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这次会议是我市第一次防震减灾工作会议。会议的主要任务是以科学发展观为指导,认真分析全市防震减灾工作形势,全面部署今后工作任务。开好这次会议,对于进一步认清形势,统一思想,明确任务,把我市防震减灾工作提高到一个新的水平,具有十分重要的意义。
省地震局对我市防震减灾工作十分关心,王建荣局长专程前来指导,并作了重要讲话,对我们进一步做好防震减灾工作提出了具体要求。在此,我代表市人民政府对王建荣局长一行的到来,表示热烈的欢迎!刚才,市地震台吴小勇副台长作了一个很好的分析报告,铜鼓县作了经验介绍,为我们下一步开展工作提供了很好的借鉴,希望大家按照会议的总体要求特别是王建荣局长的讲话精神,认真抓好贯彻落实。下面,我讲几点意见:
一、认清形势,统一思想,进一步增强做好防震减灾工作的责任感和紧迫感
近年来,在市委、市政府的正确领导下,通过各地各有关部门和广大地震工作者的共同努力,我市防震减灾工作取得了明显成效。
一是各级政府防震减灾工作职能进一步明确。市政府成立了防震减灾工作领导小组,下发了《关于切实加强防震减灾工作的意见》,明确了市、县两级防震减灾工作职能主体,要求“市、县两级防震减灾工作职能均由同级科技部门承担,并在科技部门增挂地震局牌子”。
二是地震监测预报能力逐步增强。市地震台更新了数字化地震监测设施,有效提高了监测能力,*年分宜县的4.0级、2*年樟树市的3.6级和*05年九江的5.7级地震,我市的地震监测机构都提供了很有价值的监测资料,得到了省地震局的肯定。
三是地震应急管理机制和设施逐步完善。制定了地震应急预案、地震应急工作制度和值班制度,初步建立了地震应急指挥室,完善了地震应急管理机制。同时,加强了城市应急避险场所建设,仅在*中心城区就建立了体育中心广场、袁山公园、松江园、秀水公园、迎宾广场等10多处城市应急避险场所。
四是群众防震减灾意识不断提高。各级地震工作部门本着“服务大局、把握分寸、讲究时机、因地制宜”的原则,在每年的《中华人民共和国防震减灾法》颁布实施纪念日、“唐山大地震纪念日”、“国际减灾日”、“科技活动周”等活动期间,充分利用广播、电视、报刊、网络等宣传媒体,采取播放专题片、街头宣传、科技下乡、社区活动等形式,广泛开展形式多样的防震减灾宣传活动,进一步增强了群众防震减灾意识。
五是防震减灾项目建设稳步推进。在省地震局指导下,我市地震台数字化监测设备*年已开通运转,数字化前兆观测项目基础工作已经完成;市地震应急指挥室和地震信息节点基础建设工程已全面完成,通信光缆已经到位;丰城、高安地震数字化监测台站已初步建立。
这些成绩的取得,是各级政府高度重视和省地震局大力支持的结果,是相关部门相互配合、共同努力的结果,是广大地震工作者埋头苦干、无私奉献的结果。在此,我代表市政府,向从事防震减灾工作的广大干部职工,向所有关心和支持防震减灾事业的社会各界,表示衷心的感谢!
在充分肯定成绩的同时,我们也要清醒地看到,我市的防震减灾工作还存在一些困难和问题,主要是:地震监测能力较弱,监测手段单一;抗震设防尚未依法纳入基本建设管理程序,部分重要基础设施和生命线工程没有按抗震设防要求进行评估和设防,存在较大安全隐患;农村民居基本处于不设防状态等。这些问题务必引起我们的高度重视,并在工作中认真加以解决。地震是一种突发性强、破坏性大的自然灾害。我市地质构造比较复杂,多条断裂带穿境而过,存在发生中等有感地震的可能。*年邻县分宜发生4.0级地震,彬江、下浦等乡镇和*中心城区有明显震感;2*年6月4日樟树市发生了3.6级地震,部分农户房屋受到破坏。这些都提醒我们,*不是无震地区,要时刻绷紧防震减灾这根弦,站在对人民群众生命和财产负责的高度,深刻理解防震减灾工作的重要意义,进一步增强责任感和紧迫感,常抓不懈,未雨绸缪,把防震减灾工作切实抓紧抓好。
二、明确目标,突出重点,不断提高我市防震减灾工作水平
根据省政府要求,我市当前和今后一个时期防震减灾工作总体要求是:以“*”重要思想为指导,认真贯彻落实科学发展观,把人民群众的生命安全放在首位,坚持防震减灾同经济建设一起抓,实行以预防为主、防御与救助相结合的方针,切实加强地震监测预报、震灾预防、紧急救援三大工作体系建设,进一步健全管理体制,依靠科技、依靠法制、依靠社会力量,实现防震减灾工作由局部的重点防御拓展到有重点的全面防御,不断提高综合防震能力,为保护人民群众生命财产安全,推进和谐社会建设提供可靠保证。
奋斗目标是:到**年,全市基本具备抗御6级左右、相当于我市各地地震基本烈度的地震的能力,*中心城区的防震减灾能力达到全国中上水平。
实现这样一个目标,既要坚持政府主导,又要动员、组织和引导社会公众积极参与。既要坚持地震部门的防震减灾主管职责,又要坚持民政、建设等有关部门各负其责,相互配合。既要坚持地方特色的防震减灾道路,又要借鉴国内外减灾的成功经验,努力提高地震灾害的综合防御能力。要以积极的工作态度,扎实的工作作风,创新的工作精神,高标准的工作要求,完善思路,明确责任,强化管理,落实措施,不断提高防震减灾能力。
(一)进一步健全地震监测预报体系。在已建成*数字化地震监测台站的基础上,全面完成丰城荷湖和高安米岭两个数字化台站的设备安装和环境改造,尽快完善全市地震监测、前兆观测和强震监测网络建设,发展城镇深水井观测,不断提高地震预报水平。
(二)进一步强化震灾预防工作
一方面,要切实加强建设工程的抗震设防管理。各县(市、区)政府要采取切实有效的措施,加强建设工程抗震设防管理与监督,把工程的抗震设防要求列入项目规划、可性行论证、工程设计和施工审批的必备内容,并纳入基本建设审批管理程序。新建、扩建、改建工程必须达到抗震设防要求;一般建设工程必须按照国家颁布的地震动参数区划图规定的抗震设防要求,进行抗震设防;重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程,必须进行地震安全性评价,并根据地震安全性评价的结果,确定抗震设防要求。各级地震部门要加大对新建、改建、扩建工程的抗震设防管理力度,并加强工程抗震设防要求的管理与监督;各级建设部门要加强工程抗震勘察、设计和施工管理。依照有关法律、法规开展对超限高层建筑工程、生命线工程、重大建设工程和可能产生严重次生灾害的工程项目的安全性评价和抗震设防的专项审查。
另一方面,要积极实施地震安全农居工程。各县(市、区)要高度重视并尽快改变农村民居不设防的现状,提高农民的居住安全水平,逐步实施地震安全农居工程。地震、建设部门要组织专门力量,开发推广既科学合理、经济实用,又能达到抗震设防要求的不同户型结构的农村建设图集和施工技术,加强技术指导和服务。地震重点监视防御区所在的县(市、区)政府要通过政策引导和扶持,在农民自愿的基础上,组织实施“地震安全农居示范工程”,并总结经验,以点带面,推动农村安全民居建设。
(三)继续推进地震应急和救援能力建设。各县(市、区)政府要进一步加强地震应急指挥技术系统和灾情速报系统建设,为地震应急提供有力的技术和信息保障。各县(市、区)要尽快制定地震应急预案,增强应急预案的可操作性,明确应急工作程序、层级管理职责和协调联动机制,做到临震不乱,决策科学,行动迅速,处置有力。
