我国土石坝对于抗震的研究

李霞　彭丽君

摘要：本文论证了我国水坝的抗震安全评价的实践与发展现状。水坝的修建有助于减轻下游地区干旱和洪涝灾害，有利于改善能源结构和缓解电力紧张，但是对于地震区水坝的抗震安全问题不容忽视。本文根据我国的政策方针，现行的法律法规，技术规定，以及有关学科的进展和地震区水坝建设所面临的现实迫切需要，系统分析我国大坝抗震安全的现状，存在的问题和有关建议，希望可以为我国水坝抗震安全的研究，分析，设计以及工程运用提供有价值的信息。

关键词：土石坝抗震；震害

【正文】

1.研究背景：

随着我国国民经济和社会的稳步发展，水坝给社会带来了客观的经济增长，但是也带来一定的安全隐患。如果破坏结构或显著被损坏，水坝失败一般是灾难的。下游环境以及人民的生命财产安全会受到危害。地震更是一项不可预估的危险因素。

大坝由于地震而致崩坏的实例，几乎没有。但是如果万一发生崩坏，其所造成的灾害，将十分可怕。一方面水坝的建设费用非常大，应该尽可能的使其建造的经济，然而其抗震设计又务必需要合理的进行。

2. 大坝地震的形式

2.1水库内山的崩坏

水库中的水深，往往可达几百米，因而，库底及其周边的地基应力和地下水位发生变化，致使其稳定性受到威胁。与蓄水的同时，在库岸周边发生小规模的地滑塌方的事例，迄今也不算少。如果是小规模的，还不怎么成为问题。但是，如果规模大时，崩坏土与蓄水一起成为泥石流，由坝溢流出来，对于下游部分恐将酿成大的灾害。

在地震时，具有向水库倾斜的薄粘土层夹层的裂缝和以粘土化的有裂缝的岩石，受到冲击后，最容易滑动。特别是水库的一部分作为较薄的马鞍形那样的情况，该处如果发生滑动时，即使不过是表面滑动，但也威胁水库的稳定。所以水库初见成时，从这个角度，不应当对于绵亘相当广大的范围，需要进行关于表面层的土质和厚度，基岩的岩质和倾斜，地下水位的调查。

2.2水库蓄水所引起的地震

據经验，由于蓄水在水库附近有时可引起微小的地震。由于蓄水逐渐使地基内的应力和含水状态发生变化，似有引起微小地震的现象。如果是微震，当然在工程上并不成问题，但是因蓄水引起较大的地震。因此，对此情况的地壳的破坏，是否由于因蓄水水压致使地壳内部应力增大，因流体侵入而使高压下的岩石强度降低，以及蓄水使岩体内储藏的应变能量引起作用等，已成为疑问的集中点。鉴于这样的问题在规划大水库时，就应该仔细的进行地质调查。

3. 震害

当大坝恰好位于震源上方时，坝体会受到相当的损害。土石坝在地震灾害中作为承灾体，一方面引起土石坝坝体的破坏，造成直接经济损失；另一方面，还可能演变成为危险的次生灾害源，引发次生水灾造成巨大的经济损失和人员伤亡，同时在地震后还常常因水坝无法正常发挥水利设施功能，造成灾后生产、生活的困难。

在抵抗地震时坝基的类型，水坝的施工质量和坝料的好坏对水坝的震损情况起了关键性的作用。水坝平时的维护管理对地震时水坝的震损有影响，另外，震前水库的库水位对水坝地震时的安全性应当有着重要影响。

坝的稳定性也多为现场地区的情况和施工条件所左右。填筑面因底面较宽，故所及于地基的应力不大。这样在不很坚固的地基上也能建造，此为土石坝的特长。不过，不很坚硬的地基比之坚硬的地基，一般在地震时的变位振动则要较大，而且按照土的种类，在强震之下还有液化之虞。另外，填筑坝所用坝体材料不能抵御拉力。在激烈的振动之下，不能抵御拉力的材料的集合体易于崩坏，这在直观上也可预想到。因此，在预想将有强烈地震的发生的地点，对于这种形式的坝进行规划，必须慎重从事。还有填筑坝的压实，除在施工中要进行外，在竣工后也要随着时间的经历逐年累月来进行。这对坝体能起强化的作用，但另一方面，当压实坝内各部分的变形不均匀一样时，也会成为发生局部的滑动和裂缝的原因。最后在土石坝，蓄水位急剧下降，且屡屡反复的情况下，对于坝体内的细粒骨料，恐怕会流到水库内。

