汶川地震中綿陽市和德陽市水壩震害特征分析

周新貴，王志華，劉 洋

(1.安徽建筑大學 建筑結構與地下工程安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230601；2.安徽建筑大學 建筑健康監(jiān)測及災害預防技術國家地方聯合工程實驗室，安徽 合肥 230601；3.南京工業(yè)大學 巖土工程研究所，江蘇 南京 210009)

汶川地震中綿陽市和德陽市水壩震害特征分析

周新貴1，2，王志華3，劉 洋1，2

(1.安徽建筑大學 建筑結構與地下工程安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230601；2.安徽建筑大學 建筑健康監(jiān)測及災害預防技術國家地方聯合工程實驗室，安徽 合肥 230601；3.南京工業(yè)大學 巖土工程研究所，江蘇 南京 210009)

通過實地調查收集綿陽市和德陽市147座汶川地震震損水庫土壩及相關資料，分析得出汶川地震影響下水庫土壩典型震害現象特征，包括水庫壩項中部及壩軸線兩側縱向裂縫、壩體縱橫向裂縫、防浪墻倒塌、壩坡局部滑裂、水庫泄水構筑物震損、壩坡擋土墻倒塌、上游坡護坡下滑等；并對大壩裂縫、水庫滲漏、壩坡滑塌等典型震害成因進行了分析與討論，所得成果為進一步認識土壩抗震性能，完善土壩抗震設計方法提供參考。

土壩；汶川地震；震害調查；影響因素

2008年5月12日14時28分4.1秒，四川省汶川縣映秀鎮(zhèn)發(fā)生了Ms8.0級地震,汶川地震人員傷亡慘重，災區(qū)總面積約50萬平方公里，受災人口4 625萬多人，其中四川省災區(qū)面積達28萬平方公里，受災人口2 983萬人。汶川地震導致大壩水庫遭遇非常嚴重的損害和巨大的經濟損失，因此，土石壩研究工作的迫切性和重要性就顯得越來越為突出。

“5·12”地震后，眾多專家、學者對水庫土壩震害情況進行了相關調查與研究[1-6],本文以汶川地震震損的土壩為研究對象，對土壩震害現象及影響因素進行了總結與分析，為以后水庫土壩抗震設計提供參考。

1 水壩震害調查

汶川大地震造成了我國8省、直轄市以土石壩為主的大量水庫大壩出現震損，且主要位于四川境內。本文選擇了德陽市中江縣水庫19座(處于地震烈度6～7度)，綿陽市游仙區(qū)水庫44座(處于地震烈度7～8度)，綿陽市梓潼縣水庫48座(處于地震烈度7～8度)，德陽市羅江縣水庫19座(處于地震烈度6～7度)，綿竹市水庫17座(處于地震烈度9～11度)共計147座震損進行了統計分析。表1為水庫土壩庫容分級標準，表2為研究區(qū)域高危以上險情震損水庫類型統計表。

表1 水庫土壩庫容分級標準

表2 高危以上險情震損水庫類型統計

由表2可以看出，所調查的震損水庫中，小(二)型水庫所占數量最多，達109座，小(一)型水庫33座，中型水庫5座；震損水庫按受損程度分為潰壩險情、高危險情和次高危險情三類[7]。表3為水庫震損率統計表，小(二)型水庫在潰壩及高危險情中所占震損率均大于小(一)型水庫。

2 震害特征分析

從震損水庫的統計結果可知，震害類型主要有：大壩裂縫、水庫滲漏、壩坡滑塌。按裂縫走向與分布位置[8]，可分縱向裂縫、橫向裂縫、水平裂縫3大類。水庫的震損滲漏分以下兩種情況：地震前無滲漏情況，地震后水庫出現滲漏；地震前有滲漏情況，地震后滲漏現象加劇、漏水量加大。壩體滑坡大部分發(fā)生于壩體的上游坡，其主要表現是上游坡腳下滑或邊坡下滑。震損水庫的震害類型及分析如圖1和表4所示。