各级地震部门要努力捕捉地震前兆信息,积极探索地震预报的新方法、新途径,加强分析与会商。市地震台要充分利用地震数字化监测设施和前兆观测手段,加强地震监测和前兆观测,掌握地震监测资料和前兆观测情况,并对地震前的宏观现象和震时的监测资料进行分析和会商,实现有减灾实效的地震监测预报。
(四)深入开展防震减灾宣传教育。各级地震、科技、教育、农业、建设、气象等部门要相互配合,深入持久地开展防震减灾科普宣传教育活动,制定防震减灾科普宣传教育计划,共同做好防震减灾科普宣传教育工作,不断提高群众的防震减灾意识。
三、加强领导,密切协作,努力营造防震减灾工作的良好氛围
防震减灾工作是项系统工程,涉及方方面面,需要各级各部门进一步加强领导,落实责任,齐抓共管,创造良好的环境。
加强领导。各级政府要把防震减灾工作纳入政府重要议事日程,进一步加强组织领导,做到思想重视、组织落实、责任明确、措施到位。要建立完善集中统一、坚强有力的防震减灾指挥机构,健全工作制度,明确部门职责,及时部署工作;要根据机构和人员变动情况,及时调整补充,充分发挥该机构在政府防震减灾工作中的作用。
加大投入。各县(市、区)要建立与经济社会发展水平和防震减灾需求相适应的经费投入机制,切实加大对地震监测、预防、救助、群测群防、宣传教育的经费投入,并将防震减灾事业经费纳入财政预算。
关键词:场地震害;黄土震陷;历史地震;物性指标;临界动应力
中图分类号:P315.9 文献标识码:A 文章编号:1000-0666(2016)04-0692-11
0 引言
场地震陷灾害是岩土地震工程研究领域的一项重要课题。根据场地土类及其震陷形成机理的不同,场地震陷可区分为砂土和粉土液化、干砂震密、软土和黄土震陷。其中,砂、粉土液化最早为人们所熟识,于1964年新泻地震和阿拉斯加地震后受到地震科研和工程技术人员的广泛关注,同时期我国1966年邢台地震、1975年海城地震和1976年唐山地震中出现的大量液化破坏事例对我国的砂、粉土液化问题研究也起到了极大的推动作用(Seed et al,2001;王刚,张建民,2007a)。然而,早期的砂、粉土液化问题较多关注液化势的判别方法研究,而对其引发的场地沉降量估算涉及不多。近年来,随着性态抗震设计概念的提出,液化大变形研究和液化后的本构关系研究逐渐得到重视(刘汉龙等,2002;王刚等,2005,2007b;周云东,2003;Meneses et al,1998)。但是,目前对于液化大变形的力学机制问题仍存在不同观点,相应地,液化大变形的计算方法也就区分为震害经验法、基于固体力学的数值分析法和基于流体力学的数值分析法。干砂震密现象在1971年圣费尔南多地震和1994年诺思里奇地震中均有发现,尤其是在诺思里奇地震中有超过2000处的边坡填土场地产生了严重的干砂震陷现象(Pradel,1998;Stewart et al,1995)。Silver和Seed(1971),Seed和Silver(1972)最早基于大量动单剪试验数据提出了干砂震陷量的估算方法,陈青生等(2013)、Chen(2009)、Ghayoomi(2004)、Ramadan(2007)、Stewart和Whang(2003)也开展了类似的研究工作。其中,以Silver和Seed等(1971,1972)提出的砂土震陷方法在工程实践中应用最为广泛,其它研究多是在此基础上进一步考虑了砂土组成成分、多维地震动和随机地震荷载特性等因素的影响。软土震陷在历次大地震中也均有报道(安徽省地震局,1996;刘恢先,1985),刘汉龙(1994)、王建华等(1993)、郁寿松和石兆吉(1989)、袁晓铭等(2004)和张向东等(2014)针对软土震陷机理、影响因素分析和震陷量估算等方面开展了大量研究工作。针对软土震陷问题,尽管已在上述几个方面取得了一定的进展,但目前所提出的大量软土震陷估算模型仍属于经验性公式,普遍存在公式繁琐、参变量多和应用性差等缺点。
相对于近代几次破坏性大地震中砂土液化、干砂和软土震陷灾害在地震工程界所引起的受重视程度,黄土震陷问题在首次提出时因缺少实际震例而并未引起足够重视,从而使得相关研究也相对滞后(王强等,2012)。近年来,随着我国西部大开发战略的加速实施,加之中西部黄土地区的强震多发背景,大量专家学者与工程技术人员已逐渐意识到了黄土地震灾害的潜在威胁和巨大危害(王兰民等,2001a)。目前,黄土场地震陷灾害研究已由早期所关注的成因机制、震陷性判定和震陷量估算等问题逐步转移到实际工程场地震陷灾害的评价预测及防治技术理论之上,并取得了一些具有理论意义和应用价值的科研成果。在震陷性判定方面,张振中(1999)和王兰民(2003b)针对新黄土提出的根据孔隙比、含水量、剪切波速和相对密实度等指标判定黄土震陷性的技术标准现已纳入地方性抗震设计规范。在场地震陷量估算方面,现有的震陷系数估算公式仍存在计算繁琐、涉及参变量过多和适用性差等问题(王兰民,张振中,1993;邓津等,2007;陈永明等,2003;孙军杰等,2012),仍以采用室内动三轴试验获取震陷系数的评价方法最为直接可信。在抗震陷处理技术方面,王兰民等(2001b,2003a)借鉴湿陷性黄土地基处理技术研究了强夯法、挤密桩法和化学灌浆法等手段在改善黄土抗震陷性方面的效果,并提出了相应的黄土抗震陷性的处理技术和标准。
经过近30年的研究,尽管在黄土震陷机理、震陷性判别、震陷量估算和抗震陷处理技术方面取得显著进展,但在历史震害考证、不同地区黄土的物性指标变化导致的震陷性界定差异和临界动应力的影响机制问题等方面仍有待深入探讨。本文首先基于黄土地区几次破坏性地震的历史考证和震害考察,阐明了黄土场地震陷灾害的3种不同的破坏模式及其成灾机制和生成发育特征。之后,基于大量的微结构电镜扫描实验和动三轴试验数据,分析了黄土震陷形成的物性指标和应力条件,并综合黄土的微结构、孔隙比、含水量及其区域分布规律给出了黄土震陷性形成的判定标准,总结了临界动应力存在的物理力学机制及固结围压、固结比、含水量和孔隙比对临界动应力的影响规律。
1 黄土震陷考证及灾害发育特征
1.1 几次地震中的黄土震陷考证
在我国中西部黄土地区,历次强震(MS≥8地震6次,MS≥7地震22次,MS≥6地震52次)都曾引起过严重的地震滑坡、震陷和液化等黄土场地地震灾害,人口伤亡达百万人以上。其中,1718年甘肃通渭71/2级地震、1739年宁夏平罗―银川8级地震和1920年宁夏海原81/2级地震都存有黄土场地震陷的史料记载或现场遗迹(王兰民,2003b)。近年如1995年甘肃永登5.8级地震和2013年岷县―漳县6.6级地震的现场科学考察中也都发现了黄土场地震陷的例证(王兰民,吴志坚,2013;中国地震局岷县漳县6.6级地震现场工作队应急科考组,2013;Zhang et al,2005)。
1718年通渭71/2级地震共造成约337个长度大于500 m的滑坡体,它们密集分布在长约40 km、宽约18 km的极震区范围内(王兰民,2003b)。这些滑坡体的原始地形坡角较小,土层含水量较低,从理论上来讲这类坡体并不具有形成大面积滑坡的条件;然而,事实上它们普遍具有滑速快和滑距远的滑动特征(陈永明,石玉成,2006;张振中,1999)。张振中(1999)认为这种特殊的黄土地震滑坡现象是由场地震陷引起的“流滑”效应所致,这与王家鼎和张倬元(1999)、Shreve等(1968)所认为的“气垫效应”是一致的。
