九寨溝7.0級地震松潘至九寨溝震害特征及分析

鄢兆倫 彭小波 李曙光 洪海春

江蘇省地震局，南京市衛(wèi)崗3號 210014

0 引言

2017年8月8日21時19分，四川省阿壩州九寨溝縣（33.20°N，103.82°E）發(fā)生7.0級地震，震源深度20km。截至8月13日20時，地震造成25人死亡，525人受傷，73671間房屋不同程度受損①四川日報，2017，九寨溝地震致25死525傷，人員搜救工作基本結(jié)束。此次地震發(fā)生地區(qū)地處青藏高原東緣、巴彥喀拉地塊東北邊界，位于塔藏斷裂、岷江斷裂、虎牙斷裂交匯處②中國地震局地質(zhì)研究所，2017，對2017.8.8日四川九寨溝7.0級地震發(fā)震構(gòu)造的初步認識。陳運泰院士研究小組認為，此次地震的發(fā)震斷層相當于NW向的節(jié)面，主破裂尺度約30km，矩心深度約15km，主破裂持續(xù)時間約15s③中國地震局地球物理研究所，2017，用于核實九寨溝7.0級地震災(zāi)情的地震學結(jié)論。

中國地震局現(xiàn)場工作組在充分分析現(xiàn)場震害調(diào)查結(jié)果、遙感影像解譯、震源機制解及強震動觀測資料等的基礎(chǔ)上綜合研判，確定了此次地震的烈度分布圖。此次地震等震線長軸呈NNW向，最大烈度為Ⅸ度，位于漳扎鎮(zhèn)，面積139km2；Ⅵ度及以上區(qū)總面積18295km2④中國地震局官方網(wǎng)站，20170812，四川九寨溝7.0級地震烈度圖。

本文工作組沿國道G213、省道S301對松潘縣城至九寨溝縣的甘海子騎馬場等地進行了震害調(diào)查。由于G213國道及S301省道大致呈NNE向，與此次地震烈度長軸方向斜交，因此，本工作組的調(diào)查路線穿越了此次地震的各烈度區(qū)（圖1）。本文對此次地震松潘至九寨溝各個烈度區(qū)的震害特點及相關(guān)問題進行了分析和討論。

1 震害特征

1.1 Ⅵ度區(qū)

松潘縣城街道兩側(cè)建筑主要為 2～4層框架結(jié)構(gòu)（圖2），少數(shù)山邊建筑為磚木結(jié)構(gòu)（圖3）。據(jù)當?shù)匕傩辗从?，地震時震感強烈，掛在墻外側(cè)的廣告牌及路燈等設(shè)施晃動劇烈，磚木結(jié)構(gòu)房屋的門窗發(fā)出“嘎吱”的響聲，但未發(fā)現(xiàn)由地震造成的建筑及設(shè)施的損害。

位于松潘縣城鳳鳴橋街上的祥和惠民超市為3層框架結(jié)構(gòu)，第1層為大開間超市，第2、3層主要是臥室和儲物間（圖4、5）。據(jù)店主反映，地震時他們正在第2層休息，震感強烈，窗戶玻璃晃動劇烈，他們驚醒后跑到戶外。超市第1層貨架輕微晃動，但是貨物并未掉落，天花板和燈管晃動不明顯，懸掛著的燈籠擺動明顯，收銀臺上的貨物發(fā)生了較小的移位。該處居民反映的情況符合地震時建筑物反應(yīng)的基本特征，符合Ⅵ度區(qū)的震害現(xiàn)象。

距松潘縣城約3km的十里回族鄉(xiāng)主要建筑類型為磚木結(jié)構(gòu)，震害明顯。十里回族鄉(xiāng)人民政府的受災(zāi)情況報告顯示，整個鄉(xiāng)有209戶磚木房屋出現(xiàn)輕微裂縫，個別房屋有瓦片掉落，高屯子村小寨子下瑪房后（32.709°N，103.606°E）出現(xiàn)寬度約2cm地裂縫。

