土石坝震害与抗震安全

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1、土石坝震害与抗震安全-水利治理土石坝震害与抗震安全-水利治理【摘要】土石坝指的是由石料、土料、混合料等经过碾压抛填等方法筑成的水坝，对于水能资源的利用具有重要意义，但我国的水能资源主要集中在西部强震区，土石坝面临随时可能发生的地震灾害威胁，因此，为防止出现灾难性后果，做好土石坝抗震安全工作非常重要。本文分析了土石坝震害的主要类型，介绍了相关案例，此外也对如何增强土石坝的抗震性进行了探讨，包括合理选址、控制施工质量、按照标准施工等。【关键词】土石坝;震害;类型;抗震措施　　1.前言　　土石坝指由石料、土料、混合料等经过碾压抛填等方法筑成的水坝，是历史最悠久的坝

2、型，以砂砾和土为坝体主材料时叫做土坝，以卵石、爆破石料、石渣为主材料时叫做石坝，两种材料各占较大比例时，叫做土石混合坝。自从上世纪五十年代后，近代土石坝技术获得了快速发现，也催生出了一大批高坝建设项目。与其他类型的建筑一样，土石坝也会面临各种各样的地质灾害，由于地理位置的缘故，地震就是土石坝十分常见的灾害类型，若遭遇较大震害，容易导致溃坝等严重后果。　　2.土石坝震害分析　　2.1土石坝震害主要形式。土石坝在地震中比较容易出现问题，尤其是一些早期的小坝，震害主要形式包括裂缝、滑坡及渗漏三种。地震变形是土石坝的震害基础，当土石坝不均匀变形明显的时候会导致裂缝现

3、象，裂缝灾害十分常见，可分横向及纵向两类，纵缝不断发展可能导致坝坡出现失稳滑动，是谓滑坡。如果防渗体开裂则会导致渗漏。另外，土石坝的震害类型也取决于坝型差异，心墙坝和面板坝的震害倾向存在一定差异。心墙坝主要有裂缝、滑坡、变形、渗漏现象，面板坝则会出现震陷、结构性丧失、坝坡史料坍塌、面板脱空、止水破坏等，以震陷来说，指的是坝体朝内收缩，颗粒性破碎剪缩，再如止水破坏，则是面板相对运动使伸缩缝出现拉伸、挤压、错动所导致。　　2.2土石坝震害实例。我国发生于2008年的汶川5・12大地震是至今仍让人难以释怀，在我们缅怀逝者的同时，也不能忽视地震暴露出来的一些客观问题

4、。据统计，汶川地震共造成全国2380座水库出险，其中四川水库1803座，溃坝险情69座，高危与次高危分别达到310座、1424座，而且百分之九十六属于不到五百万方的小工程，溃坝风险的土石坝多数为均质土坝[1]。其中紫坪铺震害十分典型。它的位置离震中只有十七公里，大坝属于钢筋混凝土所制的面板坝，最大坝高为一百五十八米，库容为十一点一二亿立方米。大坝震害表现为：坝体变形、落陷、开裂、部分护坡松动、护栏倒塌、部分面板脱空、竖缝压碎隆起、施工缝错台等。所幸大坝主体尚好，但此问题已经足够引起人们对土石坝抗震安全的重视，一旦抗震设计不到位，除了会造成溃坝灾害及财产损失外

5、，重建及修补的过程也都要耗费大量人力、物力、财力，因此，预先在设计及施工环节做好土石坝抗震非常重要。　　3.做好土石坝抗震工作的几点措施　　3.1抗震计算应科学、准确。土石坝抗震性及安全性与地基、坝体中土石料密实程度、特性、防渗结构、连接牢固性等因素密切相关[2]。我们在进行土石坝抗震设计时，应首先保障土石坝地基、土石坝坝体结构、工程质量符合抗震要求，并辅以稳定计算、抗渗透计算、变形计算，与标准进行对比，以便对其抗震安全做出综合分析与评价，从而帮助土石坝增强抗震性。举例来说，稳定计算方面，一般通过拟静力法计算，但若设计烈度达到八、九度，坝高在七十米以上，或是

6、地基中有可液化土，要同时采用有限元法对坝基与坝体做出动力分析。再如，抗渗透问题要关注不同坝型，土质心墙坝重点关注心墙、心墙与坝壳相接部位，面板坝关注重点在于面板、接缝止水等。另外，土体的液化可能性也是我们不能忽视的问题，严重的土体液化会导致喷砂冒水，不容忽视，目前主要的判断方法包括依据过去经验及资料判断，依据测定的地震总应力抗剪强度判断，剪应力对比法及孔压比法等。　　3.2合理选择坝址，控制施工质量。选择坝址前，应进行专业化的地质勘查并进行科学、充分的地质研究，在对构造活动性、场地地基条件及边坡稳定性等条件进行综合评价的基础上，将目标区域划分成有利地段、不利

7、地段、危险地段等。施工应选择抗震有利地段、错过不利地段、不在危险地段开展建设。施工环节中的质量控制对土石坝的抗震性能影响非常大，一般情况下，偷工减料、以次充好、技术落后、不按工序操作等，都是施工环节容易出现的问题。千里之堤溃于蚁穴，这个道理人人明白，换句话说，只要有一段工程用次料代替了标准用料，就很有可能因此导致整座大坝经不起地震冲击出现溃坝等危险后果。对此可以通过加强监理、规范招标等加以控制。　　3.3具体抗震措施。以面板堆土石坝为例，如设计烈度为八度、九度，应对坝顶结构及坝坡采取如下抗震措施：首先，应适当增加坝顶宽度，放缓坝坡，尽量采用下陡上缓的坝坡，在

8、变化处设计马道。其次，应在下游坡面的上部设计坡面防护