1920年海原81/2级大地震引发的总滑坡面积达5万km2,其中,密集区域性的滑坡面积达4万km2以上(王兰民,2003b)。同1718年通渭地震引发的黄土滑坡类似,海原大地震中的地震滑坡同样具有滑速快和滑距远的滑动特征。国家地震局兰州地震研究所和宁夏回族自治区地震队(1980)发现海原大地震烈度VII度以上的整个震区普遍分布有震动重力型裂缝,即由场地震陷引发地表不均匀沉降所造成的地表裂缝。王兰民等(1991)对回回川黄土开展了动强度试验分析,显示该地区黄土的动强度较低,地震烈度VII度强的地区即可发生低坡脚黄土滑坡。
川陕总督查郎阿在上报1739年平罗―银川地震的奏折中描述“城垣虽未塌倒但已下陷,以致城门不能开启。”国家地震局兰州地震研究所(1985)对这次地震的史料也做了整理,其中有“城南门下陷数尺”和“民房、仓廒俱陷入地”的地基沉降记录。由于震灾区地处典型的黄土高原地区,其中城楼、民房和仓廒地基产生的不均匀沉降在很大程度上与黄土场地震陷相关。
1995年甘肃永登地震(震中烈度VIII度,图1)造成的黄土梁场地震陷(图2)和2013年甘肃岷县―漳县地震所引发的震陷地质灾害和房屋地基沉降都是黄土场地震陷的最新例证。由图2可以看出,梁顶中间位置沉降最为显著,两侧位置沉降量则逐渐减小,呈阶梯状下错。该黄土梁场地顶部地形比较平坦,两侧以2°~3°的坡脚向山坡过渡,山坡坡度为25°~45°,该黄土梁场地顶部产生显著震陷的同时,下部斜坡却并没有出现变形或滑动迹象(Zhang et al,2005)。由此可见,该黄土梁场地顶部的沉降显然是由土体震陷致密引发,并非由坡体滑动所致。Zhang等(2005)、王峻等(2005)、刘红玫和张振中(2005)、张冬丽和王兰民(2003)分别从土体动力学特性、微结构特征和数值模拟等方面论证了上述结论。
黄土是一种典型的第四纪松散沉积物,其沉积过程中独特的地质营力、生成环境和物质来源等要素,形成了黄土特殊的粉粒性、富盐性、大孔性、欠压密性、非饱和性的多孔隙弱胶结架空结构(雷祥义,1989;谢定义,2001)。地震作用下黄土原生结构会受到拉、压和剪应力的共同作用。当这种地震作用力大于土颗粒之间的连接强度时,原生大孔隙结构产生崩溃性破坏,继而散落的颗粒填充大孔隙并伴随孔隙气体的压缩和排出,颗粒组构在重力作用下重新排列而致密,地表表现出突然沉降和后续的缓慢沉降。该过程即是非饱和条件下平坦黄土场地的震陷形成过程,文中为区别于其它震陷灾害模式称其为振密型震陷。震陷型滑坡作为黄土场地震陷的一种灾害模式,与振密型震陷的形成机制不同。震陷型滑坡主要受到水平地震作用的影响,而黄土边坡体在水平地震作用下必然存在一个最大剪应力连续面。当最大剪应力大于土颗粒之间的连接强度时,黄土边坡体的原生大孔隙结构在沿最大剪应力连续面的位置也同样会产生崩溃性破坏而重排致密。然而,此时上下接触面的孔隙通道并未完全畅通,这将会引起边坡体的破坏连续面内的孔隙气压力迅速增加,从而造成土体内有效应力的急剧降低而产生“气化”现象,外部则表现为黄土边坡的滑动破坏。液化型震陷则是高含水量条件下黄土震陷的一种特殊形式,但其震陷机理有别于振密型震陷。张振中(1999)研究发现,当黄土试样的含水量高于塑限时,在动应力和水的共同作用下,孔隙水压力会上升,有效应力降低,抗剪强度减小。因此,当含水量高于塑限的黄土层遭遇地震作用时,也可以产生液化现象,而随着孔隙水的上涌则会引发地表沉降,这里称之为液化型震陷。
综合黄土场地震陷实例、不同类型黄土场地震陷形成的主导因素分析及其形成机制分析,表1给出了黄土震陷的3种破坏模式及其生成条件。从表1可以看出,振密型震陷和震陷型滑坡多发生在Q3和Q4时期的黄土地层,主要是由于该时期的黄土地层多为具有大孔隙、弱胶结结构的非饱和黄土;而液化型震陷则多发生在黄土盆地的粉、砂含量较高的黄土状土和新黄土层,多处于饱水条件下。此外,黄土震陷的破坏模式受场地地形条件的制约显著,如振密型震陷产生在塬、梁和峁,液化型震陷多发于黄土盆地内的饱水场地,而震陷型滑坡则出现在塬边和黄土边坡。在引发震陷的起始烈度方面,振密型震陷多发生在VIII度以上的极震区,震陷型滑坡则多出现在受远场地震影响的VIII度及以上烈度区。液化型震陷基本不受近远场地震的影响,唐山地震中砂土液化出现的最小地震烈度区为VII度(刘恢先,1985),汶川地震中也在VII度区甘肃清水发现一处黄土液化场地(王谦等,2012),由此认为产生液化型震陷所需的最小地震烈度低于产生非液化型震陷所需的最小烈度,为烈度VII度。
2 黄土震陷形成的物性和应力条件
黄土是一种典型的非饱和结构性土,其特有的物质来源、颗粒级配、颗粒间组构和连接特征是黄土震陷形成的物理基础。黄土震陷是黄土体在外部地震荷载作用下的力学响应,是土颗粒连接破坏继而在振动和重力耦合作用下致密的物理过程。由此可见,影响黄土震陷形成的物性条件为土颗粒的疏密程度和它们之间的连接强度。其疏密程度既可以直接通过扫描电子显微镜的成像观测,又可以用孔隙比和干密度等物性指标反映。颗粒间的连接强度主要受土颗粒的排列组构、胶结矿物质成分和土的含水量影响,其排列组构可用于区分颗粒性状、孔隙结构和颗粒连接形式等几个方面特征的微结构类别反映其性质(石玉成,李兰,2003),胶结矿物质成分及其含量则可以根据土的成土年代和分布区域确定其指标的变化范围,而含水量则由含水百分比直接表示。
2.1 孔隙结构和颗粒连接形式
黄土所特有的大孔隙、弱胶结结构是形成震陷最为根本的物性基础。永登地震震区的黄土即具有这种架空孔隙结构,震陷与未震陷的试样微结构变化也证实了其振密型震陷的物态变化(石玉成,李兰,2003)。石玉成和李兰(2003)应用扫描电子显微镜和动三轴试验,基于高国瑞(1980)提出微结构分类标准分析了不同微结构类型的黄土的震陷性,结果表明以粒状架空结构为主的黄土具有明显的震陷性,而具有粒状镶嵌、粒状胶结特征的黄土的震陷性则相对较低。张振中(1999)也通过大量试验研究指出,凡架空孔隙结构不明显的凝块镶嵌胶结结构的黄土,不具震陷型;凡是震陷性强的黄土都具有明显的架空孔隙结构。黄土的成土过程决定了其微结构特征具有明显的区域性。首先是构成结构骨架的集粒形态具有区域性变化,位于黄土高原地区的兰州、大同、清边、固原、镇原和西峰等地的黄土集粒具有一定的刚性,传力性能好,在堆积过程中较易形成架空的松散结构,为产生震陷创造了条件;而位于黄土地区东南部的河南、河北和晋东南地区的集粒,不仅传力性能差而且外形柔软,无法构成震陷所需的架空结构。其次,骨架颗粒之间的连接形式也呈现出区域性变化。西北部黄土中骨架颗粒之间以接触连接为主,连接处仅有少量粘胶粒或无定形物质;而东南部黄土中骨架颗粒之间以胶结连接为主,连接处有很厚的粘土层,无定形物质和盐晶。显然,胶结连接的强度远比接触连接的强度高(高国瑞,1984)。高国瑞(1984)还通过X-射线衍射法分析了不同地区黄土的矿物成分,结果显示中国各地的黄土矿物成分基本一致。由此可见,我国黄土的微结构类别可分为架空孔隙结构、镶嵌孔隙结构和架空-镶嵌孔隙结构,连接形式包括接触、胶结和接触-胶结。震陷性黄土应具有架空孔隙结构,且土骨架颗粒之间的连接以接触连接为主。黄土高原地区的黄土需要考虑其震陷性,而黄土地区东南部的河南、河北和晋东南地区的黄土在通常情况下则不需要考虑其震陷性。
