《土木工程概论》课件 第14章 工程灾害及抗灾

第14章工程灾害及抗灾1工程灾害2工程结构抗灾与加固3本章小结地震灾害地质灾害风灾害其他灾害多灾害作用地震灾害的防治地质灾害的防治风灾害的防治城市防灾减灾本章重、难点课程思政土木大工程观运用大工程观的视角学习土木工程的定义及基本概念，了解土木工程涵盖的内容及土木工程要解决的问题，培养良好的防灾减灾意识、提高专业素养、增强使命感。作为未来建筑结构领域的后备力量，新时代土木类专业在校大学生面对的是具有科学性、社会性、复杂性、实践性和创新性特征的现代工程。以唯物辩证法分析现代工程出现的问题，将专业技术与现代工程联系起来，沿着实践—理论—再实践的路线关注和思考自然灾害问题，理清各类灾害的产生原因及作用机理，为尽可能有效保护人民的生命财产安全做好思想观念准备和专业知识技能储备。重点：工程灾害及工程灾害的类型，各类工程灾害对工程结构的影响及对应的防治措施，多灾害作用的影响以及建立城市生命线工程的意义难点：各类灾害对工程结构的影响及针对灾害采取的各项措施1工程灾害土木工程灾害是指建造的工程结构不能抵抗自然环境突发荷载，或者由于设计及施工人员的知识水平有限及当前人类知识的局限性等人为因素，导致土木工程结构失效、破坏乃至倒塌，从而给人类的生存和社会发展造成损害的各种现象。土木工程灾害土木工程灾害人为灾害自然灾害自然界中的物质变化、运动地震灾害地质灾害风灾害洪灾设计、施工、管理、使用失误技术事故行为过失战争恐怖袭击结构失效破坏原因诱发因素1工程灾害地震是由于板块间相互碰撞挤压，导致地壳释放能量并产生地震波的一种自然灾害现象。地震不仅造成地面破坏、建筑物倒塌以及人员伤亡，而且会引发瘟疫、海啸、洪水和火灾等次生灾害。有历史记录的大地震给人类带来极大的人员伤亡和经济损失，严重阻碍社会的发展。东日本地震唐山地震地震灾害汶川地震印度洋地震土耳其地震旧金山地震1工程灾害震源：地震能量积聚和释放的地方，是地震波的源头地震的基本知识震中：震源在地表上的垂直投影震源深度：震中到震源的垂直距离震中距：地表某点至震中的水平距离震中区：又称极震区，是指地震发生时震中及其附近地方所在区域震中区震源震源深度震中震中距（1）震源、震中与震源深度根据震源深度的不同，通常将地震分为三大类：深源地震震源深度大于300km浅源地震震源深度70-300km中源地震震源深度小于70km发震频率高，破坏性强，对人类影响大地震震害释放能量的主要来源浅源地震：1工程灾害地震波震源振动直接产生在地球内部传播的地震波纵波横波地震的基本知识（2）地震波、震级与烈度地震震级：代表地震强弱的级别，是由震源处释放能量的大小确定；震级越大，地震释放的能量就越大周期长、振幅大传播速度约为横波的90%，地表附近传播体波面波周期较短、振幅较小，传播速度最快，固/液体传播能量高于体波，地表和工程结构破坏的主要因素质点振动方向与波传播方向一致，能使地面上下振动，破坏性较弱周期较长，振幅较大，传播速度较慢，只能在固体中传播质点振动方向与波的传播方向垂直，能使地面发生水平摇晃，破坏性较强地震烈度：某地区各类建筑物遭受一次地震影响的强烈程度地震震级与烈度的区别：对于同一地震，只能有一个震级（确定的数值），而根据地震对各地的影响程度可以划分出多个烈度区震级、震源深度、震中距、地质结构、建筑物影响地震烈度的因素：1工程灾害地震的活动及地震分布中国地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广，总体呈现“西部地震频度高，东部地震影响大”的特点。华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、山东中部和渤海湾中国地震主要分布在五个区域台湾省及其附近海域西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓东南沿海的广东、福建等地1工程灾害地震灾害的特点(1).瞬时突发性地震发生十分突然，作用时间很短，短则十几秒钟，最多几分钟，往往让人措不及防，使人们从思想到物质上都没有做好充分的准备。在短暂的时间内，会造成建筑物倒塌，桥梁断裂，生命线工程中断，人员伤亡，无法在短时间内组织有效的抗震救灾行动。(2).瞬时突发性破坏性大，成灾广泛，影响范围广。不仅会造成震中区大面积的建筑物倒塌以及大量人员伤亡，而且会波及其他省市区域，极易引起群众恐慌。(3).连锁性强地震发生后还会引起火灾、水灾、海啸、山体滑坡等次生灾害。