表3 水庫震損率統計

從圖2可以看出，大壩裂縫是水庫土壩主要震害，98%以上震損水庫均有裂縫；其次為大壩滲漏，占比為76.19%；其他設施震損嚴重，71.42%的震損水庫設施均有破壞；且大多數水庫土壩同時伴有多種震害。

圖1 震損水庫險情概況

震害類型 裂縫 滑坡 壩頂裂縫上游坡裂縫下游坡裂縫壩肩裂縫上游坡滑坡下游坡滑坡滲漏其他放水設施、溢洪道、管理房震損數量(座)145373917497112105比例98．63%25．17%26．53%11．56%33．33%4．76%76．19%71．42%

從表4可以看出，水庫土壩震害類型中的大壩裂縫主要發(fā)生在壩頂，且縱縫為多數；在地震的作用下，壩體在上游與下游方向產生拉應力，因土壩抵抗不了此種拉應力，故產生沿壩軸方向的裂縫，稱之為縱向裂縫；滑坡主要發(fā)生在上游坡，由于上游坡受庫水長期浸泡，土體已飽和，孔隙水壓力在地震時激增所致，滑坡的規(guī)模還與坡比、壩體填筑質量等因素密切相關。

3 震害原因分析

3.1 裂縫及原因分析

幾乎所有的高危以上險情水庫土壩上都能找到由于地震作用所產生的裂縫，且以縱縫居多，橫縫次之，縱縫表現在壩頂中部、與剛性結構相接觸部位，有的裂縫長達100多m，寬達2 mm～15 mm；橫縫大多出現在兩岸壩肩[9]，少量在壩體中部?？v向裂縫的嚴重程度與壩址區(qū)的地震烈度、壩體厚度、震動方向、大壩自震頻率、壩體材料特性等因素均有關系。由于大壩的軸向尺度大于上下游方向，并且有大壩兩岸壩肩的約束，因此縱縫寬度一般大于橫縫。圖2為典型水庫裂縫情況。

圖2 典型水庫土壩壩體裂縫

3.2 滲漏及原因分析

滲漏是震損水庫的主要震害之一，滲漏大多表現為壩肩漏水或壩基，情況嚴重的同時出現多種情況滲漏。產生滲漏原因有多種[9]，本研究區(qū)域產生滲漏主要可能有以下兩個方面1、由于地震震動作用，引起大壩壩體滑坡和裂縫等從而使大壩產生滲漏現象；2、在大壩底部未設截水槽或是設置的截水槽深度不夠等防滲措施不足。圖3為典型水庫滲漏情況。

圖3 典型水庫土壩滲漏

3.3 滑坡及原因分析

水庫土壩上游坡滑坡比例較高。地震引起滑坡的原因主要有以下兩個[9]：1、當大壩壩體向下游加速運動時，水對坡面的壓力轉化為吸力。從而壩體內的水會對土體施加向上游的力，故引起上游坡滑坡；2、當大壩向下加速運動時，土體受到向下的體積力增加，故而使坡面向下的滑力增加從而引起滑坡。圖4為典型水庫滑坡情況。

圖4 典型水庫滑坡

4 結論

通過對土壩現場震害進行統計分析，得到以下主要結論：

(1)小(二)型水庫的地震穩(wěn)定性較小(一)型水庫更差，今后應重視小(二)型水庫的抗震設計，增強此類水庫的抗震措施，加強震后除險加固措施。

(2)庫損毀數量多、范圍廣，水庫震損險情重、種類多，包括：大壩裂縫、壩體滲漏、壩坡滑坡、主壩迎水面混凝土面板出現縱橫裂縫、溢洪道閘震裂等。

(3)所有調查水庫均同時出現不同程度的壩體縱、橫向裂縫[10]，護坡局部脫落，局部壩坡滑裂等現象。且壩頂裂縫多數為縱向裂縫，大部分縱向裂縫位于壩頂中部及壩軸線兩側。另外調查分析發(fā)現，涵管震后漏水加劇、溢洪洞砌石震松和崩落、上游坡護坡下滑、壩坡擋土墻倒塌、防浪墻倒塌等震害現象均有發(fā)生。