2.2 孔隙比和干密度
土的密实度决定了黄土震陷产生的最大可变形量,而干密度和孔隙比均反映了土的密实度。干密度是表示单位体积土质量的一项指标,无法反映土的颗粒级配和孔隙结构特征,因此也不能准确反映土的密实程度。孔隙比是土中孔隙体积与土颗粒体积的比值,是一项可以直接反映土密实度的指标。由此可见,孔隙比在考量土的疏密程度方面比密实度更为准确。张振中(1999)曾指出孔隙比小于0.75~0.85时,黄土将不易产生动残余应变;孔隙比大于1.0可作为震陷与否的判别标准。本文统计整理了谷天峰(2007)、王峻等(1999,2004,2005,2007,2014)、陈永明等(2000)、孙军杰等(2012)、何光和朱鸿博(1990)、翁效林等(2006)、郭乐(2010)和巫志辉等(1994)的黄土震陷试验数据,分别得到了震陷系数与孔隙比和干密度的变化关系图,见图3、4。图3、4中统计了不同地区黄土、不同土性、不同试验条件下的所有试验数据点,具有统计学意义上的普遍性和客观性,因此该统计结果可以真实反映出统计量之间内在关联。图3显示,震陷系数的最大值随孔隙比的增大而增大,呈现出线性增长规律;试验数据点均落在包络线εp=0.3e-0.225(εp为震陷系数,e为孔隙比)以内。由震陷性黄土的判别标准为εp=0.015可知,可产生黄土震陷的最小孔隙比为0.8。由图4可以看出,震陷系数与天然干密度之间存在比较大的离散性,表现为较大的干密度条件下仍可能产生较大的震 陷量。这也表明了天然干密度无法反映土的颗粒级配和孔隙结构特征,因此天然干密度在判定黄土震陷性方面是不适宜的。
2.3 含水量的影响
土是由固、水和气组成的三相体系,土的物理状态和力学性质必然受到水的影响。黄土由于其自身的水敏性使得其变形和强度与含水量的变化有着非常密切的关系,其初始含水量的不同会使黄土的动变形-强度特性有明显差异。干型黄土(初始含水量小于缩限含水量)的高强度和低变形使黄土对动、静力的反映均比较迟钝,震陷不大;湿型黄土(初始含水量大于缩限含水量小于液限含水量)的震陷随初始含水量的增大而增大;饱和黄土则会表现出类似振动液化的现象(谢定义,2001)。图5中统计了不同孔隙比条件下黄土震陷试验的含水量、震陷系数和动应力的散点分布。从图5可以看出,不同孔隙比条件下对黄土试样所加载的动应力取值范围大致是相同的,因此应用该图分析含水量对震陷性的影响时可以不考虑动应力取值的影响。图6给出了以震陷系数等于0.015区分震陷与非震陷所对应的含水量散点图,可以看出,低孔隙比的黄土即使在较高含水量条件下仍可能不具有震陷性,而高孔隙比的黄土在低含水量情况下也表现出了震陷性。由此认为,在工程场地地震安全所考虑的地震风险水平下,低孔隙比的黄土存在震陷性与否的界限含水量,高孔隙比的黄土则不需考虑界限含水量。当进一步考虑黄土的区域分布特征时则可初步认定,黄土高原地区的黄土需要考虑不同含水量
2.4 震陷临界动应力
震陷的临界动应力是土试样发生明显震陷时的动应力,可作为判断黄土是否发生震陷的标准。参照黄土湿陷性判定标准――湿陷系数=0.015,黄土震陷性的判别标准亦可取为震陷系数=0.015。相应地,当振次一定时,震陷系数=0.015时的动应力幅值即为震陷临界动应力(栗润德等,2007)。黄土特有的微结构特征是临界动应力存在的物理基础。当附加动应力作用在黄土体时,土颗粒之间的连接由于土颗粒的不均匀排列而遭受拉、压、扭、剪力的作用。当这些作用力大于土颗粒之间的连接强度时,土颗粒骨架产生破坏,土颗粒重新排列而趋于稳定。此时,土颗粒之间的排列也逐渐密实而表现为震陷。显然,产生震陷的必要条件之一即是附加动应力大于土颗粒之间连接强度,而使得土颗粒致密到一定程度的附加动应力即是临界动应力。由此可见,黄土震陷的产生存在临界动应力,临界动应力与土颗粒之间的连接强度和密实度相关。临界动应力的大小受到固结围压、固结比、含水量和孔隙比等因素的影响。
基于王峻和刘旭(2004)和高鹏(2006)所开展的动三轴试验数据,分析临界动应力随固结围压、固结比、含水量和孔隙比的变化关系,如图7~9所示。图7和图8中的试验土样取自西安南郊,天然干密度为1.31 g/cm3,天然含水量为19.3%,孔隙比为1.062,液限为32.3%,塑限为20.5%。图9中的试验土样取自白银―兰州高速公路沿线的8个不同探井,天然容重为13.52~16.46 kN/m3,天然含水量为7.18%~19.15%,孔隙比为0.908~1.195,液限为25.4%~26.8%,塑限为16.5%~16.9%。图7~9中,固结均压(σc)为3方向固结围压的均值,临界动应力比为临界动应力与固结均压的比值。图7a和8a显示,临界动应力随含水量的增加、固结均压的降低和固结比的增加均呈现出变小趋势,同一含水量条件下临界动应力随固结均压的增加和固结比的减小而呈变大趋势,且这种变大趋势随含水量的增加减弱。这是由于临界动应力的大小主要是由黄土的结构强度所主导,而黄土具有极强的水敏性,所以含水量的增加必然会引起临界动应力的减小。另一方面,固结均压的存在可以抵抗附加动应力的破坏作用,而随着固结比增大而增加的偏应力则会增强对土结构的破坏作用,故而临界动应力随着固结均压的增加和固结比的减小而变大。此外,黄土的结构性随着含水量的增加而减弱,所以在高含水量条件下固结围压和固结比对临界动应力的影响幅度也相应地的变弱。
为去除固结均压对临界动应力的影响,图7b和8b进一步给出了临界动应力比随含水量和固结均压的变化关系。从图7b和8b可以看出,临界动应力比随含水量、固结均压和固结比的增加而减小;临界动应力比与含水量之间存在很好幂函数关系,相关系数R2处在0.961 3~0.992 4之间。低含水量条件下临界动应力比受固结均压和固结比的影响较大,而高含水量条件下则较小,该现象进一步说明了临界动应力受结构强度主导,高含水量条件下黄土结构性的释放使得其临界动应力趋于一致。图9a给出了同一固结条件下不同天然含水量条件下临界动应力随孔隙比的变化关系,可以看出临界动应力随孔隙比的增大基本呈现降低趋势。由图7a可见,临界动应力与含水量的变化关系可粗略认为存在负线性相关。由此,为消除含水量对临界动应力的影响,图9b给出了临界动应力与含水量乘积随孔隙比的变化关系,更为明显地反映出临界动应力随孔隙比增大而减小的变化规律。
3 结论与讨论
本文回顾了国内外在砂、软和黄土场地震陷研究方面所取得的成果进展,并针对黄土震陷研究中的震陷性判定、震陷量估算和抗震陷处理技术等关键问题展开了深入探讨,并着重就现存的缺少黄土震陷实例、区域性黄土的震陷性差异和震陷临界动应力的影响因素分析等问题展开了细致分析。
震陷性判定标准现已纳入地方性规范,但面对我国广大的黄土区域是否具有适用性尚需进一步开展大量的室内试验工作。场地震陷性评价仍以室内动三轴试验手段为准,现有的震陷量估算方法尚处在理论研究阶段而并不具有工程应用性。震陷量估算模型构建需要摆脱众多影响因素之间的关系谜局,从黄土震陷形成的物理力学机制着手或借助土力学方法着手。常用的湿陷性黄土地基处理技术如强夯法、挤密桩法和化学灌浆法等对震陷性黄土地基改良同样具有很好的适用性。
