2011年8月11日新疆阿圖什—伽師5.8級地震災(zāi)害特點(diǎn)*

唐麗華，孫 靜，吳國棟，王 偉，宋立軍，張 勇

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆烏魯木齊830011)

0 前言

2011年8月11日18時(shí)06分在新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿圖什市、喀什地區(qū)的伽師縣交界處發(fā)生5.8級地震，震源深度約8 km，喀什市、疏勒縣、英吉沙縣、伽師縣均有強(qiáng)烈震感。地震造成21人受傷，其中重傷3人。此次地震中房屋建筑和工程設(shè)施破壞現(xiàn)象眾多，特別是木板夾芯墻結(jié)構(gòu)的抗震安居房屋首次出現(xiàn)了顯著破壞;此外，南疆鐵路西克爾路段首次出現(xiàn)了鐵軌變形、橋梁移位等破壞現(xiàn)象。因此，分析研究此次地震的破壞現(xiàn)象及特點(diǎn)對今后的防震減災(zāi)具有重要借鑒意義。

1 等震線及強(qiáng)震動記錄

1.1 等震線分布

此次地震微觀震中坐標(biāo)(39°48'53.1″N，77°22'03″E)，宏觀震中位于伽師縣的西克爾鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府附近，極震區(qū)的烈度為Ⅶ度。Ⅶ度區(qū)包括臥里托格拉克鄉(xiāng)的托格熱克里克村、托庫勒村及喀塔墩村及古勒魯克鄉(xiāng)的東部及玉代克力克鄉(xiāng)的西部，該烈度區(qū)長半軸22 km，短半軸9 km，面積約6 620 km2，等震線長軸呈北西西向。Ⅵ度區(qū)西自古勒魯克鄉(xiāng)的古勒魯克村，東至玉代克力克鄉(xiāng)政府，南至臥里托格拉克鄉(xiāng)的龍口村，北到哈拉峻的南部，該烈度區(qū)長半軸40 km，短半軸20 km，面積約2 070 km2(圖1)。

1.2 強(qiáng)震動資料

此次地震發(fā)生在新疆強(qiáng)震臺數(shù)量相對較多的地區(qū)，因此，震中周圍不少臺站均記錄到這次地震的地面運(yùn)動(表1)。從表1可以看出，記錄到的最大速度為173 Gal(臥里托格拉克臺、南北向)，且距離較近的臺站均表現(xiàn)為南北向的加速度值大于東西向，這與此次地震災(zāi)害的分布一致性較好。尤其是在極震區(qū)的西克爾鎮(zhèn)，許多房屋都是東西走向的墻體倒塌。從表1可知，這些臺站的場地類別均為Ⅲ類，峰值加速度比新疆同震級地震的大，這也是此次地震災(zāi)害比較嚴(yán)重的一個(gè)原因。從強(qiáng)震動記錄來看，阿圖什境內(nèi)的格達(dá)良鄉(xiāng)加速度值遠(yuǎn)小于震中距基本相同的伽師總場的記錄值，實(shí)際震害也表現(xiàn)為北面的喀什喀爾套山地區(qū)災(zāi)害輕，南部的沖洪積平原區(qū)災(zāi)害嚴(yán)重。

表1 新疆阿圖什—伽師交界5.8級地震強(qiáng)震動記錄結(jié)果Tab.1 Strong motion records of Atushi-Jiashi MS5.8 earthquake

圖1 2011年8月11日新疆阿圖什—伽師交界5.8級地震等震線圖Fig.1 Isoseismic map of Atushi-Jiashi MS5.8 earthquake on Aug.11，2011

2 震害現(xiàn)象綜述

這次地震雖然震級不大，但造成的破壞是新疆歷次5級地震中最為嚴(yán)重的一次。除了在以往地震中普遍可見的農(nóng)村民居的破壞外，首次出現(xiàn)了抗震安居房、生命線系統(tǒng)的破壞，特別是鐵路系統(tǒng)出現(xiàn)了不同程度的破壞。

2.1 房屋建筑破壞現(xiàn)象

本次地震災(zāi)區(qū)建筑物的結(jié)構(gòu)類型主要可分為土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)以及抗震安居工程建設(shè)的木板夾芯房(王堅(jiān)，袁高，1999;尹力峰，唐麗華，2003;唐麗華，尹力峰，2003a，b;陳建波等，2009)。近幾年新建的磚混結(jié)構(gòu)房屋總體表現(xiàn)出良好的抗震性能，因此重點(diǎn)介紹其它幾種結(jié)構(gòu)類型房屋的震害特點(diǎn)。