(4)由于很多病險原來就已存在[10]，地震作用產生的震害只是加重了病險的危害。大多數水庫震前已屬病險水庫，且多年管理不善，多數水庫滲漏問題震前已存在，這些情況都會加劇地震給水庫帶來的破壞。

(5)土石壩地震穩(wěn)定性不足或喪失，導致水庫土壩出現嚴重震損現象，因此應深入開展土石壩的破壞機制研究，為完善土壩抗震設計方法提供參考。

[1]景立平，陳國興，李永強，等.汶川8.0級地震水壩震害調查[J].地震工程與工程振動，2009(1)：14-23.

[2]陳國興，景立平，王志華，等.汶川地震中綿陽市梓潼縣水庫土壩震害調查與分析[J].地震工程與工程振動，2009(5)：102-111.

[3]陳國興，景立平，周新貴，等.汶川8.0級地震后中江縣水庫震害調查與分析[J].災害學，2009(3)：69-74.

[4]陳國興，景立平，湯皓，等.汶川地震中綿竹市水庫土壩震損調查與分析[J].南京工業(yè)大學學報，2009(1)：15-23.

[5]周新貴，王志華，陳國興.汶川地震震損水庫土壩動力反應與幾何壩形的經驗關系[J].防災減災工程學報，2010(5)：580-586.

[6]葉亞三，陳國興，王志華.汶川大地震中土壩破壞程度與壩體幾何形狀的關系分析[J].地震工程與工程振動，2012(1)：146-153.

[7]梁海安，景立平，李永強，等.汶川地震潰壩險情土石壩烈度分布及震害特征[J].巖土工程學報，2012(7)：1323-1328.

[8]李茂華，朱愛林.水庫震害險情與震損特點分析[J].人民長江，2008(22)：19-21.

[9]張國新.大壩震害成因及處理措施[J].中國水利，2008(11)：18-19.

[10]陳國興，景立平，周新貴，等.汶川8.0級地震后綿陽市游仙區(qū)水庫震害調查與分析[J].防災減災工程學報，2009(3)：347-355.

Analysison Seismic Damage Features of Reservoir Earth Damsin Mianyang and Deyang for Wenchuan Earthquake

ZHOU Xingui1, WANG Zhihua2, LIU Yang1

(1.AnhuiProvincialKeyLaboratoryofBuildingStructureandUndergroundEngineering,NationalJointEngineeringLaboratoryofBuildingHealthMonitoringandDisasterPreventionTechnology,AnhuiJianzhuUniversity,Hefei230022,China;2.InstituteofGeotechnicalEngineering,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China)

In the paper, the damage characteristics of 147 reservoir dams in Mianyang and Deyang were analyzed. It sum up that the typical phenomena of the seismic damage of the dams include: the longitudinal cracks in the middle of the dam top and on the two sides of the dam axis, the longitudinal and transversal cracks in the dam body, and the local slips on the dam slope etc. It has been discovered, as well, that some sluice works were damaged, several wave resisting walls were collapsed, a few upstream slope protection works were slid downwards, and a number of retaining walls on the dam slope were destroyed etc. The causes of main phenomenon include cracks, leaks, landslides etc on damaged reservoirs are analyzed. The results could give references for the seismic design of dams in the future．

earth dam; Wenchuan earthquake; damage investigation; influence factor

2017-03-30

安徽建筑大學青年專項(2016XQZ09)經費資助。

周新貴(1984-)，女，安徽合肥人，博士研究生，研究方向：巖土地震工程。

P316.2

A

1009-9735(2017)02-0091-03