土木工程防灾学科发展现状及前沿发展方向研究

1、会计学1土木工程防灾学科发展现状及前沿发展土木工程防灾学科发展现状及前沿发展方向研究方向研究工程结构抗震、工程结构抗风、地质灾害和火灾的检测防治。 通海地震 1970年1月5日凌晨，云南通海发生了死亡人数超过一万五千人的7.8级大地震。震源深度仅134米，主震后发生5级至5.9级余震12次，引起严重滑坡、山崩等破坏，受灾面积4500多平方公里，造成15621人死亡，338456间房屋倒塌，166338头大牲畜死亡，生命财产损失巨大。 1976年年7月月28日唐山市发生大地震。是日唐山市发生大地震。是世界地震史上迄今为止最悲惨的一页。世界地震史上迄今为止最悲惨的一页。死死亡亡242769人人；重

2、伤重伤164851人人。 汶川地震是汶川地震是浅源地震浅源地震，震源深度为，震源深度为101020km,20km,因此因此破坏性巨大。汶川大地震为破坏性巨大。汶川大地震为逆冲逆冲、右旋右旋、挤压型断层挤压型断层地震地震。挤压型逆冲断层地震在主震之后。挤压型逆冲断层地震在主震之后, ,应力传播和释应力传播和释放过程比较缓放过程比较缓慢，因此导致慢，因此导致余震强度较大余震强度较大，持续时间持续时间较长较长。 件较为恶劣的区域进发，如开发大西北的建设、海洋重大工程的不断涌现。再其次，虽然我们对灾害的研究投入了巨大的精力和财力，但在灾害面前，我们仍表现出了一些无奈和无力。n 台湾台湾19991999

3、年年“九九二一二一”大地震大地震 造成的经济损失据岛内各县市的统计数字显示，这次大地震共造成二千四百零三人死亡，重轻伤九千四百零六人，失踪四十一人。该统计数字还显示，这次地震造成全岛房屋全倒的有四万六千间，半倒的有三万四千多间。其中以南投县和台中县最多，全倒的占四万一千多间，半倒的占三万零六百多间。初步估计重建家园经费需新台币一千六百亿元。轻型钢框架结构严重倾斜，但未倒。砖石结构教堂严重倾斜，无法使用。汉沽天津旭日化工厂，高26m的水塔倒塌地震前地震后地陷冒砂2004年12月26日，印度洋海底爆发了里氏9.0级强烈地震，引发了印度洋大海啸，巨浪以每小时800km的起始速度冲向海岸。 n 地震带

4、来的次生灾害：海啸 海啸前的平静 海啸的出现 受损的核电站3号(左)与4号反应堆 日本3.11地震引发海啸海啸来袭时的海水倒灌地震引发千叶县市原市一油罐储库起火时间地点M死亡人数时间地点M死亡人数1905.04.041906.04.181920.12.161923.09.011927.03.071933.03.021935.05.301939.01.251939.12.261946.12.201948.06.281952.07.21克什米尔美国旧金山中国海原日本关东日本丹后日本三陆冲巴基斯坦智利土耳其日本南海道冲日本福井美国加州8.68.38.68.37.98.97.58.37.98.47.3

5、7.71.9万7万余20万余10万死，4万不明3千3千3万3万2.3万千余千余10人1960.05.221964.03.281964.06.161970.05.311971.02.091972.04.101972.12.231975.02.041976.07.281989.1994.01.171995.1999.08.17智利美国阿拉斯加日本新舄秘鲁美国加州伊朗马拉瓜中国海城中国唐山美国加州美国加州日本兵库县土耳其8.37.97.47.76.67.06.57.07.66.77.27.4日本死120人130人26人4万65人1.7万1万1.3万24万55人5438人1.7万余全球六大板块：欧亚、

6、太平洋、美洲、非洲、印澳和南极板块 烈度：烈度：是某地区是某地区各类各类建筑物遭受地建筑物遭受地震影响的强弱程度震影响的强弱程度。烈度与烈度与震级震级、震源震源深度深度、震中距震中距、地地质条件质条件有关。有关。纵波（P波）速度 地壳内6 km/s （弹性地球介质） 地幔内 8 km/s 地核内11 km/s 大地震发生时，震中附近的人们首先会感觉到一个强烈的上下颠簸形式的震动，这就是地震P波的作用。横波（S波）速度 地壳内 4 km/s 地幔内 4.5 km/s （弹性地球介质） 外核 0 内核 3.5 km/s 人们在感觉到一个上下颠簸的P波震动之后，会有一个短暂的停顿，然后会是一个更加猛