黄土震陷实例在黄土地区的历次强震甚至中强震中均有发现,历史震害中发现的建筑物基础沉降、平坦场地重力型裂缝和低缓坡度的黄土地震滑坡可作为黄土震陷的例证。黄土场地震陷灾害受土性条件、地形地貌和地震动作用等因素的影响而表现出不同类型的发育模式,如震密型震陷、液化型震陷和震陷型滑坡。黄土场地震陷的力学机制研究不仅需要考虑黄土微结构特征和颗粒组分的区域性差异,还需要考虑干湿型黄土的水敏性差异以及场地地形条件差异等因素的影响。震陷临界动应力受黄土的结构强度所主导,同时受水的影响作用显著。
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关键词:云南水温观测;从属函数方法;MS≥50地震;区域构造活动增强;群体异常
中图分类号:P315723文献标识码:A文章编号:1000-0666(2017)02-0233-08
0引言
[KG(0.15mm]地震预测目前仍处在一个经验积累的探索阶段,大量的震例总结、震前前兆观测异常特征研究可以为认识地震孕育过程提供更多的资料。在云南中等地震前兆异常特征研究方面,众多学者作了的工作(付虹等,2007,2008;张立,2013;李琼等,2014,2016),得到了一些比较有意义的结果,但这些研究大部分是基于原始数据异常识别和震例研究进行的。从属函数法主要以观测资料的斜率和相关系数作为参量,能较好地表达地震孕育进入短临阶段的涨落变化特征(林辉等,2004),因此适用于前兆观测资料的短临异常信息提取。部分地震学者(叶秀薇,2004;李杰等,2003;高小其等,2012;范雪芳等,2010)采用该方法提取震前短临异常,取得了较好的结果。[KG)][JP]
水温观测的是不同含水层由于裂隙发育导致串层温度混合的结果,高精度水温观测在地震前兆监测中发挥着重要作用(付子忠,1988)。大量的观测结果表明,水温观测具有较强的映震能力(车用太等,1999;陈沅俊等,1994a,b)。众多地震学者对水温与地震的关系进行了大量研究(车用太等,2003;金众范等,2001;李加稳,孙文波,2004;田华等,1994;尤传侠,1990;刘耀炜等,2008;鲜述东等,2011;杨从杰等,2008;张惠等,2013),得出水温异常主要在地震前的短期阶段出现,时间进程上具有显著的短临异常特征。
本文采用从属函数分析方法提取云南水温前兆异常,以2009―2015年云南省内的17组MS≥50地震作为研究样本,在不知道未来地震震中位置情况下,从全时空的角度对水温的短期异常及效能进行探讨。
1水温资料及地震样本选取
云南共有52项水温观测资料用于日常地震跟踪监视,[HJ2.4mm]资料情况大致可分为3类:(1)观测不稳定,正常和异常动态不清晰,没有对应地震的实例;(2)观测稳定,呈趋势性上升或下降,但映震效果不好,在地震监测预报中没有出现过异常对应地震的实例;(3)观测稳定,有异常对应地震实例,且有部分异常多次对应地震的事实。本研究选取了观测资料相对连续、稳定、有地震对应实例的34项水温资料,采用从属函数计算方法分别提取每项观测资料的异常,34项水温测点分布如图1所示。
2008年汶川大地震后,云南省地震局依托“十五”项目,投入了一批新的水温观测力量,这些观测资料从2009年开始相对稳定。考虑到资料的丰富性,选用2009年以来的水温资料和2009―2015年间发生在云南省内的21次17组(发生在同一个月内的2次地震视为一组)MS≥50地震作为研究样本,地震参数和分布见表1和图1。
2异常提取方法
前兆观测涨落变化幅度增大和出现加速,是地震孕育进入短临阶段的主要特征(林辉等,2004),因此选取了能表征这些特征的数学方法来提取短临异常。
21AP(Abnormal process)方法
[JP2]“AP”值是一阶差分绝对值的滑动累加值,通过过程累加可以同时达到有效抑制较长周期、消除长趋势变化、使异常变化更突出的效果。该方法可以直接用来提取异常,也可以用来对资料进行预处理(石绍先,曹刻,1999)。计算公式如下:[KH*1][JP]
[JP2] APi+T[KG-*4]=[KG-*2]∑[DD(]i+Ti[DD)][KG-*2][JB1|](i=1,2,3,…,n)[JY](1)[KH*1D][JP]
其中:xi为某一测项的观测值,T为累加过程的时间窗长。本研究选取10天观测数据作为时间窗长,意在凸显短期变化,为下一步采用从属函数法提取异常做准备。图2为保山观测值与AP计算值曲线,从图中可以看出,原始曲线呈缓升变化,异常不突出,通过计算后,一些在原始观测曲线上无法识别的加速异常被提取出来。
22从属函数方法
前兆观测量是时间的函数,前兆异常表现为观测量随时间的突出变化,虽然异常形态多种多样,但其本质都是观测值曲线随时间的斜率变化。模糊数学方法中的模糊从属函数μi就是反映各种地震前兆观测曲线随时间的斜率变化的量(贺仲雄,1983)。相应的解析式为:[KH*1]
μi=[KG-*4][JB2]]-1(i=1,2,3,…,n)[JY](2)[KH*1D]
式中:ki为观测值变化斜率,表征的是数据变化的幅度;ri为滑动平均值M(t)与时间t之间的相关系数,反映了计算序列内在质量的好模弧匚经验常数,不同观测的∝值需要根据从属函数μi与历史震例的最佳对应关系来确定,对同一个测项来说,∝值越小,说明测值越稳定,通过计算得到的33个∝值均小于1,其中小于001的有22个,说明采用从属函数提取异常前先用“AP”方法进行数据预处理是比较理想的;当μi≥05时,可视为异常。即当斜率增大到一定程度,可视为观测值的涨落变化增大,发生地震的危险性增大。图3为使用从属函数方法对AP值进行计算后得到的μi值,从计算结果看,进一步计算后,短期异常更为突出、容易识别。[FL)]
[SD30*1,1][JZ][XC李琼3.TIF][KH*2/3D][HT5K][JZ]
图3从属函数计算值曲线[JZ]
Fig3Graph of calculated values by using the slave function[KH*1]
[BT(12+*4]3初步结果分析
31单项异常及预测效能分析[BT)]
对34项实测数据分别采用“AP”方法进行计算,再以计算结果为基础数据,进行从属函数计算后,将μ≥05的数据作为异常,对每项资料出现异常的起止时间进行标注,出现异常,规定异常结束3个月内云南发生地震为对应,否则视为虚报。研究时间段内,用对应地震的异常次数除以异常总次数表示对应率,虚报地震次数除以地震总次数表示漏舐剩按此原则得到了每个测项与地震预测的对应效能(表2)。
从单项指标分析,虽然地震对应率参差不齐,但50%以上的异常都能对应云南省内的地震,表明提取的水温短期异常有较好的对应地震的能力,但同时对地震都有漏报。
32异常频次与地震关系分析
对34项资料的从属函数值进行0-1化处理,μ≥05用“1”表示,μ
