泥石流对建筑结构破坏形式分析.doc

建筑工程概论 2016年。文章编号结合舟曲泥石流事故探究泥石流对建筑物的影响XX（ XX大学 西安 710054 学号XXXXX）摘 要：舟曲特大泥石流现场的调查表明,泥石流破坏建筑物主要有冲击、淤埋和摩擦三种方式。根据泥石流的破坏方式、特点和建筑物类型,形成我国山区居民住宅两种常见结构的泥石流破坏分级标准。最后提出了几条能有效减轻泥石流对建筑物破坏的具体措施,可供读者从对泥石流的感性认识上升到理性认识。关 键 词 ：泥石流灾害 破坏方式 治理中图分类号： 文献标识码：ACombined with the debris flow accident in Zhouqu to explore the impact of debris flow on buildingsXXAbstract：Survey shows that Zhouqu large debris flow field, debris flow damage to buildings are mainly impact and friction, buried in three ways. According to the destruction way, characteristic and building type of debris flow, debris flow damage classification standard of two kinds of common structure in mountainous area of our country. Finally, several concrete measures that can effectively reduce the damage of the debris flow are put forward, which can be used for the readers to rise from the perceptual knowledge to the rational knowledge. Key words: Debris flow disaster Failure mode Prevention and cure0 引言2010年8月7日22时左右，甘南藏族自治州舟曲县城东北部山区突降特大暴雨，降雨量达97毫米，持续40多分钟，引发三眼峪、罗家峪等四条沟系特大山洪地质灾害，泥石流长约5千米，平均宽度300米，平均厚度5米，总体积750万立方米，流经区域被夷为平地泥石流造成了1765人死亡和失踪,33幢面积11.472 km2的建筑物被直接冲毁,有20幢面积约69 km2建筑被部分损坏。本文以此事故为例，介绍泥石流成因、分析泥石流对建筑物的破坏形式，本文目的在于对泥石流进行深一步的认识以降低其对人身、建筑的损害。1 泥石流基本概念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。发生泥石流常常会冲毁公路铁路等交通设施甚至村镇等，造成巨大损失。泥石流是暴雨、洪水将含有沙石且松软的土质山体经饱和稀释后形成的洪流，它的面积、体积和流量都较大，而滑坡是经稀释土质山体小面积的区域，典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥浆组成。在适当的地形条件下，大量的水体浸透流水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。泥石流是一种灾害性的地质现象。通常泥石流爆发突然、来势凶猛，可携带巨大的石块。因其高速前进，具有强大的能量，因而破坏性极大。泥石流流动的全过程一般只有几个小时，短的只有几分钟。1.1 泥石流种类分类泥石流按照不同的属性有着不同的分类。1.1.1 按物质成分分类（1）由大量粘性土和粒径不等的砂粒、石块组成的叫泥石流。