圖2 松潘縣縣城街道

圖3 松潘縣山腳邊磚木房屋

圖4 祥和惠民超市

圖5 祥和惠民超市貨架

圖6 火燒屯清真寺

圖7 火燒屯清真寺內(nèi)墻裂縫

十里回族鄉(xiāng)火燒屯清真寺為一層磚木結(jié)構(gòu)，面積約120m2。清真寺后面窗戶與上部木結(jié)構(gòu)相連接的墻體出現(xiàn)了約3mm的裂縫（圖6、7），北面墻體出現(xiàn)一條貫穿整個墻體的約2mm裂縫，輕微破壞。大溝村一戶2層磚木結(jié)構(gòu)（木柱與墻體基本無連接，墻柱共同承重）共出現(xiàn)了11條裂紋（包含1條地面地磚的裂縫），其中，3～4處裂縫貫穿墻體，由梁架往下延伸（圖8、9）。屋內(nèi)墻體涂料脫落，懸掛照片傾斜，桌椅輕微移動，達到中等破壞程度。此種結(jié)構(gòu)抗震性能較差，墻柱共同承重，但是柱子和墻體之間沒有連接，缺乏整體性，在地震作用下容易松垮。木質(zhì)屋頂與墻體之間也沒有連接，梁架砌筑在承重墻體中，依靠重力作用放置于墻柱之上，地震時易發(fā)生移位。

圖8 大溝村房屋內(nèi)裂縫

圖9 與圖8對應(yīng)的屋外裂縫

佑所屯清真寺，面積約420m2，第1層為用于聚會的大開間框架結(jié)構(gòu)（圖10），填充墻出現(xiàn)輕微裂紋。第2層以上為磚木結(jié)構(gòu)，一面以6根木柱（直徑約30cm，高6m）承重（圖11）。地震造成柱體的漆皮掉落，并發(fā)生同方向約2cm的移位（圖12）。柱體與屋蓋卯榫連接，這是一種具有較好減震耗能效果的連接方式（徐超等，2013），故基本完好。寺外面的脆性巖體欄桿出現(xiàn)約2cm的斷裂縫（圖13），可能是不同高度的地震動水平不一致造成的欄桿高低處位移差異而導(dǎo)致的欄桿脆性破裂。

圖10 佑所屯清真寺側(cè)后方

圖11 佑所屯清真寺正面

圖12 佑所屯清真寺立柱移位

圖13 佑所屯清真寺欄桿裂縫

川主寺鎮(zhèn)黑斯村有2戶磚木結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞。一戶墻體在2個窗戶相接處出現(xiàn)約3mm的裂縫（圖14）。此種類型的破壞一般是地震動引起的應(yīng)力集中作用于墻體薄弱環(huán)節(jié)造成的（李碧雄等，2009）。因此，在設(shè)計、施工中需要加強窗戶連接處等薄弱位置的強度。另一戶窗戶下緣至墻角處出現(xiàn)多條裂縫，并且部分裂縫灰土脫落（圖15）。該處破壞位于接近地面的窗戶下口，可能是開窗過大導(dǎo)致窗戶下部承重墻抗剪能力減弱引起的。

圖14 黑斯村2個窗戶間墻體裂縫

圖15 黑斯村窗臺下墻體裂縫

川主寺鎮(zhèn)山巴鄉(xiāng)山巴寺的一幢磚木結(jié)構(gòu)寺房，屋檐瓦片掉落（圖16），廊房屋頂 “梭瓦”（圖17），具有類似的“鞭梢效應(yīng)”。磚木結(jié)構(gòu)一般未經(jīng)過抗震設(shè)計，房屋延性弱，抗剪強度低，抗震性能較差（秦松濤等，2010），但是，該處建筑的連接處采用了扒釘加固，符合相關(guān)規(guī)程（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2008）。除掉瓦外，未發(fā)現(xiàn)其他震害現(xiàn)象。