7、烈的水平摇动，持续的时间也相对长一些，大多数房屋在上下颠簸变“酥”之后，便在水平摇晃中进一步毁坏倒塌，这就是地震S波的作用。的感觉，便是这种地震面波作用的结果。找坚实处躲避n 土木工程设施抗震设防 国家建设主管部门颁布抗震设计规范。 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。建筑抗震设计国家标准图传统房屋地震时 激烈晃动，房屋加速度放大100% 250%梁柱裂,内部装饰,设备破坏 隔震

8、房屋地震时 缓慢平动(长周期)房屋加速度减少100% 40%，结构弹性(变形集中在柔软支座)，保护结构 和 内部装饰。中国隔震工程分布n 北京地铁 地面枢纽站 大面积平台上 隔震住宅楼(建设中) RC大平台（2000米1500米）上建造48幢9层的隔震住宅楼 隔震建筑面积 480,000平方米 目前世界面积最大隔震建筑群北京地铁 地面枢纽站 RC平台上 隔震支座 施工安装l 本工程在地下室顶板上设置叠层橡胶隔震支座l 隔震支座布置在地下一层柱的柱顶、地上一层柱的柱底之间 隔震技术在桥梁工程中的应用n 广州地铁隔震工程广州地铁隔震工程n工业及军用设工业及军用设施基础隔震施基础隔震消能支撑（软钢屈

9、服）厂房（1980）引起的失稳破坏。 常见的风灾有台风（也称飓风）、龙卷风等。 4.1.1 台风与飓风 台风与飓风都是风速达到33m/s以上的热带气旋灾害。我国将台风按强度分为：热带低压(风力67级、最大平均风速10.817.1m/s)、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风、超强台风(风速16级或以上、最大平均风速51.0m/s)六个等级。 景观树被狂风吹得摇摇欲坠建筑物被吹倒 碗口粗的树干被拔出 是由两股空气强烈对流运动而产生的一种伴随着高速旋转的漏斗状云柱的强风涡旋。呈漏斗状，移动速度通常超过300km/h。4.1.2 龙卷风对于高层建筑、大跨结构、柔性大跨桥梁、输电塔和渡槽等受风面积大的柔

10、性结构，抗风设计与抗震设计具有同等重要意义。 4.2 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。但在风灾易发的地区，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。杭州湾跨海大桥海中平台及观光塔风洞试验广州新电视塔风洞试验和随机风振响应分析及风振计算模型上海世博会中国船舶馆 为取得结构体型系数和围护结构设计风压进行风洞试验的模型 南京二桥阻尼器 多多罗桥橡胶减振圈 钱江三桥液压阻尼器 粘滞剪切型阻尼器 表面设置凹洞诺曼底桥索套外加上的螺旋形凸起五、火灾与建筑防火5.1 5.1 火灾火灾世界

11、多种灾害中发生最频繁、影响面最广的当属火灾，它烧尽土木工程设施中的可燃物,人员窒息死亡，严重的工程结构失效。六、地质灾害与防治6.1 岩溶地质的灾害n 岩溶定义：岩溶定义：喀斯特（KARST）即岩溶，是水对可溶性岩石（碳酸盐岩、石膏、岩盐等）进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生的现象的总称。由喀斯特作用所造成地貌，称喀斯特地貌（岩溶地貌）。n 岩溶地貌类型： 地表岩溶形态：溶沟、石林、漏斗、落水洞等 地下岩溶形态：溶洞、暗河等岩溶塌陷溶洞溶沟落水洞n 岩溶区桥梁基础施工控制技术研究 随着我国高速公路建设的快速发展，高速公路建设向山区不断延

12、伸，大量在建或规划中的高速公路不可避免穿越岩溶发育地区，路线上大量存在的溶洞给高速公路桥梁基础的建设带来困难。本节以湖南省娄新高速公路工程中的资水大桥做为依托工程，对山区高速公路桥梁基础施工开展研究。 施工安全因素: （1）成孔过程中漏水漏浆 （2）在复杂地质构造情况下成孔，浇注混凝土 （3）孔内涌砂 （4）成孔事故多 （5）清孔难度大 （6）混凝土灌注过程中超方或塌孔 孔口钢护筒制作 施工控制技术 桩基溶洞区采用抛填片石施工 桩基溶洞区采用抛填片石施工 水下混凝土灌注 桩基在溶洞区采用钢护筒跟进的方法施工 在总结资水大桥深水基础施工和以往各个工地岩溶极为发育地区桩基溶洞处理的经验教训的基础上