同时还会造成诸如供电系统破坏，交通中断，通讯系统、网络系统瘫痪，供水、煤气、输油管道破裂等一系列连锁反应，造成更加严重的灾害和损失。1工程灾害地震灾害的危害地震灾害的危害工程结构破坏地表破坏次生灾害地裂缝，地面塌陷、下沉，喷水、冒砂，河岸、陆坡滑坡等地基失效，建筑下沉、倾斜墙体开裂，基础设施受损火灾，瘟疫，海啸，泥石流生命线工程中断，放射性物质泄漏1工程灾害地质灾害中国的主要地质灾害：滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降和地面沉陷地质灾害是指由于自然作用或人为活动作用，对人类生命财产安全造成损失、对生态环境造成破坏的地质作用或地质现象，如滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、地面塌陷、地裂缝、沙土液化、岩土膨胀、冻融、沙漠化、沼泽化、土地盐碱化以及火山爆发等地质灾害的产生，既受制于自然环境，又与人类活动有关，往往是自然环境与人类活动共同作用的结果。东部平原地面沉降、地裂缝灾害显著西南省区降雨多而集中，滑坡、崩塌、泥石流灾害频发华北、东北、西北诸省，土地荒漠化严重我国地质灾害的空间分布呈现东西分区、南北分带的特征：沿海诸省则受到海水入侵、海岸侵蚀的影响1工程灾害地质灾害滑坡斜坡上的岩体和土体，在重力的作用下，沿滑动面整体下滑的现象（某一滑移面上剪应力超过了该面的抗剪强度）常见的地质灾害崩塌高陡斜坡上的岩体、土体在重力作用下，突然地、急剧地脱离母体，并向下倾倒、翻滚、跳动、坠落的过程成因和形成条件泥石流带有大量泥沙、石块等固体物质的特殊洪流，具有流速快，破坏力强，面积、体积和流量都较大，预见性小的特点结构松散，抗剪强度和抗风化能力较低的岩、土坡度大于10度，小于45度，下陡中缓上陡、上部成环状的坡形各种节理、裂隙、层面、断层发育的斜坡地表水对斜坡坡脚的不断冲刷、浸泡人类工程活动，如开挖坡脚、坡体上部堆载、爆破、矿山开采等质地坚硬的各类岩浆岩、砂砾岩以及碳酸盐岩节理、裂缝面、岩层界面、断层等坡度大于45%的高陡斜坡、山嘴或凹形陡坡地震，火山爆发，冰雪融化，地表水冲刷，人类活动山高沟深，地形陡峻，沟床纵度大的狭窄沟谷地区地表岩石破碎、软弱、易于风化的松散地质构造暴雨或长时间连续降雨、高山冰雪融化或大面积水堤溃决等因素1工程灾害风灾害风灾是指由热带气旋、季风和龙卷风过境造成的灾害。其中，热带气旋是指发生在热带海洋上的大气旋涡。联合国气象组织按照热带气旋中心附近的平均风力，将其分为热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风或飓风四个分类标准。风灾的危害(1).对房屋的破坏在风的作用下，结构与风发生共振，导致结构发生毁灭性破坏结构在风荷载作用下发生一定程度变形，导致外饰结构脱落、破坏风作用下，高层建筑可能会发生较大的晃动和位移，导致使用者的不适(2).对生命线工程的破坏供电线路的电杆以及公交车站路牌等生命线基础设施容易被刮倒，造成交通拥堵，影响道路运输(3).对自然环境以及工农业生产的影响风灾的引起暴雨或持续性强降雨，造成洪灾和海啸，危及海防工程和水利工程等基础设施，淹没农田和房屋，造成农作物全年颗粒无收1工程灾害其他灾害（人为灾害）时间：2009年6月27日清晨人为灾害是指由于设计或管理失误、漠视工程安全生产，导致建筑物在建造或使用过程中出现的安全事故案例二事故概况：上海闵行区一栋在建的13层住宅楼整体倾倒，造成1名工人死亡事故主要原因：楼北在短期内堆土高达10米，南侧正在开挖4.6米深的地下车库基坑，两侧压力差导使土体产生水平位移，过大的水平力超过了桩基的抗侧能力，导致房屋倾倒案例一时间：2007年8月13日事故概况：湖南省凤凰县在建的沱江大桥发生整体垮塌事故，22人受伤，64人遇难事故主要原因：施工工期过紧，施工方私自变更了主拱圈砌筑程序施工中发现地质情况与原勘察资料对比变动较大，但没有进行补充勘探主拱圈施工质量差，砌筑材料规格不符合规范要求工程管理混乱，忽视施工质量管理1工程灾害多灾害作用受自然地理环境和人为因素的影响，我国不同区域内均分布着多种灾害类型，且灾害分布范围和危险性存在差异：西南地区位于多条地震带上，且地形、地质条件复杂多变，是地震、滑坡、泥石流多种灾害组合频发的区域西北地区地形条件复杂，且位于高纬度地区，地震、雪灾、崩塌等灾害同时发生的可能性较大华东地区台风、暴雨与洪水分布广泛，而且东南沿海一带地质运动较为活跃、地震频发，危险性较高东日本地震汶川地震台风“莫兰蒂”和“利马奇”飓风“卡