土木結(jié)構(gòu)房屋多分布在農(nóng)區(qū)且年久失修，絕對數(shù)量仍然較大，建筑材料強(qiáng)度低、抗震結(jié)構(gòu)形式不合理，再加上施工質(zhì)量和場地條件的影響，破壞率較高，在Ⅵ度區(qū)出現(xiàn)顯著破壞，極震區(qū)的西克爾庫勒鎮(zhèn)上土木結(jié)構(gòu)房屋幾乎全部嚴(yán)重破壞或毀壞(圖2a、b)。

磚木結(jié)構(gòu)房屋主要分布在鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府及伽師總場，磚墻承重木屋蓋體系，許多為農(nóng)民自建房，這部分磚木結(jié)構(gòu)房屋普遍層高較高，大部分在3.3～3.7 m，開間較大，縱橫墻體間無拉接、泥沙砌筑、砌筑質(zhì)量較差。伽師總場、縣磷肥廠等地統(tǒng)一建造的磚木結(jié)構(gòu)房屋，雖然有的建于20世紀(jì)90年代，但抗震性能明顯好于農(nóng)民自建的磚木結(jié)構(gòu)房屋。此次地震中極震區(qū)西克爾庫勒鎮(zhèn)的磚木結(jié)構(gòu)房屋破壞數(shù)量大、程度嚴(yán)重。許多房屋出現(xiàn)了整體坍塌、墻體垮塌、墻體外閃、縱橫墻體交接處產(chǎn)生鋸齒形裂縫、橫墻出現(xiàn)明顯剪切裂縫等顯著的破壞現(xiàn)象(圖2c、d)。

2003年巴楚—伽師6.8級地震后，新疆在農(nóng)牧區(qū)實(shí)施了大規(guī)模的抗震安居工程，極大地改善了農(nóng)居的抗震性能?？拐鸢簿庸こ淘?005年以后發(fā)生的破壞性地震中沒有出現(xiàn)破壞情況，為減輕地震災(zāi)害發(fā)揮了巨大作用。

新疆抗震安居工程的房屋結(jié)構(gòu)形式多樣，總體以磚木為主。此外，根據(jù)地區(qū)特點(diǎn)，還有部分木板夾芯墻結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、石木結(jié)構(gòu)、石膏—土柸墻結(jié)構(gòu)等(周鐵鋼等，2008)。

此次地震災(zāi)區(qū)中，抗震安居房屋結(jié)構(gòu)類型普遍為木板夾芯墻結(jié)構(gòu)，且基本在2008年前建造。木板夾芯墻結(jié)構(gòu)房屋是在2003年巴楚—伽師6.8級地震后得到災(zāi)區(qū)百姓普遍認(rèn)可的結(jié)構(gòu)類型。該結(jié)構(gòu)以木框架為承重體系，圍護(hù)墻體為兩層木板夾土坯構(gòu)成。該類結(jié)構(gòu)施工簡單、抗震能力較強(qiáng)、造價(jià)相對較低，適合南疆干旱少雨的氣候特點(diǎn)，因此在南疆的貧困地區(qū)建造了相當(dāng)數(shù)量的木板夾芯結(jié)構(gòu)抗震安居房，但總體來說這類房屋屬于簡易房屋，在近幾年建造數(shù)量已明顯減少。在此次地震中，木板夾芯結(jié)構(gòu)的抗震性能總體表現(xiàn)良好，破壞的數(shù)量很少。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)共有4幢房屋出現(xiàn)了不同程度的破壞，最為嚴(yán)重的是位于西克爾庫勒鎮(zhèn)的衛(wèi)生院，墻體出現(xiàn)明顯的剪切型裂縫。經(jīng)過調(diào)查，該房屋木框架朽蝕嚴(yán)重，并且有蟲蛀現(xiàn)象(圖2e、f)。這是實(shí)施抗震安居工程以來首次在地震中發(fā)現(xiàn)抗震安居工程破壞情況。

圖2 房屋建筑破壞現(xiàn)象(a)西克爾庫勒鎮(zhèn)土木結(jié)構(gòu)房屋倒塌;(b)臥里托格拉克鄉(xiāng)土木結(jié)構(gòu)房屋倒塌;(c)西克爾庫勒鎮(zhèn)磚木結(jié)構(gòu)房屋墻體剪切裂縫;(d)西克爾庫勒鎮(zhèn)磚木結(jié)構(gòu)房屋外墻傾倒;(e)西克爾庫勒鎮(zhèn)木板夾芯房橫墻出現(xiàn)裂縫、木框架朽蝕嚴(yán)重;(f)臥里托格拉克鄉(xiāng)木板夾芯房墻體中等破壞Fig.2 Destruction of building construction(a)adobe buildings collapsed in West Kerr Cooley County;(b)adobe buildings collapsed in Wolituo County;(c)shear fracture of wall in brick buildings in West Kerr Cooley County;(d)exterior walls of the brick house toppled down in West Kerr Cooley County;(e)transverse walls cracked and timber frame rotted seriously in West Kerr Cooley County;(f)walls of timber frame in medium damage in Wolituo County