（2）以粘性土为主，含少量砂粒、石块、粘度大、呈稠泥状的叫泥流。（3）由水和大小不等的砂粒、石块组成的称之水石流。1.1.2 按流域形态分类 （1）标准型泥石流为典型的泥石流，流域呈扇形，面积较大，能明显的划分出形成区，流通区和堆积区。（2）河谷型泥石流流域呈有狭长条形，其形成.区多为河流上游的沟谷，固体物质来源较分散，沟谷中有时常年有水，故水源较丰富，流通区与堆积区往往不能明显分出。（3）山坡型泥石流流域呈斗状，其面积一般小于1000，无明显流通区，形成区与堆积区直接相连。1.1.3 其他分类（表1）按物质成分分类按流域形态分类泥石流标准型泥石流泥流河谷型泥石流水石流山坡型泥石流表一 泥石流其他分类Table 1 other classification of debris flow1.2 形成条件 泥石流的形成需要三个基本条件：有陡峭便于集水集物的适当地形；上游堆积有丰富的松散固体物质；短期内有突然性的大量流水来源。1.2.1 地形地貌条件在地形上具备山高沟深，地形陡峻，沟床纵度降大，流城形状便于水流汇集。在地貌上，泥石流的地貌一般可分为形成区、流通区和堆积区三部分。上游形成区的地形多为三面环山，一面出口为瓢状或漏斗状，地形比较开阔、周围山高坡陡、山体破碎、植被生长不良，这样的地形有利于水和碎屑物质的集中；中游流通区的地形多为狭窄陡深的峡谷，谷床纵坡降大，使泥石流能迅猛直泻；下游堆积区的地形为开阔平坦的山前平原或河谷阶地，使堆积物有堆积场所。1.2.2 松散物质来源条件泥石流常发生于地质构造复杂、断裂褶皱发育，新构造活动强烈，地震烈度较高的地区。地表岩石破碎，崩塌、错落、滑坡等不良地质现象发育，为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源；另外，岩层结构松散、软弱、易于风化、节理发育或软硬相间成层的地区，因易受破坏，也能为泥石流提供丰富的碎屑物来源；一些人类工程活动，如滥伐森林造成水土流失，开山采矿、采石弃渣等，往往也为泥石流提供大量的物质来源。1.2.3 水源条件水既是泥石流的重要组成部分，又是泥石流的激发条件和搬运介质(动力来源)，泥石流的水源，有暴雨、水雪融水和水库溃决水体等形式。我国泥石流的水源主要是暴雨、长时间的连续降雨等。1.3 发生规律1.3.1 季节性我国泥石流的暴发主要是受连续降雨、暴雨，尤其是特大暴雨集中降雨的激发。因此，泥石流发生的时间规律是与集中降雨时间规律相一致，具有明显的季节性。一般发生在多雨的夏秋季节。因集中降雨的时间的差异而有所不同。四川、云南等西南地区的降雨多集中在6-9月，因此、西南地区的泥石流多发生在6-9月；而西北地区降雨多集中在6、7、8三个月，尤其是7、8两个月降雨集中，暴雨强度大，因此西北地区的泥石流多发生在7、8两个月。据不完全统计，发生在这两个月的泥石流灾害约占该地区全部泥石流灾害的90%以上。也具有一定的周期性，且其活动周期与暴雨、洪水的活动周期大体相一致。当暴雨、洪水两者的活动周期是与季节性相叠加，常常形成泥石流活动的一个高潮。1.3.2 周期性泥石流的发生受暴雨、洪水的影响，而暴雨、洪水总是周期性地出现。因此，泥石流的发生和发展也具有一定的周期性，且其活动周期与暴雨、洪水的活动周期大体相一致。当暴雨、洪水两者的活动水渠、铁路以及其它建筑活动，破坏了山坡表面而形成的。如云南省东川至昆明公路的老干沟，因修公路及水渠，使山体破坏，加之1966年犀牛山地震又形成崩塌、滑坡，致使泥石流更加严重。又如香港多年来修建了许多大型工程和地面建筑，几乎每个工程都要劈山填海或填方，才能获得合适的建筑场地。1972年一次暴雨，使正在施工的挖掘工程现场120人死于滑坡造成的泥石流。1.4.2 自然因素(1)地表水在沟谷的中上段侵润冲蚀沟床物质，随冲蚀强度加大，沟内某些薄弱段块石等固体物松动、失稳，被猛烈掀揭、铲刮，并与水流搅拌而形成泥石流。 (2)山坡坡面土层在暴雨的浸润击打下，土体失稳，沿斜坡下滑并与水体混合，侵蚀下切而形成悬挂于陡坡上的坡面泥石流。北京山区农民常称之为“水鼓”、“龙扒掌”。 (3)沟源崩、滑坡土体触发沟床物质活动形成泥石流。既崩、滑体便发生溃决，强烈冲击并带动沟床固体碎屑物的活动而形成泥石流。2 泥石流对建筑物的破坏2.1. 泥石流对房屋的破坏形式泥石流的破坏形式多种多样，根据泥石流沟及房屋分布划分可以分为：冲击、摩擦和淤埋三种方式128。图1舟曲县城泥石流下游建筑物破坏图Figure 1 Zhouqu debris flow downstream buildings damaged（1）冲击破坏泥石流在形成区运动过程 中，逐渐加入泥石流体的松散物质越来越多，组成成分也越来越 复杂。进入流通区后泥石流体中 的固体物质具有颗粒粒径差异 大，悬殊可达6 个数量级( 从微米到米) ，泥石流可搬运直径数米的大石块。 泥石流的冲击力由液相浆体冲击力和固相颗粒冲击力组成。泥石流体携带的大量固体物质冲击力巨大。泥石流携带的大石块 流经过的沟段对所有遇到阻拦其 继续前行的障碍物造成强烈的膨胀和冲击，对房屋建筑重则直接推到，轻则破坏房屋建筑部分结构。图2冲击破坏Fig. 2 impact failure（2）摩擦破坏泥石流的危害不仅仅限于所携带的大石块，泥石流体中细小的颗粒 也会对运动过程中遇到的障碍物造成强烈的冲击，摩擦房屋建筑外露结构，使房屋结构受到摩蚀破坏。图3摩擦破坏Fig. 3 friction failure（3）堆积於埋破坏泥石流进入堆积区后，由于沟床坡度减小，泥石流前行阻力增大，泥石流流速逐渐减小，所携带的粗颗粒逐渐沉积，进入堆积过程。对于山区城镇，泥石流堆积平台往往是房屋建筑比较理想的建造地址。建造在泥石流堆积区的房屋往往在泥石流爆发时受到泥 石流的於埋破坏。汶川 8. 0 级大地震中，北川作为受灾最严重的城市之一，灾后有强降雨诱发的泥石流灾害使得北川县城再次遭受严重的损失。图4淤埋破坏Fig.4 buried damage一个建筑物的损害，往往不是一种破坏形式造成的，而是由三种方式结合所破坏的。图5泥石流破坏房屋Fig.5 debris flow damage to houses2.2 泥石流对建筑物的破坏模式建筑物破坏模式在种不同结构类型的建筑物中，木结构、砖木、框架砖混、框架和钢结构种主要承重构件均为柱体和梁，因建筑材料不同使其具有不同的强度。砌体结构的支撑构件为砖砌块或石块，其强度取决于砂浆和砌块的强度。因此，前种建筑物的破坏主要体现在梁或柱的倒塌或损坏，而后一种则为承 重墙体的破坏。从结构的破坏程度考虑，将建筑物 破坏模式划分为以梁和柱为承重构件和以砌体为承重构件的建筑物破坏模式。（1）以梁和柱为承重构件的建筑物破坏模式墙体破坏导致的非结构性损伤建筑物外墙受泥石流冲击后倒塌，泥石流从倒塌的墙体或门窗等开口处冲入屋内，导致淤埋破坏，而主体结构支撑柱体或梁并无损伤。对砖木结构，其外墙多为砖砌体，由于木质柱体与砖砌体间黏结性能很差，较易产生裂缝，受泥石流作用后极易垮塌框架结构墙体与柱间虽然黏结性较好，但其强 度仍远低于混凝土柱体，易产生剪切和弯曲破坏。（2）以砌体为承重构件的建筑物破坏模式该破坏模式主要由承重墙体裂缝或倒塌引起，其破坏程度因损坏墙体的位 置和面积大小而有所差异。部分建筑物底层的承 重墙体受泥石流作用产生裂缝或部分倒塌，但建筑物 整体结构良好。此类破坏模式多出现于相对的两面 墙体为泥石流破坏，而两侧墙体因平行于泥石流流向 而未遭受严重损伤，使得两侧墙体仍然可以支撑整个 建筑物不致倒塌。建筑物底层的承重墙 体大面积产生裂缝或倒塌，致使建筑物整体倾斜并倒塌。此破坏模式多出现在相邻两面墙体或更多面墙 体被泥石流破坏，建筑物失去支撑而倒塌2.3建筑物支撑构件破坏的力学模型建筑物支撑构件的损毁是导致其结构性破坏甚至倒塌的主要原因，将建筑物支撑构件的破坏归纳为柱和梁的塑性铰破坏和剪切破坏、支撑墙体的弧形拉裂破坏，三种受力图如下2。