由图4及表3可见,频次异常一般持续时间为40~250 d,异常开始时间超前地震20~230 d,如果每组异常过程只考虑首发地震,依据震例总结规范(张肇诚等,2013),异常超前地震20~140 d全部为短期异常。8组异常对应地震,1组虚报;异常超前地震20~140 d,17组地震报准13组,漏报4组。如果异常过程中发震,则后续50~70 d内多有中等地震继续发生;如果异常结束后才发生地震,则之后再次发生中等地震的可能性小。
33权重集成异常与地震关系分析
各单项前兆,其过去的预报效能是不同的,它们有优劣之分。用权重(w)大小对其优劣或信度加以区分,对第i种前兆的预报结论yi配一个权重系数wi,好的前兆权重大,差的权重小。用下式求取权重集成预报值(陈立德,1993):[KH*4]
P=[KG-*3]∑[DD(]ni=1[DD)]w1y1+w2y2+……+wnyn[JY](3)[KH*2D]
各单项前兆的权重可以用下式求得:[KH*4]
wi=[HT10.][SX(][SX(]1第i种前兆虚报数+1[SX)]∑[DD(]ni=1[DD)][SX(]1第i种前兆虚报数+1[SX)][SX)][JY](4)[KH*2D]
权重wi符合条件:[KH*2]
∑[DD(]ni=1[DD)]wi=w1+w2+……+wn=1[JY](5)[KH*2]
根据各项异常与地震的对应关系,由式(4)计算得到各单项水温的权重(表2),从属函数值μ≥05,则y为“1”,μ
由图5及表4可见,9组异常持续时间20~200 d,异常开始时间超前地震10~180 d,为短期异常。8组异常对应地震发生,1组虚报;17组地震报准12组,漏报5组。
34R值评分结果
采用许绍燮(1989)的R值评分法,对频次叠加值和权重集成值出现异常预报地震的效能进行评价。计算公式如下:[KH*5/4]
R=[HT10.][SX(]报准次数地震总次数[SX)]-[SX(]预报占用时间研究占用时间[SX)] [JY](6)[KH*5/4]
根据表3和表4结果,R频次=[SX(]1317[SX)]-[SX(]8902 280[SX)]=03744≈0374,R权重=[SX(]1217[SX)]-[SX(]6802 280[SX)]=0407 6≈0408,置信水平为975%的随机预报R0值分别为0318和0299。R频次>0318,R权重>0299,异常频度和权重集成信度值预测方法,均能通过R值评分检验,说明云南地区水温用AP方法提取异常过程后,再用从属函数提取异常的研究结果对省内5级以上中等地震具有较好的时间预测意义。
35分区异常与异常区内地震相关关系分析
为了追踪未来地震的发震地点,采用更小区域的异常与该区地震对应,根据地震活动特点,将云南分为多个不同的区域,以旬为单位给出分区的水温异常频次(图6),选择发生在区内的MS≥50地震作为研究样本,采用最佳对应原则,确定各区的异常判定阈值,其分区和地震对应情况如下:
(1)滇东北地区:26°N以北,102°E以东的云南境内地区,共有东川、会泽、宣威、昭通、渔洞5个测点,将至少有2个测项出现异常(N≥2)视为异常,共出现6组异常,对应地震3次、虚报3次。
(2)滇中至滇西北地区:红河断裂以东、小江断裂带以西的云南境内,共有丽江、永胜、姚安、元谋、华宁、江川等15个测点,异常频次N≥4,且持续时间在20 d以上视为异常,共出现8组异常、2组对应地震、6组虚报、漏报地震4组。
(3)小滇西至滇西南地区:澜沧江以西的云南境内,共有保山、腾冲、孟连等8个测点,将异常频次N≥3,且持续时间在20 d以上视为异常,共出现6组异常、2组对应地震、4组虚报;区内共5组地震,对应2组、漏报3组。[JP2]
(4)滇南至滇西南地区:25°N以南,995°E以东的云南境内,共有华宁、峨山、镇沅、大寨等11个测点,将异常频次N≥3且持续时间在20 d以上视为异常,共出现6组异常、1组对应地震、5组虚报;区内共2组地震,对应1组、漏报1组。[JP]
分区的结果显示,如果把云南划分为更小的构造单元,用更小构造单元的异常对应本单元的地震,虚报、漏报率会大大增加,这一结果表明:地震不一定都发生在异常集中的地区,异常集中的小区域也不一定发生地震,这一观测事实表明如果跟着异常走,地点错报的可能性会加大。分析认为当云南地区构造活动增强时,表现为大范围多点的前兆观测出现异常,以云南地区大区域为单元,当异常增加的时候是有利于地震发生的。
4结论及讨论
利用从属函数方法提取单项水温异常,分析地震预测效能,对单项异常进行频次叠加,提取综合异常,分析与地震的关系。根据本文研究结果,得出如下几点认识:[JP2]
(1)云南目前上报数据用于会商的水温观测资料共有52项,其中挑选出34项相对较好的资料,表明云南水温资料的利用率大致为65%,有35%的资料没有应用效能。34个测项资料中,通过采用AP和从属函数计算方法提取异常,出现异常后,14个测项对应率在70%~89%间,4个测项对应率在60%~69%间;8个测项对应率在50%~59%间;若全省有8个测项同时出现异常,其后云南省内发生5级以上地震的对应率为100%,表明水温在震前短临阶段的涨落变化是存在的,井水温对地震在时间上有相对较好的预测效能。[JP]
(2)全省水温的异常频次和权重集成方法对省内MS≥5地震都有较好的预测能力,预测效能都能通过置信水平为975%的R值评分检验。从2种方法的结果看,权重集成比直接用频次预测,漏报多1次。说明在云南的水温观测中,出现异常的数量更为重要,异常数量足矣刻画云南的构造活动特征,并可用该特征进行发震时间预测。
(3)如果把水温测点按照构造和地震活动进行分区,用区内的异常对应区内的地震,虚报率和漏报率都大大增加,说明在云南地区,采用水温异常找未来的地震地点是困难的,水温的异常变化更适合作短期尺度的时间预测。
(4)震前大范围水温异常增多的事实,与前兆观测到的大量异常是区域构造活动增强的结果,异常与地震都是区域应力水平增加的认识是一致的(陈立德,付虹,2003),当区域构造活动增强时,我们能观测到整个区域的异常增多,这个结果为地震短期预测提供了可能。从2009年以来的水温群体异常特征还发现,如果地震发生在异常结束以后,其后继续发生中等地震的可能性小,反之则有继续发生地震的危险。表明前兆异常数量居高不下,可能反映的是区域应力水平继续维持高值,在这种状态下有利于地震的发生,这与数值模拟得到的结果也是一致的(耿鲁明等,1993),表明异常的持续发展可以作为判断后续是否有地震的指标。
(5)微观前兆异常是监视区域地壳应力增强作用下地壳介质产生应变和应力集中并达到一定量的结果和传递出的信息。水温测值异常可被视为当构造活动增强时,观测站及附近地壳中含流体的介质受力后其裂隙、孔隙、裂缝等发生变化,引起流体移动速度及物质交换发生变化的结果(陈立德等,2008)。
(6)当区域构造活动增强,应力水平l生变化时,水温短期群体异常增多,与地震有较好的相关性,因此可以作为云南有震的时间判别指标,但地点需要用其他方法进行确定,如云南4级地震活动增强的区域多为未来6级地震发生的地区(付虹等,2015)。如果每个观测手段均发挥自己的优势,统筹考虑其作用,可能对提高地震短期预测水平更行之有效。