2.2 生命線系統(tǒng)的破壞

此次地震災(zāi)區(qū)的生命線工程破壞主要包括水庫、公路及鐵路。生命線系統(tǒng)的破壞現(xiàn)象主要集中在極震區(qū)——西克爾庫勒鎮(zhèn)。

2.2.1 南疆鐵路破壞情況

南疆鐵路是貫通新疆南部的主要鐵路干線，從吐魯番至喀什，全長約1 450 km。此次地震造成南疆鐵路停運(yùn)約23 h。這是新疆地震史上第一次出現(xiàn)鐵路系統(tǒng)的破壞現(xiàn)象。

鐵路系統(tǒng)破壞均發(fā)生在Ⅶ度區(qū)，主要分布在西克爾庫勒鎮(zhèn)境內(nèi)，繼續(xù)長度約25 km。地震共造成12座橋梁梁體出現(xiàn)3～100 mm的橫向位移和10～20 mm的縱向位移，個(gè)別橋面拱起200 mm，出現(xiàn)支座剪切變形。線路幾何尺寸嚴(yán)重超限，有8段水平位移最大30 mm，線路下沉最大50 cm。此外，地震還造成西克爾站天橋有明顯裂縫、信號機(jī)水泥基座有明顯裂縫、鐵路鋼軌明顯彎曲(圖3)。2.2.2 西克爾水庫破壞情況

西克爾水庫位于西克爾庫勒鎮(zhèn)境內(nèi)，屬大型攔河式均質(zhì)土壩，建成于1959年，為病險(xiǎn)水庫，水庫總庫容10 041萬立方米，死庫容1450萬立方米，目前基本均屬于死庫狀態(tài)。2006年對該水庫進(jìn)行了除險(xiǎn)加固(庫爾班·阿西木，2003)。但這次地震又造成主壩、副壩、水工建筑物、辦公區(qū)及生活區(qū)房屋等出現(xiàn)破壞。震后主壩出現(xiàn)縱向裂縫，寬度4 cm，縱深達(dá)到1.5～2 m。副壩壩后嚴(yán)重滲水，放水涵洞壩后出現(xiàn)大量滲水，小放水閘、閘前漿砌石扭面嚴(yán)重變形，從閘后部分連接處塌陷，閘槽部分也同時(shí)出現(xiàn)變形情況。主壩放水涵洞與出口砼八字墻連接處出現(xiàn)整體分離，與土渠連接的鉛絲籠塊石護(hù)坡整體塌陷，泄洪閘前八字墻鉛絲籠塌落，閘后砼部分扭曲變形，閘槽和鋼閘門嚴(yán)重變形，涵洞連接處伸縮縫5處出現(xiàn)冒渾水現(xiàn)象，閘后消力池出現(xiàn)多處裂縫，砼渠底也嚴(yán)重變形，且有破碎現(xiàn)象，漿砌石扭面兩岸沉陷變形。與以往震害相對比，震害現(xiàn)象基本相同，但水庫經(jīng)過加固后震害程度較輕。

圖3 生命線系統(tǒng)破壞情況(a)鐵路橋梁涵洞護(hù)坡垮塌;(b)南疆鐵路西克爾庫勒路段內(nèi)鐵軌有輕微變形Fig.3 Destruction of lifeline system(a)revetments of the railway culvert slid down;(b)rails of Xikeer section deformed slightly in South Xinjiang Railway

2.2.3 G314的破壞情況

地震造成阿圖什公路管理局管養(yǎng)的G314線K1317—K1320段路基出現(xiàn)2 km的裂縫，最大縫寬達(dá)3～5 cm，深度50 cm以上;受地震影響的G314線K1318+400處，出現(xiàn)高30 cm、寬6 m的隆起。沿線部分土質(zhì)截水壩裂縫嚴(yán)重。地震還造成位于西克爾道班內(nèi)部分建筑物裂縫。