(a) (b)(c )(a).塑形铰破坏 (b).剪切破坏 (c).拉裂破坏（a）The plastic hinge failure(b) shear failure (c) tensile failure由于柱体的两端固定于基础、梁和楼板处，故可将其视作两端固定的简支梁。当泥石流作用产生的弯矩或剪力超过柱体的极限弯矩和极限剪力，便导致塑性铰或剪切破坏。墙体的开裂和变形沿屈服线展开，取单位宽度墙体作为研究对象，其固端或中部的屈服变形 量即可反映墙体的破坏程度。可依据静力学中力和 力矩的平衡原理，利用柱体极限弯矩和剪力值求得柱和墙破坏时泥石流的临界条件。2.4建筑物破坏等级划分划分标准34 半定量方式给出此次泥石流对建筑物破坏等级的划分标准，即微小损坏、轻度损坏、 中等破坏、严重破坏和完全破坏级。（表2）等级砖混结构完全破坏房屋残余部分不足50%或者淤埋程度小于2层楼严重破坏多数承重墙撞踏，大部分墙体打穿，部分楼层盖塌落，或淤埋厚度小于2层楼大于一层楼中等破坏少数承重撞踏，部分墙体打穿，或淤埋程度小于1层楼轻微破坏承重墙完好，非承重墙有部分破损，或淤埋程度小于半层楼基本完好承重墙和非承重墙完好，仅门窗和墙面部分受损，底楼地面部分有部分淤积表2 建筑物泥石流破坏分级标准 Tabel2 Classification of the construction damages by debris flow3造成舟曲泥石流的原因3.1.特殊的地质地貌舟曲是全国滑坡、泥石流、地震三大地质灾害多发区。舟曲一带是秦岭西部的褶皱带,山体分化、破碎严重,大部分属于是炭灰夹杂的土质,并且风化程度也很厉害，比较容易发生滑坡、崩塌和泥石流灾害。3.2.汶川地震的影响是重要因素之一舟曲县是汶川地震的重灾区之一，地震导致舟曲县城周边山体松动、岩层破碎。因地震造成的山体松动等需要3到5年时间才能消除，但灾难发生时距离汶川地震发生仅2年多时间。3.3.气象原因舟曲的持续干旱，造成城区周边岩石解体，部分山体、岩石裂缝暴露在外，使雨水容易进入，导致滑坡。3.4.瞬时的暴雨和强降雨7日晚舟曲县城东北部山区突降特大暴雨，持续40多分钟，降雨量达到90多毫米，由于岩体产生裂缝,瞬时的暴雨和强降雨深入岩体深部,导致岩体崩塌、滑坡,形成泥石流。3.5.经济原因当地为了经济发展而砍伐大量森林植被，导致水土流失极为严重，自然灾害不断，可当地政府依然不予以重视，不采取有效的保护森林的措施，森林植被每年都遭到在进一步破坏，终于导致了这次灾难。4泥石流的应对措施 4.1预防为了避免建筑物遭受泥石流的破坏，最有效的方法就是不要将房子修在泥石流的必经通道。不过，位于泥石流堆积扇的城镇通过合理的建筑布局、加强建筑结构，也可以在一定程度上有效的减小泥石流对建筑物的破坏。4.2躲避怎样判断泥石流的发生?我们要遵循除根据当地降雨情况来估测泥石流暴发的可能性外,我们还可通过一些特有现象来判断泥石流的发生,以便采取快速、正确的自救方法.（1）看：当发现河（沟）床中正常流水突然断流或洪水突然增大并夹有较多的柴草、树木,都可确认河（沟）上游已形成泥石流.（2）听：仔细倾听是否有从深谷或沟内传来的类似火车轰鸣声或闷雷式的声音,如听到这种声音,哪怕极微弱也应认定泥石流正在形成,此时须迅速离开危险地段.如听到要高度警惕,这很可能是泥石流将至的征兆.如前文说到的两个村民,他们都听到了轰轰声,却并不知究竟,如果他们早知道,可能就会减少一些人员伤亡.（3）看听结合：沟谷深处变得昏暗并伴有轰鸣声或轻微的振动感,则说明沟谷上游已发生泥石流.4.3撤离（1）在泥石流易发地区的居民,不要留恋财物,听从指挥,迅速撤离危险区。（2）千万不要在泥石流中横渡。（3）在泥石流发生前已经撤出危险区的人，千万不要返回收拾物品或锁门。（4）尽快与有关部门取得联系，报告自己的