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(2 Earthquake Administration of Kunming Municipality,Kunming 650500,Yunnan,China)[JZ]
(3 Earthquake Administration of Zhaotong Municipality,Zhaotong 657000,Yunnan,China)
[WT5HZ][JZ]Abstract[WTB1]
一、防震减灾发展现状与环境
(一)地震灾害背景。市地处东明——渤海强烈沉降区,辖区内自西北向东南平行分布有沧东断裂、杨家堡——边临镇断裂、陵县——冠县断裂、庆云断裂、聊考断裂等一系列活动断裂,将第三纪前基岩切割成一系列的坳断与隆断,地质条件十分复杂。具体到我县,位于陵县——冠县断裂块上。据历史记载,我县曾受到周边地震波及十余次,最大影响程度达到Ⅷ度。在即将颁布的新一代地震动参数区划图中,我县抗震设防水平又有提高,由原来的Ⅵ设防提高为Ⅶ设防,再加上我县基本都是松软沉积地层,地震隐患较大,地震灾害将是威胁经济社会发展和人民群众生命财产安全的一个潜在因素。做好防震减灾工作具有特殊重要的意义。
(二)工作现状。近年来,县委、县政府高度重视地震工作,专门成立了地震工作办公室,大力推进地震监测预报、震害防御和应急救援三大工作体系建设,为全面做好防震减灾工作奠定了坚实基础。主要体现在:一是加强地震科普知识宣传教育。深入开展地震科普知识进机关、进学校、进社区、进企业、进农村“五进”活动,利用“5.12”、“7.28”大地震纪念日、科技活动周、减灾日等有利时机,通过标语、挂图、讲座、演练等多种形式,积极宣传防震减灾知识,群众的防震减灾意识和防震避震、自救互救能力得到提高。二是健全地震群测群防网络体系。每个乡镇明确1名防震减灾助理员,设置一处地震宏观观测点,明确1名宏观测报员,每个社区明确1名灾情速报员,定时和县地震办联系,及时反馈信息,全县上下形成了横到边、纵到底的地震群测群防网络体系。三是制定了《县地震应急预案》,下发各级各部门,并分部门、分行业依次召开座谈会,对预案分工情况进行再落实。四是建立地震观测设施。设置强震监测台1处,并与省、市地震主管部门联网,实现了地震事件5分钟内计算机自动速报、10分钟左右人机交互速报。五是部分重大建设工程项目实施了地震安全性评价,为建设工程抗震设防提供了科学依据。
(三)存在问题与不足。目前,我县防震减灾工作仍处于起步阶段,防震减灾基础还十分薄弱,与全县经济社会发展、建设幸福的要求相比还存在诸多不适应。一是防震减灾意识薄弱,对地震灾害心存侥幸。防震减灾事业协调发展机制还不健全,重视程度不够,基础能力不强。二是建设工程抗震设防存在薄弱环节。抗震设防要求还没有全部纳入基本建设审批程序,不少项目尤其是农村民居建设项目抗震设防能力十分薄弱。另外,由于我县地震工作起步较晚,城市规划区的地下地质构造不清,主城区及开发区的地震活断层探测和地震小区划工作亟待进行。三是地震监测预报水平较低,捕捉地震前兆特别是短临前兆信息的检测网络还不健全。四是应急救援体系建设基础薄弱。应急救援队伍的组建和培训,应急装备、应急物资储备等方面还有待进一步充实完善。五是防震减灾知识的宣传力度还需进一步加大,宣传方式还有待于进一步创新。六是社会公众普遍缺乏防震减灾常识和自救互救能力。
(四)发展环境。一是县委、县政府对防震减灾工作重视和关注程度不断增强,坚持把防震减灾作为保障民生的一项重要工作,强化部署,加大投入。二是经济社会发展对防震减灾工作又有新需求。当前,幸福建设正在快速推进,新城区、开发区、城镇化和重大工程建设日益加快,在社会财富快速积累的同时,灾害造成的损失也将越来越大,迫切需要进一步加强地震监测预测,推进基础探测,强化救援救助等地震安全保障措施,切实提升全社会抗御地震灾害的能力。三是人民群众对防震减灾工作又有新期待。随着经济快速发展和群众生活质量的提高,人民群众更加珍视生命安全,更加重视生存空间的安全,对防震减灾工作的期望值越来越高。与此同时,人民群众参与应急演练、志愿者工作及组织民间救援团体等防震减灾活动的积极性空前高涨,防震减灾工作必须顺应广大人民群众的减灾诉求。
二、总体要求
(一)指导思想。以科学发展观为指导,坚持以人为本,把维护和保障人民群众的生命财产安全作为首要任务,坚持预防为主、防御与救助相结合,以最大限度减轻地震灾害损失为根本宗旨,以“监测广覆盖、预报显实效,地下搞清楚、地上建结实,灾情快获取、救助更及时,科技再创新、服务更有力”为基本要求,依靠科技,依靠法制,依靠全社会力量,切实加强防震减灾三大体系建设,全面提升全县综合防震减灾能力。
(二)基本原则。
1.坚持政府主导、部门各负其责原则。牢固树立全县一盘棋思想,将防震减灾作为一项重要的民生工作进行安排和部署。在县政府统一领导下,发改、住建、规划、民政、公安、消防、地震等相关部门共同参与,各司其职,各负其责,全力做好防震减灾工作。
2.坚持与经济社会发展相适应原则。将防震减灾工作纳入经济社会发展大局中统筹部署,使防震减灾工作与全县经济和社会发展相适应。
3.坚持预防为主、防救结合原则。统筹推进防震减灾体系建设,扎实做好防震减灾各项基础性工作,切实提高防震减灾能力。
4.坚持依法推进、强化监管原则。实现防震减灾工作法治化、规范化、责任化。
5、坚持立足服务、创新发展原则。把握社会对防震减灾工作的新要求,追踪地震科技发展前沿,努力把防震减灾最新建设成果转化为公共服务产品,不断探索防震减灾事业发展的新方法、新举措。
(三)发展目标。
1.到年,地震监测能力明显增强,基本形成多学科、多手段的综合监测系统;地震预测预报系统不断完善,对防震减灾贡献率进一步提升;初步建成地震烈度速报系统,20分钟内完成地震烈度速报。
2.城乡抗震设防能力明显增强,新建、改建、扩建工程全部达到抗震设防要求;基本完成已有的抗震设防能力不足的重要建设工程的加固改造,农村民居抗震能力不断提高。
3.基本建成以地震专业救援队伍为中坚、有关行业救援队为为骨干、志愿者队伍为补充的救援队伍体系;破坏性地震发生后,15分钟内启动地震应急预案,1小时内组织并派出现场工作队、救援队开展现场震情监测与紧急救援,6个小时内初步确定灾区范围,24小时内受灾群众得到基本生活救助。
4.社会公众的防震减灾意识显著提升,基本掌握防震减灾基本知识和防震避险技能。
三、主要任务
(一)地震监测预报体系建设。
1.提高地震监测和预报、预警能力。在省、市地震主管部门的帮助指导下,积极推进地震台网中心建设。利用废弃闲置的油气井和深水井建设1处测震台,同省、市地震局直接连网,及时上报信息,实现对区域内的地震实时监控,力争做到长期预报更加科学、中期预报准确率不断提高、短临预报有所突破。
2.加强群测群防工作。完善群测群防工作机制,加强地震宏观测报网、灾情速报网、地震知识宣传网和乡镇助理员的“三网一员”建设,充分发挥群测群防的重要作用。建成县级群测骨干点2个、乡镇级宏观测报点13个,各乡镇明确1名防震减灾助理员、1名宏观测报员,各社区明确1名灾情速报员。对宏观测报员和灾情速报员建档立卡,发放证书,制定制度,落实待遇,明确责任,建立“三网一员”数据库。在全社会开通“12322”防震减灾公益服务热线,完善信息畅通渠道。