13、，对资水大桥主桥深水基础5#-8#溶洞处理形成了统一的处理方案，即采用抛填片石、粘土、水泥和下钢护筒相结合的施工方法处理资水大桥主桥深水基础5#-8#桩溶洞、溶沟、溶槽、裂隙发育等复杂地质情况，反复冲填片石、粘土、水泥加固孔壁，直至从孔内捞出来的全部为细碴，同时施工时加大水泥用量到10%15%的用量，钢护筒采用厚度为2cm的钢护筒，以防止护筒变形。采用这种施工方法，经过多根桩基施工验证，证明是最为实用、有效的施工方法。 在桩基施工控制方面，在施工的过程中要认真做好钻孔、回填、灌注水下混凝土等方面的记录和准确丈量孔深数据，这些数据是分析和掌握溶洞变化规律和确保桩基质量的重要依据。同时，对于孤立的

14、小溶洞采用常规的冲击钻孔灌注桩施工方法； 对于溶洞较大且溶洞层比较多，为保证成孔质量且混凝土灌注时不会出现塌孔现象，建议采用护筒护壁的方法；采用钢护筒+钢筋笼跟进的方案处理溶洞时，应当根据具体的地质情况制定针对性的跟进方案，即可以节约施工成本，又加快了施工进度，保证了施工安全，特别是大直径桩基施工，该工艺优势更明显。 在正式开始灌注水下混凝土前，先检查泵管的气密性，保证泵管接头良好，不漏气。并在混凝土灌注时适当加大输送泵的压力。在确定泵送混凝土的施工配合比时，粗骨料采用流动性更好的卵石，混凝土塌落度控制在22cm左右，初凝时间要大于20小时以上。 （4）控制输送泵堵管技术 （3）控制塌孔技术

15、轻微漏水，可在孔内抛粘土碎石，冲砸造壁填补，或在孔外换填粘土围护。如护筒打破严重，必须设法塞补、加固。护筒因坍孔有变位危险时，应加强导向扶持。严重坍孔或漏浆地段投土夹小片石反复冲砸，使坍孔处重新固壁。 在钻头上焊上角钢穿钢丝绳、引套等，随时准备好打捞用锚钩；发生卡钻后查明原因和情况，不可强提钻头，以致扩大事故的严重性。需要吸泥清碴时，应有防坍措施，如回浆等办法，以防沉淀增加，造成“埋钻”。打捞设备的强度应经过检算，并制定好打捞措施，确保安全。处理卡钻效果较好。 （2）控制卡钻或掉钻技术 钻孔时每进12m 便自检1次，如发现钻杆倾斜，发生偏孔时，则提出钻头，抛入片石12m厚后，以低冲程冲击，一般

16、便可纠正。如反复抛填仍难以纠偏时，则清孔后用C25级水下砼(掺早强剂) 灌注11. 5m，待强度达到70%时再继续钻孔。 （1）控制偏孔技术 在钻进成孔中各施工控制技术如下： 滑坡是指斜坡上的土体或岩体，受河流冲刷、地下水活动、地震或人工切坡等因素的影响，在重力作用下，沿地层的软弱面或软弱带，整体或分散地顺坡向下滑动的地质现象。6.2.1 滑坡的类型 6.2 滑 坡6.2.2 滑坡形成的内在条件6.2.3 诱发滑坡的外在因素 6.2.4 滑坡的形成过程 6.2.5 滑坡的次生灾害 6.2.6 滑坡发生前兆 6.2.7 滑坡的工程治理 减荷与反压抗滑桩的布置6.3 崩塌支撑垛防治边坡崩塌谢谢！ 汶川地震是汶川地震是浅源地震浅源地震，震源深度为，震源深度为101020km,20km,因此因此破坏性巨大。汶川大地震为破坏性巨大。汶川大地震为逆冲逆冲、右旋右旋、挤压型断层挤压型断层地震地震。挤压型逆冲断层地震在主震之后。挤压型逆冲断层地震在主震之后, ,应力传播和释应力传播和释放过程比较缓放过程比较缓慢，因此导致慢，因此导致余震强度较大余震强度较大，持续时间持续时间较长较长。 横波（S波）速度 地壳内 4 km/s 地幔内 4.5 km/s （弹性地球介质） 外核