川主寺鎮(zhèn)水晶鄉(xiāng)寒盼村多數(shù)房屋出現(xiàn)了裂縫。圖18為寒盼村一組53號磚木結(jié)構(gòu)房屋墻體連接處出現(xiàn)上下貫穿裂縫，表現(xiàn)形式為山墻與后墻的張性裂縫，主要是由于橫縱墻之間缺乏可靠的拉結(jié)（劉建達等，2012，鄭山鎖等，2016）。墻外窗戶角處出現(xiàn)的裂縫如圖19所示，同時，該戶院子1.5m高圍墻出現(xiàn)多處裂縫。

從松潘縣十里回族鄉(xiāng)至川主寺沿線震害明顯，符合Ⅵ度區(qū)的震害特征。而在松潘縣城附近，建筑物未見明顯的震害現(xiàn)象，松潘縣城多為“5·12”汶川地震后新建的框架結(jié)構(gòu)類型房屋，抗震性能優(yōu)良；少數(shù)山邊房屋為木結(jié)構(gòu)，地震時震感強烈，但無明顯的破壞。

圖16 山巴寺屋頂?shù)敉?/p>

圖17 山巴寺廊房梭瓦

圖18 寒盼村墻體連接處裂縫

圖19 寒盼村窗戶左下角墻體裂縫

1.2 Ⅶ度區(qū)

九寨溝縣干海子社區(qū)一組53號（32.872°N，103.650°E）為1層14間的磚木結(jié)構(gòu)房屋，是九寨溝公路管理分局的便民服務(wù)點。全部房屋均出現(xiàn)了不同程度的裂縫，其中，最大裂縫超過了1cm。多數(shù)房間的連接墻體出現(xiàn)了貫穿性破壞裂縫（圖20、21），同時，屋檐出現(xiàn)不同程度的掉瓦現(xiàn)象。該處房屋整體性也比較差，墻體與墻體之間沒有有效的連接。據(jù)居民李女士反映，地震時房屋晃動強烈，她從床上驚醒，屋內(nèi)的電視機晃動掉落，倚立在墻邊的木板傾倒，地震后房屋后面山體有落石滾落。距該處建筑約30m處的電信通訊信號塔基本未破壞，但地震造成信號塔供電中斷，工作停止。由強震記錄分析可知，加速度反應(yīng)譜在大于1s的中長周期部分只有幾個gal，甚至接近于0（王文才等，2017），中長周期的地震動強度弱是信號塔完好的主要原因。

圖20 干海子社區(qū)一組53號外墻垂直裂縫

圖21 干海子社區(qū)一組53號內(nèi)墻垂直裂縫

1.3 Ⅷ度區(qū)

南坪林場職工宿舍（33.224°N，103.740°E）為2層未經(jīng)抗震設(shè)計的磚砌體結(jié)構(gòu)，第1層出現(xiàn)大量的“X”形裂縫和局部的倒塌（圖22）。第1層在上部第2層的重力和水平向地震動的共同作用下，易出現(xiàn)“X”形裂縫，而第2層位于頂部，易出現(xiàn)“鞭梢效應(yīng)”類型的破壞。據(jù)職工楊先生介紹，地震時屋內(nèi)7人全部安全撤離，屋內(nèi)的電視機、櫥柜等傾倒掉落。距該建筑約20m的一層磚木結(jié)構(gòu)的小賣部出現(xiàn)垮塌（圖23），而在馬路對面的“5·12”汶川大地震后經(jīng)抗震設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)僅出現(xiàn)墻面掉漆現(xiàn)象?？梢?，經(jīng)過抗震設(shè)計的結(jié)構(gòu)類型可以大量減輕建筑物在地震中受到的損害（周正華等，2008a；韋鋒等，2009）。