3 震害原因分析

新疆阿圖什—伽師5.8級地震造成的震害嚴(yán)重，特別是有21人受傷，這是在新疆近年來的破壞性地震中首次有受傷人員。西克爾庫勒鎮(zhèn)內(nèi)的土木結(jié)構(gòu)房屋基本毀壞，居民自建磚木結(jié)構(gòu)房屋嚴(yán)重破壞或毀壞的達(dá)到63%。生命線系統(tǒng)出現(xiàn)了不同程度的破壞，這在新疆歷次5級地震中也比較少見。除了極震區(qū)的房屋結(jié)構(gòu)本身的抗震性能較差這個(gè)共性原因外，還存在以下4點(diǎn)重要原因:

(1)此次地震的宏觀震中位于人口相對集中的西克爾庫勒鎮(zhèn)，極震區(qū)烈度達(dá)到Ⅶ度強(qiáng)，接近于該鎮(zhèn)的基本烈度Ⅷ度(GB18306—2001)，因此，造成了極震區(qū)房屋出現(xiàn)了大量的破壞。

(2)此次地震前一天，在災(zāi)區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)對流天氣(冰雹和雷陣雨)，持續(xù)近2個(gè)小時(shí)。極震區(qū)的民房基本為木屋蓋上覆草泥，強(qiáng)降雨造成房屋屋蓋增重、墻體強(qiáng)度降低，震害加重。

(3)震區(qū)近兩年先后發(fā)生兩次大的洪水，均從西克爾庫勒鎮(zhèn)北面的山區(qū)向南面的居民聚焦區(qū)沖刷。在實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)西克爾庫勒鎮(zhèn)民居普遍用泥漿或含泥量較高的砂漿砌筑，洪水沖刷降低了房屋的整體性及墻體的強(qiáng)度。

(4)西克爾庫勒鎮(zhèn)位于山前洪積平原，地基土層以飽和松散砂、亞砂土和亞黏土軟弱土層為主，地下水位高，平均1～3 m，局部地帶地下水以沼澤濕地或沼澤直接出露地表，地表土層鹽漬化程度高，強(qiáng)震動臺基的勘測報(bào)告也顯示該鎮(zhèn)的場地條件為3類(GB18306—2001)，場地對地震動的放大作用也是造成此次地震災(zāi)害嚴(yán)重的一個(gè)重要原因。

4 結(jié)論與討論

通過對此次地震破壞現(xiàn)象的調(diào)查、震害原因的分析，有以下幾個(gè)問題值得關(guān)注:

(1)在抗震安居工程(或富民安居工程)的實(shí)施工程中，對房屋結(jié)構(gòu)的選型要特別慎重。木板夾芯墻結(jié)構(gòu)房屋作為2003年巴楚—伽師地震中經(jīng)過檢驗(yàn)的結(jié)構(gòu)類型，由于造價(jià)相對較低，對施工技術(shù)要求不高，易被當(dāng)?shù)乩习傩战邮埽谀辖珊瞪儆昵医?jīng)濟(jì)發(fā)展落后的地區(qū)建有相當(dāng)規(guī)模。但經(jīng)歷此次地震，雖然該類結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能較好(地震中僅有個(gè)別出現(xiàn)了破壞)，但在耐久性方面存在明顯的不足。此次地震中出現(xiàn)破壞的木板加芯墻(包括兩幢公共建筑)使用期均在7～8年。通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，房屋的木框架出現(xiàn)了蟲蛀、腐朽等現(xiàn)象，再加上近兩年洪水頻發(fā)，降低了其抗震性能?？紤]到該類房屋依然屬于簡易房屋，建議在今后的抗震安居(或富民安居)工程中不再建造這類結(jié)構(gòu)的房屋，尤其是學(xué)校、醫(yī)院等公共用房不應(yīng)再采用木板夾芯墻結(jié)構(gòu)。

(2)雖然在新疆歷次地震中生命線工程出現(xiàn)破壞的現(xiàn)象不是很多，特別是鐵路系統(tǒng)，但此次地震的震害說明，地震也可能對經(jīng)過正規(guī)設(shè)計(jì)與施工的鐵路系統(tǒng)產(chǎn)生一定程度的破壞。此次地震中鐵路鋼軌出現(xiàn)變形，可能與場地條件有關(guān)，這有待今后進(jìn)一步的研究。但震害提示今后在生命線工程的設(shè)計(jì)與施工中特別注意鹽漬土地區(qū)、厚覆蓋層場地對線路的影響。

(3)不同類型災(zāi)害的疊加也是今后需要關(guān)注的問題。雖然地震是小概率事件，與其它自然災(zāi)害在同一時(shí)間發(fā)生的概率很低，但我們需要作好同時(shí)應(yīng)對多種自然災(zāi)害的應(yīng)急、救災(zāi)準(zhǔn)備。同時(shí)在規(guī)劃村鎮(zhèn)選址時(shí)，注意避開各種不利地段。

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