1、第13章,土木工程灾害 及防治,第13章 土木工程灾害及防治,13.1 土木工程灾害概述13.2 地震灾害及防治13.3 风灾及防治13.4 火灾及防治13.5 地质灾害及防治13.6 结构的检测与加固,13.1 土木工程灾害概述,土木工程灾害，是指由于人们不当的知识选址、设计、施工、使用和维护导致所建造的土木工程不能抵御突发的载荷，而致使土木工程失效和破坏，乃至倒塌而造成的灾害。这些土木工程包括所有的建筑，地上和地下的土木设施，铁路、水库、隧道以及各种港口、矿山和工厂等。 从灾害形成机制来看，无论是发生原因还是表现形式可归属为两大类，即自然灾害和人为灾害。,自然灾害,自然灾害是自然界中物质变
2、化、运动造成的损害，包括地震灾害、风灾害、洪水灾害、泥石流灾害、虫灾（有些地区白蚁成灾，对木结构房屋、桥梁损害极大）等。如2008年5月12日，四川汶川地震。,人为灾害,人为灾害是由于人的过错或某些丧失理性的失控行为给人类自身造成的损害，包括火灾、爆炸、地陷以及不当工程设施对环境造成隐患等。如2001年9月11日，美国纽约世界贸易中心大厦在飞机撞击后起火、整体倒塌 。,土木工程灾害的基本防治对策和措施（一）,灾害监测 主要有卫星与航空遥感监测、深部或地下孔点监测、水面和水下监测、政府部门与群众哨卡监测等方式。 灾害预报 通常可以分为近期预报、中期预报和长期预报。 防灾 主要有规划性防灾、工程性
3、防灾、技术性防灾、转移性防灾和非工程性防灾等措施。,土木工程灾害的基本防治对策和措施（二）,抗灾 包括工程结构的抗灾与工程结构在受灾后的检测与加固等。 救灾 主要是灾害已经开始后采取的最紧迫的减灾措施。 灾后重建与恢复生产 遭受毁灭性的自然灾害之后建设。,13.2 地震灾害及防治,地震又称地动、地振动，是地壳在某处岩层突然破裂，或因局部岩层坍塌、火山喷发等内、外营力作用下，集聚的构造应力突然释放，产生的震动弹性波从震源向四周传播引起地面的颠簸和摇动。,地震的类型,构造地震 由于地壳运动，推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震，亦称“断层地震”。 火山地震 火山岩浆向上喷出时的冲力很猛
4、烈，能激起地面的振动，从而产生的地震。 陷落地震 地表或地下岩层因洞穴大规模陷落和崩塌而引起的地震。 诱发地震 由于水库蓄水或深井注水等引起的地面振动。,世界火山及地震带分布示意图,中国火山及地震带分布示意图,地震的直接和间接灾害,减轻地震灾害的对策,地震预测预报 根据地震地质、地震活动性、地震前兆异常和环境等因素，通过多种科学手段，作出可能发生地震的预报。 地震转移、分散 把可能在城市发生的大地震，诱发至荒无人烟的山区或远离大陆的深海，或通过能量释放把一次破坏性的大地震化为无数次非破坏性的小震。 工程抗震 通过工程技术提高城市综合抗御地震的能力，同时提高各类建筑的耐震性能。,我国抗震设防的目
5、标,抗震设计的基本要求（一）,场地的选择 选择建筑场地时，应根据工程需要，掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，作出综合分析。 地基和基础 同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上，也不宜部分采用天然地基，部分采用桩基，防止地震引起的动态和永久的不均匀变形。 建筑的平面和立面布置 建筑的平面和立面布置宜对称、规则，力求使质量和刚度变化均匀，避免突然的变化。,抗震设计的基本要求 （二）,抗震结构体系 抗震设计应考虑的最关键问题，应根据建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素，通过经济技术、经济条件比较综合确定。 结构构件及连接 结构及构件应有良好的延性，