圖22 南坪林場職工宿舍

圖23 南坪林場小賣部

巖質(zhì)滑坡點（33.106°N，103.710°E）寬約 40m，高約 24m，坡度約 47°（圖 24）。滑坡體沖積到河谷，沖毀路基，大量樹木傾倒，初步估計滑坡體量約20萬m3（圖25）。隨著震中距的減小，滑坡的數(shù)量與規(guī)模逐漸加大。四川地區(qū)屬于強震區(qū)，地震頻度大（陳國興等，2009），地形上高山峽谷，坡度大，在多次地震后巖體松動，易發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害（陳寧生等，2013）。

甲蕃古城（33.239°N，103.741°E）中建筑多數(shù)為框架結(jié)構(gòu)，多數(shù)填充墻破壞嚴重，局部非承重構(gòu)建倒塌，酒店外墻裝飾及玻璃幕墻局部脫落（圖26、27）。圖26顯示的填充墻砌塊大多為礫石，只有少量磚塊，它們之間膠結(jié)較差，易松散。同時，填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間沒有拉筋，與框架結(jié)構(gòu)缺乏整體性，破壞嚴重。

圖24 滑坡掩埋公路

圖25 大型滑坡

圖27 甲蕃古城酒店

1.4 Ⅸ度區(qū)

從漳扎鎮(zhèn)往九寨溝景區(qū)崩塌數(shù)量和規(guī)模逐漸加大，損害嚴重。落石砸壞汽車和轉(zhuǎn)經(jīng)筒（圖28、29）。圖29顯示的崩塌垂直落差近200m，水平距離5～40m不等，崩塌巖石寬度40～150cm不等。對于這樣大型的崩塌，建構(gòu)筑物應(yīng)避讓足夠的安全距離。

圖28 九寨溝漳扎鎮(zhèn)崩塌

圖29 九寨溝火花海巖石崩塌

漳扎鎮(zhèn)朗寨村（33.305°N，103.816°E）一處框架結(jié)構(gòu)房屋柱梁錯斷（圖30）。柱端混凝土剝落，主筋屈服外露，破壞嚴重，可能施工中鋼筋配置不足（呂偉榮等，2012）。圖31所示朗寨村磚木結(jié)構(gòu)房屋，第2層倒塌、毀壞。這種破壞現(xiàn)象與圖23顯示的南平林場小賣部破壞現(xiàn)象類似，邊側(cè)的墻體與整個建筑物的整體性較差，在地震作用下兩面墻體完全傾倒。

圖30 朗寨村框架柱端破壞（葉祖明組拍攝）

圖31 朗寨村磚木結(jié)構(gòu)房屋（葉祖明組拍攝）

漳扎鎮(zhèn)漳扎村3組一處單層磚木結(jié)構(gòu)，橫墻與縱墻之間沒有有效的連接（熊立紅等，2008），南側(cè)一面墻體整體傾倒，嚴重破壞（圖32）。由這種破壞形式可見，水平沿縱墻方向地震動較大。九寨溝售票大廳的磚混承重外墻出現(xiàn)典型的“X”形剪切裂縫，窗角應(yīng)力集中區(qū)域發(fā)生破壞，破壞嚴重（圖33）。以上的破壞以脆性破壞為主，這是由于建筑材料為磚石，具有很低的抗拉、抗剪和抗彎能力（周曉等，2013）。

從松潘至九寨溝建筑類型主要以磚木、磚混和框架結(jié)構(gòu)為主，僅有少量的土木結(jié)構(gòu)，越接近震中區(qū)，震害越顯著，符合一般震害規(guī)律。磚木、磚混建筑在類型上比較混亂，墻體、柱體等設(shè)置不合理，缺乏抗震設(shè)計，普遍整體性較差，在此次地震中損害較重。框架結(jié)構(gòu)填充墻與結(jié)構(gòu)之間普遍缺乏拉筋，與結(jié)構(gòu)整體性較差，地震中框架結(jié)構(gòu)損害主要是填充墻體倒塌，極少數(shù)框架結(jié)構(gòu)垮塌（九寨天堂酒店）。因此，建議在建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵節(jié)點如構(gòu)造柱的頂端、墻體的連接處如橫縱墻連接處及填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間設(shè)置加強筋，以提高結(jié)構(gòu)整體性；在窗角等應(yīng)力集中區(qū)域以及相鄰窗戶的墻體處提高材料強度?；潞捅浪饕性诰耪瘻暇皡^(qū)內(nèi)，數(shù)量較多，由于地形地貌特征，其呈現(xiàn)出高位、角度大、體量大、沖擊距離遠的特點。

