土石坝震害与抗震安全

土石坝震害与抗震安全是非常重要的，每个细节的设计都是为了最初的目的，每个环节的处理都是为了保障安全。鲁班乐标小编就土石坝震害与抗震安全和大家介绍一下。

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。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，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，在变化处设计马道。其次，应在下游坡面的上部设计坡面防护及坝坡加固措施，并使用浆砌石护坡，在其表面铺设钢筋网用于加固。第三，尽量选用低防浪墙，并增强防浪墙抗震稳定性;如果确认地震区坝安全超高，要提升地震涌浪高度;提升大垫层区宽度，加强与地基、岸坡之间连接，若岸坡较陡，应适当增加垫层料和基岩的接触长度，并使用更细一些的垫层料;强震区的面板垂直缝中应填充沥青浸渍的橡胶片、木板等强度较好的填充材料;增强河谷上部、施工缝及周边缝附近的面板配筋率;对于强震区，分期面板的水平施工缝应做成垂直于面板的施工缝，还要布置一些挤压钢筋;应增加坝体堆中石料压实密度，尤其是地形突变位置的压实密度，此外还要对大坝地震变形及残余变形不均匀性加以控制，另做好坝料的选择与分区;若坝体使用砂砾石料进行填筑，要注意增加排水区排水能力，下游坡坝一定范围最好采用堆石填筑。

3.4按照一定的抗震设防标准施工。首先，在动强度上，要考虑上游反滤料与覆盖层中砂层的液化可能，其标准为：等压固结试样，孔压应等于围压或是动应变的百分之五，对于不等压固结试样，应以动应变的百分之十作为土体的动力破坏标准。评价单元孔压的相对值时，应考虑液化度单元孔压值和静竖向的有效应力之比。各单元抗液化安全系数小于一点三的区域可判作液化区，大于一点三、小于一点五的区域可判作破坏区。可将动强度安全系数等于一作为心墙动强度的判断标准;其次，在土石坝的地震永久变形问题上，根据相关研究结论，我们认为，对于一百米以下的土石坝，可将坝高的百分之二作为允许震陷量，对于一百米以上的土石坝，可以适当降低为百分之一点五。可允许坝体出现裂缝，前提是不造成潜在滑坡。另外还有一些数据可供参考：调查表明，当坝顶的最大竖向位移在坝高的百分之一以下时，土石坝都不会出现裂缝，这个值大于百分之三时，土石坝都出现了裂缝，百分之一到百分之三之间，裂缝与否则由土料性质及其他因素决定;当坝体不均匀沉降倾度大于百分之一时，坝体就会产生裂缝，小于百分之一，一般无裂缝;不均匀震陷倾度在百分之一点二之内时，坝体能够承受;水平方向的地震变形比竖向的地震变形小。

4.结语

我国的水能资源在世界范围内相对丰富，只是分布上存在不均现象，多数水电基地位于大渡河、雅砻江、澜沧江、金沙江中游、黄河上游区域，但这些区域却都属于西部强震区，一旦因地震发生土石坝震害，很可能导致灾难性后果。汶川5・12大地震就给我们的研究提供了案例，其土石坝震害所造成的各项损失是令人痛心的。因此，研究土石坝震害并探讨加强抗震安全的措施应成为我们不断关注与思考的问题。

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