6、力求避免脆性破坏或失稳破坏。连接及支撑系统应有足够的强度和整体性。,抗震设计的基本要求 （三）,非结构构件 附着于楼、屋面结构构件的非结构构件应与主体结构有可靠的连接或锚固，围护墙应考虑对主体结构抗震有利或不利的影响，幕墙、装饰贴面与主体结构应有靠的连接。 隔震与消能 根据建筑抗震设防类别等，经对结构体系进行技术、经济可行性的综合对比分析后确定。 材料与施工 除对材料和施工的一般要求外，抗震结构对材料和施工质量的要求应保证切实执行。,13.3 风灾及防治,风是大气层中空气的运动。由于地球表面不同地区的大气层所吸收的太阳能量不同，造成了各地空气温度的差异，从而产生气压差，气压差驱动空气从气压高的
7、地方向气压低的地方流动，这就形成了风。自然界中常见的风包括阵风、旋风、海陆风、龙卷风、山谷风、台风、焚风、季风、干热风等。,常见导致灾害的风型,暴风是急骤的大风，可以带来风暴，风速为103117公里/小时。 台风过境时常常带来狂风暴雨天气，引起海面巨浪，严重威胁航海安全。 龙卷风的直径一般在十几米到数百米之间 ，在中心附近的风速可达100-200米/秒。,2009年6月3日永城市暴风灾害,2009年莫拉克台风灾害,1999年5月3日俄克拉荷马州龙卷风灾害,结构物的风灾害,建筑结构的抗风设计,风荷载是建筑结构设计时要考虑的重要荷载，风荷载包括静荷载和动荷载。在现行建筑结构荷载规范中，风荷载是用基
8、本风压乘以风压高度变化系数、风荷载体型系数和风振系数来确定的，由于建筑结构的形式多样和建筑结构群的大量涌现，规范中的条文很难完全符合实际的情况。因此，主要依靠风洞试验来解决，特别是近年来高频动态底座天平技术的应用，较好地解决了动荷载的测量问题。,桥梁结构的抗风设计,桥梁稳定性的研究包括静力稳定性和动力稳定性两个方面。扭转发散是桥梁典型的一种静力稳定性问题，颤振和抖振是桥梁最主要的两种动力稳定性问题。空气静力失稳就是指结构在给定风速作用下，主梁发生侧向弯曲和扭转，进而导致风荷载的改变，并反过来增大结构的扭转、最终导致结构失稳。桥梁的颤振是指在气动力、弹性力和惯性力的祸合作用下桥梁结构产生的一种发
9、散的振动，会导致桥梁的倒塌。桥梁的抖振是指在风湍流的作用下桥梁结构产生的一种强迫振动。,工程结构风致振动控制,主动控制 由外加能源的控制，其控制力是控制装置按最优控制规律，由外加能源主动施加的。 被动控制技术 被动控制无需外部能源的加人，其控制力是控制装置随结构一起运动而被动产生的。 混合控制技术 混合控制就是主动控制和被动控制的结合。 半主动控制技术 结合了主动控制系统与被动控制系统的优点，既具有被动控制的可靠性又具有主动控制系统的强适应性。,13.4 火灾及防治,火灾是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。,根
10、据可燃物的类型和燃烧特性火灾分类（一）,A类火灾 固体物质火灾。如木材、煤、棉、毛、纸张、麻等火灾。 B类火灾 液体或可熔化的固体物质火灾。如煤油、柴油、原油，甲醇、乙醇、沥青、石蜡等火灾。 C类火灾 气体火灾。如煤气、甲烷、乙烷、丙烷、天然气、氢气等火灾。,根据可燃物的类型和燃烧特性火灾分类（二）,D类火灾 指金属火灾。如钾、钠、镁、铝镁合金等火灾。 E类火灾 带电火灾。物体带电燃烧的火灾。 F类火灾 烹饪器具内的烹饪物（如动植物油脂）火灾。,建筑火灾扩散的途径,火灾向横向延烧，即建筑物内门洞部位的分隔构件和构筑材料在火灾的热力作用下失效，使火势沿横向发展； 火灾向竖向延烧，即火势朝天棚顶部
11、延烧，火势由窗口向上延烧，火势通过竖井扩大； 火灾向建筑构造、构件薄弱部位延烧。,2003年湖南衡阳衡州大厦火灾,建筑物防火措施（一）,耐火等级和材料选择 按建筑常用结构类型的耐火能力划分为四个耐火等级 ，而建筑物应根据其耐火等级来选定构件材料和构造方式。设计时须保证主体结构的耐火稳定性，以赢得足够的疏散时间，并使建筑物在火灾过后易于修复。 防火间距和防火分区 防火间距是为防止火势通过辐射热等方式蔓延，建筑物之间应保持一定间距。建筑中为阻止烟火蔓延必须进行防火分区，即采用防火墙等把建筑划为若干区域。,建筑物防火措施（二）,安全疏散和通风排烟 一般建筑起火后约1015分钟开始蔓延，可通过电话等人