沿省道S301進入九寨溝縣后，沿途偶見小型滑坡和崩塌，建筑物數(shù)量急劇減少，僅在Ⅶ度區(qū)發(fā)現(xiàn)干海子社區(qū)一組的幾幢建筑，同時，Ⅶ度區(qū)與Ⅷ度區(qū)（甲蕃古城）之間也幾乎沒有建筑物。這使得烈度評定工作增加了難度，工作組未能從建筑物震害方面確定Ⅶ度區(qū)與Ⅷ度區(qū)的分界點（線）。

圖32 漳扎村3組磚木結(jié)構(gòu)（毛利組拍攝）

圖33 九寨溝售票大廳（葉肇恒組拍攝）

2 震害指數(shù)計算

根據(jù)震害基本情況，選取部分典型的震害點，依據(jù)各級震害建筑的面積所占比例與其震害指數(shù)的乘積之和，得到平均震害指數(shù)（國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2012）（表1）。其中，框架結(jié)構(gòu)只計算平均震害指數(shù)，不參與該調(diào)查點的評定烈度。針對部分調(diào)查點框架結(jié)構(gòu)占建筑類型的絕大多數(shù)的情況，同時提高框架結(jié)構(gòu)的平均震害指數(shù)與磚混結(jié)構(gòu)的平均震害指數(shù)的可比性，使框架結(jié)構(gòu)震害指數(shù)的選取與磚混結(jié)構(gòu)一致，而破壞等級評定則較磚混結(jié)構(gòu)破壞等級的評定更嚴苛。

結(jié)果表明，各調(diào)查點的震害指數(shù)符合相應(yīng)烈度區(qū)的建筑物或地質(zhì)損害特點；框架結(jié)構(gòu)震害指數(shù)在Ⅵ度、Ⅷ度區(qū)、Ⅸ度區(qū)分別為0、0.21、0.29，具有隨烈度增加而劇烈加大，但增加幅度減小的特點。不參與烈度評定的框架結(jié)構(gòu)類型的震害指數(shù)普遍小于相同烈度區(qū)磚木、磚混結(jié)構(gòu)類型的震害指數(shù)，與廣泛認識的抗震性能相符，因此，建議將框架結(jié)構(gòu)類型添加到參與烈度評定的結(jié)構(gòu)類型中來。

表1 典型震害點平均震害指數(shù)

3 結(jié)論與討論

本文調(diào)查的震害特征與中國地震局發(fā)布的烈度圖相吻合。松潘縣城至九寨溝漳扎鎮(zhèn)，建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多種類型建筑并存。城鎮(zhèn)建筑抗震性能優(yōu)于農(nóng)村建筑，新改造區(qū)域的建筑抗震性能優(yōu)于未改造區(qū)域。例如，松潘縣羌寨村落——立殼村基本沒有震害，該處農(nóng)居內(nèi)部設(shè)立構(gòu)造柱和圈梁，外墻按照羌族的風格裝飾，這樣既保留了民族特色，也提高了農(nóng)居抗震性能。同時，該地區(qū)建筑的整體性普遍較差，大量磚木、磚混和框架結(jié)構(gòu)的主要承重部分與輔助承重部分或填充部分之間沒有有效的連接，常見非主要承重部分嚴重破壞。例如，山巴寺的木柱之間有簡易的扒釘連接，損害就輕很多，而沒有連接的墻體均出現(xiàn)不同程度的裂縫。建議相關(guān)部門繼續(xù)加強對建筑物抗震設(shè)防的管理，加大對抗震設(shè)計、施工的管理力度（非明倫等，2006），在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加強對建筑物整體性的要求。同時，針對嚴重的地質(zhì)災(zāi)害隱患成立專門的調(diào)查組，仔細排查地質(zhì)災(zāi)害隱患點并給出相關(guān)的治理意見。

