，又不可能做真实试验来重演事故。计算机仿真则可用于反演，从而确切地分析事故原因。 (2)施工过程的模拟仿真 利用计算机仿真技术可以在屏幕上把超高层建筑、大坝、大桥的施工的全过程预演出来，施工中可能发生的风险、技术难点以及许多原来预想不到的问题就能够形象且逼真的暴露出来。便于人们制定相应的有效措施，对工程施工的质量、进度和投资的控制更加可靠。 (3)在岩土工程中的应用 岩土工程处于地下，往