12、工报警和消火栓灭火。在大型公共建筑、高层建筑、地下建筑以及起火危险性大的厂房、库房内，还应设置自动报警装置和自动灭火装置。 报警系统和灭火装置 防火墙能在火灾初期和扑救火灾过程中，将火灾有效地限制在一定空间内，阻断在防火墙一侧而不蔓延到另一侧。设置防火门的部位，一般为疏散门或安全出口。,13.5 地质灾害及防治,地质灾害包括自然因素或者人为活动引发的危害人类生命和财产安全的崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、水土流失、土地沙漠化及沼泽化、土壤盐碱化等，特别是大规模的森林采伐、无节制的植被破坏、人工建筑及工程对环境的破坏等人为因素是防治重点。,滑坡,滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、
13、地震及人工切坡等因素影响，在重力的作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。,2010年6月28日贵州关岭县大寨村山体滑坡,滑坡防治,抗滑工程 主要有挡墙、抗滑桩、锚杆（索）和支撑工程等。 表里排水 表里排水包括排除地表水和地下水。 削坡减荷 将较陡的边坡减缓或将滑坡体后缘的岩土体削去一部分。 其他方法 防冲护坡 、土质改良 、防御绕避等。,崩塌,崩塌（崩落、垮塌或塌方）是较陡斜坡上的岩土体在重力作用下突然脱离母体崩落、滚动、堆积在坡脚（或沟谷）的地质现象。产生在土体中者称土崩，产生在岩体中者称岩崩。规模巨大、涉及到山体者称山崩。,2010年3月10日陕西省榆
14、林市子洲县黄土崩塌,崩塌防治同滑坡防治,抗滑工程 主要有挡墙、抗滑桩、锚杆（索）和支撑工程等。 表里排水 表里排水包括排除地表水和地下水。 削坡减荷 将较陡的边坡减缓或将滑坡体后缘的岩土体削去一部分。 其他方法 防冲护坡 、土质改良 、防御绕避等。,泥石流,泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点。在适当的地形条件下，大量的水体浸透山坡或沟床中的固体堆积物质，使其稳定性降低，饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动，就形成了泥石流。,2010
15、年8月7日甘肃舟曲县泥石流灾害,泥石流防治,蓄水、引水工程 调洪水库、截水沟和引水渠等。 支挡工程 挡土墙、护坡等。 拦挡工程 拦挡泥石流的坝体等。 排导工程 排导沟、渡槽、急流槽、导流堤等。 储淤工程 拦淤库和储淤场等。 生物措施 恢复或培育植被，合理耕牧等。,地面沉降,地面沉降又称为地面下沉或地陷。它是在人类工程经济活动影响下，由于地下松散地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动（或工程地质现象）。,西安城墙不均匀沉降导致墙体裂缝,地面沉降防治,在沿海低平原地带修筑或加高挡潮堤、防洪堤。 改造低洼地形，人工填土加高地面。 改建城市给、排水系统和输油、气管线。 修改城市建设规划
16、，调整城市功能分区及总体布局。 人工补给地下水（人工回灌），限制地下水开采。,13.6结构的检测与加固,结构构件的检测是结构可靠性鉴定与耐久性评估的手段和基础，是结构加固的前提。而结构加固是对原有受力结构进行加固补强，从而满足新的使用要求及安全性，并节约成本，减少投资。,常用的检测内容和手段,混凝土强度检测 回弹法、超声法、超声一回弹综合法 、钻芯取样法和拔出法等。 混凝土碳化及钢筋锈蚀检测 碳化深度测量仪和酚酞试剂、钢筋锈蚀检测仪。 砌体强度检测 原位轴压法 、顶剪法 、扁顶法。 钢材强度测定及缺陷检测 用硬度推算强度、超声波法等。,常用的加固方法（一）,加大截面法加大截面法 外包钢加固法 预应力加固法 改变传力途径加固法,常用的加固方法（二）,粘钢加固法 化学灌浆法 基础托换 基础纠偏,