由表1可見，本次現(xiàn)場震害調(diào)查中框架結(jié)構(gòu)數(shù)量較多?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的平均震害指數(shù)較磚木、磚混結(jié)構(gòu)的低，隨著烈度的增加，框架結(jié)構(gòu)的平均震害指數(shù)增加，但是增加的幅度逐漸減小。這主要是由于框架結(jié)構(gòu)抗震性能優(yōu)于磚混、磚木結(jié)構(gòu)。在Ⅵ、Ⅶ度區(qū)框架結(jié)構(gòu)可能基本完好，而磚混、磚木結(jié)構(gòu)可能輕微至中等破壞；在Ⅷ、Ⅸ烈度區(qū)框架結(jié)構(gòu)可能輕微破壞，而磚混、磚木結(jié)構(gòu)可能嚴重破壞甚至毀壞，如南平林場的磚木、磚混結(jié)構(gòu)破壞嚴重至倒塌，而框架結(jié)構(gòu)僅僅出現(xiàn)掉墻皮掉漆現(xiàn)象。對于多層建筑物，結(jié)構(gòu)類型應(yīng)首選框架結(jié)構(gòu)（郭婷婷等，2010）?！吨袊卣鹆叶缺怼罚▏屹|(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2009）規(guī)定，當采用質(zhì)量特別好或者特別差的建筑以及采用低于或高于Ⅶ度抗震設(shè)計的建筑物作為評定烈度的依據(jù)時，烈度評定的結(jié)果應(yīng)當做適當?shù)恼{(diào)整，但沒有提供具體的調(diào)整方法，為經(jīng)驗性的，這對于只有框架結(jié)構(gòu)的地區(qū)的烈度評定工作增加了難度。因此，建議增加用于評定地震烈度的建筑類型（現(xiàn)階段為3類），將現(xiàn)階段應(yīng)用廣泛的結(jié)構(gòu)類型，如框架結(jié)構(gòu)納入到評定烈度中來（周正華等，2008b），研究此類結(jié)構(gòu)的破壞等級與地震烈度間的定量關(guān)系。其次，建議相關(guān)單位建立建筑結(jié)構(gòu)類型、材料、年代等建筑屬性及與抗震設(shè)防情況相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，以便評定地震烈度時參考。

沿圖1的調(diào)查路線方向上，由于建筑數(shù)量少，工作組未發(fā)現(xiàn)此次地震的Ⅶ度區(qū)與Ⅵ度區(qū)的分界點（線）。如何在建筑物數(shù)量稀少地區(qū)評定地震烈度，值得探究?，F(xiàn)階段，在建筑物缺乏情況下評定烈度主要是依據(jù)地表的破壞現(xiàn)象，如地裂縫、崩塌、滑坡等。采用地表破壞程度評定地震烈度時應(yīng)充分考慮地表地質(zhì)體、地形地貌等的具體特征，該工作綜合性強，對調(diào)查人員的專業(yè)要求高，難度也較大。同時，在四川這樣植被覆蓋良好的地區(qū)，地表破壞明顯的地區(qū)烈度一般較高（如此次地震規(guī)模較大的滑坡、崩塌集中于Ⅸ度區(qū)），對于低烈度區(qū)的評定比較困難。因此，在建筑稀少地區(qū)調(diào)查震害，還應(yīng)參考地震動的特性，結(jié)合地震動模擬、Shake Map、震害預(yù)測等的相關(guān)研究，綜合確定烈度特征。

致謝：部分圖片和資料取自四川九寨溝7.0級地震中國地震局現(xiàn)場指揮部，衷心感謝四川省地震局周志華同志提供資料，感謝全體現(xiàn)場工作隊員的辛勤工作。