4. 抗震设计

为了使土石坝能够抗震，很需要对建筑位置，形状，材料，细部设计等，所涉及的坝的整体规划，加以全面的考虑。结合过去的震害实例等来看，从事坝的设计时，应注意之点如下：

地基以选择良好的场所为宜。地震动的最大变位，在硬地基，只不过是软地基的几分之一。实际上多是因为地基不坚硬，才选用了土石坝的形式，故此，关于基础地基在地震时的稳定，有必要进行充分的研讨。

在细沙地基或夹有晶状体的细沙的地基，地震时恐要发生液化。这样的地基如果范围很广时，对其加以处理，改良则很困难，作为坝基，并不适当。

为隔水的目的，将心墙深埋，使其到达基岩时，则其上下游的填筑部分的地基，因为软弱，引起下沉，发生裂缝。因而，必须考虑在心墙和填筑部分之间，设置充分有效的中间隔墙，使地基的刚性，在其间缓缓延续改变。

在土坝，有可能发生滑动面深达基础地基那样大规模的斜坡面崩坏。因此，对于这样的崩坏，也有必要进行稳定计算。

斜坡面的趾部，在地震时有变松弛之误。在此部分设置坚固的填石是有效的。另外还需要注意的是，需要将蓄水能急速排出的设备。由于地震坝体万一濒于危险时必须急速将蓄水排出，使水位下降。为此，排水设备，对于地震必须充分的安全。

5. 地震监测与应急预案

我国是一个多地震和地震灾害较严重的国家，地震区建设水坝时一定要对地震引起的灾害和风险有足够的认识。地震是随机事件且发震机理，传播机制十分复杂。国际上地震的预测预报也都不够准确。因此在地震区建设高坝大库工程时，除了做好有关的斟探实验和抗震设计外，还应加强地震监测，重视国内外有关地震和震害实测资料的收集，整理和反馈分析。深化对地震和结构地震的响应的认识，改进分析研究方法，更新设计理念，并在工程建设和运行管理中加以应用。

另外，结合溃坝等重大灾害的检测和预警技术的研究，制定大坝安全应急预案也是十分必要的。瑞士十分注重大坝对下游地区的可能安全影响，尤其是大坝失事后的影响，每一座大坝都做了洪水可能淹没范围的分析，并设有明显的可能淹没范围边界标志，根据淹没情况，地形和交通条件，做了不同的可能受灾区居民的撤离路线图，并将所有这些信息编辑成册，发给下游有关民众，并进行定期的安全教育和应急演练。瑞士的这些大坝管理工作具有很大启发作用。

【结语】

水坝的修建有助于减轻下游地区干旱和洪涝灾害，有利于改善能源结构和缓解电力紧张，但是对于地震区水坝的抗震安全问题不容忽视。我国是一个多地震和地震灾害较严重的国家，地震区建设水坝时一定要对地震引起的灾害和风险有足够的认识。做好有关的斟探实验和抗震设计，加强地震监测，重视国内外有关地震和震害实测资料的收集，整理和反馈分析。深化对地震和结构地震的响应的认识，改进分析研究方法，更新设计理念，并在工程建设和运行管理中加以应用。尽量避免或者减少地震对水工建筑物所造成的损害以及后期破坏。

注重保护下游以及下游人民的生命财产安全。选择较安全的形状，材料，细部设计等，所涉及的坝的整体规划，加以全面的考虑。

参考文献

1. 《土石坝震害预测及快速评估方法研究》，梁海安，2012.05.01

2. 《抗震工程学》，孙伟东译

3. 《水坝与地震》，王卓凯，刘锁旺等译

4. 《土石坝震害预测及快速评估方法研究》，梁海安

作者简介：

李霞（1991—），女，汉族，甘肃白银市人，

郑州大学水利与环境学院，水利水电工程。