特里娜”飓风“卡特里娜”带来的强风、风暴潮、巨浪、漂流物撞击、冲刷等灾害及其组合造成了上百座桥梁破坏倒塌东日本大地震引起的强震、海啸、漂流物撞击、火灾等灾害及其组合，造成了重大人员伤亡，引起的海啸，造成福岛核泄漏事故此次地震造成了四川省城镇居民住房倒塌1933万平方米、农村居民房屋倒塌635.06万间，直接经济损失8451.4亿元均引起了强风、暴雨、洪涝、滑坡、泥石流等灾害及其作用，造成重大人员伤亡，房屋倒塌无数，淹没农田数万亩2工程结构抗灾与加固地震灾害的防治结合50多年的地震防治工作，我国确定了“以预防为主、防御与救助相结合”的防震减灾工作方针，明确了地震监测预报、震灾预防、地震应急救灾和震灾后的重建4个环节的综合防震思路。地震监测和预报地震监测中心使用设备和计算技术，收集、分析和解释地震数据并根据数据和模型进行地震预报地震预警系统通过警报、手机应用程序等方式将预警信号发送给公众建立地震台网络，测量记录地震波的传播情况，实时监测地震活动，并将数据传到监测中心震灾预防满足建筑抗震设计规范的“三水准”抗震设防目标，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”抗震设计隔震：叠层橡胶隔震支座、滑动隔震支座、黏滞阻尼器、黏弹性阻尼器消能减震：调谐质量阻尼器（TMD）与调谐液体阻尼器（TLD）隔震与消能减震2工程结构抗灾与加固地震灾害的防治地震应急救灾救援与搜救：迅速组织救援队伍进入受灾区域展开救援行动组织伤员救治工作：设立临时医疗点，进行伤员紧急救治，同时提供药物等支持应急物资供应：政府机构应紧急派遣运输车、直升机等交通工具运载基本生活物资恢复通信网络与信息发布：尽快恢复通信网络，确保救援指挥部与救援队伍之间的信息交流震灾后重建评估和规划：进行全面的灾情评估和重建规划，确定重建优先级和需求，制定合理的重建方案和时间表建筑安全标准：采用更高标准的抗震设计，以确保新建筑物和基础设施的抗震性能基础设施、住房的重建或修复：修复受损的基础设施和生命线工程，如道路、桥梁、供水系统、电力网络和通信设施等2工程结构抗灾与加固地质灾害的防治（1）滑坡的防治降低边坡坡度：山体开挖，降低边坡的高度或角度，改善边坡的稳定性边坡人工加固：修建护坡或挡土墙；修建抗滑桩支护工程；在土体打入锚杆或锚索（2）崩塌的防治加强排水：设置排水沟渠等设施对水进行截流和疏浚遮挡拦截：建造混凝土挡土墙、石头填筑墙、钢筋网、阻拦沟等对崩塌物进行阻止和拦截镶补沟缝：用碎石、水泥砂浆等材料填充斜坡上的裂缝、接缝和空隙（3）泥石流的防治防护工程：护坡、挡墙、顺坝和丁坝等排导工程：导流堤、排导沟等拦挡工程：栏渣坝、储淤场、支挡工程、截洪工程等2工程结构抗灾与加固风灾害的防治风灾害防治措施

气象卫星实时确定台风位置、方向和速度，及时发布台风预警信号加强台风监测与预报建立防台风指挥决策系统，建立健全风灾害防灾减灾机制

建设防台风指挥系统种植防风林带，增加植被覆盖率植树造林运用风灾害数值模拟技术，为城市整体规划提供依据编制风灾影响规划通过被动、主动以及混合控制方法减小或抑制结构的动力反应安装控制装置合理的平面形状：采用圆形或椭圆形等设计建筑物布局改变建筑形态：采用上小下大的截锥状体，局部开洞、设置阳台合理的建筑形式工程防治非工程防治2工程结构抗灾与加固城市防灾减灾城市生命线工程是指为保障城市正常运行和居民生活所必需的基础设施系统，包括供水、供电、供气、通信、交通运输等关键设施。常见的城市生命线工程措施抗震设防备份与冗余应急响应和恢复能力灾害风险评估技术监测与预警系统采取抗震设防措施使用抗震建筑材料设计紧急应急通道建设备用发电站建设备用水源设置备用通信线路识别灾害风险区域加固易受灾设施改善抗洪排涝能力建立紧急调度中心培训应急救援人员制定应急预案计划建立技术监测系统监测灾害发生情况及时发出预警信息3本章小结对于自然灾害，可以依据灾害的作用机理和诱发因素，采用相对应的防治措施，力求做到具体情况、具体分析。同时，还可以采用多种防治方法相结合的措施，以综合治理的形式降低自然灾害给工程结构造成的损失。对于人为灾害，要提高设计人员水平以及施工质量监管，减少施工人员操作失误，从源头上降低人为灾害的发生。土木工程灾害可划分自然灾害和人为灾害两大类。自然灾害指的是自然界中的物质变化、运动造成的损伤，包括地震灾害、地质灾害、风灾、洪灾等；人为灾害是由于设计、施工、管理、使用失误等人为过错或某些丧失理性的失控行为给人类自身造成的损害，主要包括技术事故、行为过失、战争、恐怖袭击等。建立健全