(二)地震灾害预防体系建设。
1.完成县城区及开发区地下活动断层探测和地震小区划工作。在省、市地震局的指导下,年完成城区及开发区地下活动断层探测和地震小区划工作,真正达到“地下搞清楚、地上建结实”的目的,推进震灾防御基础性成果在城市防震减灾中的有偿使用,为我县编制城市总体规划、进行城市建设和国土开发利用提供抗震设防依据。同时,新建、改建、扩建一般建设工程全部达到小区划图标示的抗震设防要求。依据我县地震小区化图标示,在编制国土利用规划、城乡规划时,充分考虑区域内潜在的地震风险,严禁在地震断裂带上规划建设城市新区、学校、医院和重要基础设施。
2.依法加强建设工程抗震设防要求监管。将建设工程抗震设防要求纳入基本建设审批程序,并作为建设工程项目可行性论证、工程选址、工程设计和工程验收的必要内容,严格按照抗震设防要求进行设计和施工。加强建设工程抗震设防要求备案审查,重大建设工程、生命线工程和可能发生严重次生灾害的建设工程,要依法开展地震安全性评价。尤其对大型交通项目、水库项目、天然气、液化石油气的接收、存储、城市供水、供热、大型居民小区、中小学校舍、卫生医疗场所、重大化工项目等,都要按规定进行工程场地地震安全性评价,做到应评尽评,按“度”设防,确保安全。全面排查已有基础设施、重大工程和大型化工企业的抗震设防隐患,及时除险加固。
3.加强农村民居抗震设防工作。提高农村民居抗震设防能力,到年,建成1处农村民居地震安全示范工程,60%以上的新建农村民居和村镇公用设施采取有效抗震措施,农村社区、城中村改造等农居项目达到抗震设防要求,让农民群众逐步住上安全结实的房子。
4.加强学校、医院等人员密集场所的抗震设防。一方面,要落实学校、医院等人员密集场所建设工程地震安全责任制。另一方面,对新建、改建、扩建的学校、医院建设工程,要严格执行抗震设防标准,按照高于当地房屋建筑的抗震设防要求进行设计和施工,增强抗震设防能力,建成最安全、人民最放心的学校和医院。
5.加强地震次生灾害防治,提高基础设施抗震能力。交通部门要全面提升交通基础设施抗震能力,按要求适当提高建设标准,加快危险路段、桥梁整治改造。水务部门要对病险水库进行除险加固,尽快完成病险水库的抗震性能鉴定,确保水库大坝的地震安全。供电、供水、供热、供气、各化工医药企业、通信等部门要适当提高系统抗震设防标准,对重要的设施和线路实行差异化设计,加强重要用户自备保安电源的配备和管理,拿出应对地震次生灾害的预案,切实做好地震次生灾害的防治工作。
6.大力开展防震减灾宣传教育。建立防震减灾宣传教育长效机制,将防震减灾宣传教育纳入县委党校干部培训教学计划和中小学公共安全教育计划。推进科普示范学校和防震减灾科普基地建设,“十二五”期间,建立省级地震科普示范学校1处,市级科普示范学校3处,达到“宣传一个孩子、带动一个家庭、影响整个社会”的目的。通过防震减灾知识进机关、进企业、进社区、进学校、进农村、进家庭“六进”活动,全面提高全民防震减灾意识和技能。
(三)地震应急救援体系建设。
1.完善应急预案体系建设。建立健全县、乡、重点部门地震应急预案的制定、修订和补充工作,消除预案死角。健全应急预案的备案、督查、评估和演练制度,定期进行应急检查,每年至少开展一次应急疏散演练,县城区内各中学、各乡镇中心小学要一年轮流演练一次。
2.加强地震应急救援队伍建设与培训。本着“一队多用、资源共享、专兼结合、军民结合、平战结合”的原则,由县地震办、消防大队、武警中队、卫生局等有关部门组成一支反应迅速、机动性高、突击力强,能随时执行地震应急救援任务的地震灾害应急救援队,一旦发生地震事件,确保能拉得出、用得上、见成效。对所有应急救援人员建档立卡,发放证书,加强培训,提高能力,明确义务,落实责任。
3.做好应急避难场所建设。结合广场、绿地、公园、学校、体育场等公共设施,因地制宜建设应急避难场所,合理安排地震应急避难场所必须的交通、供电、供水、排污、物资储备等设备设施。学校、医院、影剧院、商店、酒店、体育场馆等人员密集场所要设置地震应急疏散通道,配置必要的救生避险设施。“十二五”期间,要把我县的和谐广场、琵琶湾公园、师范广场、三国文化广场、医院前广场、一中广场等规划建设成地震应急避难场,满足周边群众的应急疏散和安置要求。对应急避难场所要设定指示标识,划定功能分区,完善基本的供排水、供电等设施,提高避难效用。
4.加强地震应急救援物资储备体系建设。建立健全地震救灾物资储备网络和城市救灾物资储备站,优化储备布局和方式,合理确定储备品种和规模。按照布局科学,种类完备,数量合理,调拨迅速的要求,完善跨部门、跨地区、跨行业的地震应急物资的生产、储备、调拨和紧急配送等机制。鼓励引导社会、家庭开展必要的防震减灾应急物资储备,实现专业储备和社会储备、物资储备与生产能力储备的有机结合。要建立全县地震应急物资储备数据库,定时确认和更新,做到有备无患,真正应急。
四、保障措施
(一)加强组织领导。防震减灾工作是一项系统工程,要把防震减灾工作摆上重要议事日程,切实加强组织领导,建立完善工作制度,强化协调合作,形成防震减灾工作合力。在规划实施过程中,要及时协调解决存在的问题,强化监督检查,确保规划顺利实施。
(二)健全工作机构。要建立健全防震减灾工作机构,积极落实“三网一员”人员,理顺防震减灾职能,加强防震减灾力量,保证必要的人员编制和工作条件,确保防震减灾工作正常开展。
(三)强化督导考核。要认真制定防震减灾工作计划,明确专门人员,强化工作措施,狠抓工作落实,确保工作到位、落实到位、责任到位。县政府将把防震减灾工作纳入年度目标考核体系,并对各单位工作开展情况定期进行督导检查。
(四)加大投入力度。要将防震减灾经费纳入本级财政年度预算,设立防震减灾专项资金,建立与本地经济社会发展水平相适应的防震减灾投入机制。要积极拓宽资金渠道,引导社会各界参与对各类工程设施和城乡建筑抗震设防投入,以达到抗震设防要求。
县委、政府决定召开全县农村民居地震安全工程建设现场工作培训会议,主要任务是深入贯彻全国农村民居地震安全工作会议、国务院防震减灾工作联席会议和省、市农村民居地震安全工作会议精神,总结我县*年农村民居防震保安试点工程建设工作经验,全面启动和部署*年农村民居地震安全工程建设。下面,我讲三点意见:
一、以史为鉴,深刻认识农村民居地震工程建设的重要性和必要性
我县地处小江断裂、则木河断裂、莲峰断裂交汇部位,又属滇东地震活动带地段,历史上地震活动十分频繁,1900年以来在我县境内就发生5级以上地震13次,平均每8年就有一次5级以上地震。1930年5月15日蒙姑新塘村一带发生的6.0级地震,造成了当地除一人生还外,其余全部丧生的惨痛悲剧。2005年8月5日发生的5.3级地震,造成了大量民房、学校受损、基础设施严重破坏、直接经济损失上亿元的惨重损失。惨痛的历史教训告诉我们,地震灾害已成为我县经济社会发展中的一大杀手。目前,我县农村民居抗震设防管理薄弱,大多数房屋未经正规设计和施工,设防能力弱,抗震防灾能力普遍低下,一旦发生破坏性地震等自然灾害,将给广大人民群众造成巨大的损失。因此,全面建设农村民居地震安全工程势在必行。农村民居地震安全工程是全面落实科学发展观,统筹城乡经济发展,构建社会主义和谐社会的一项重大战略决策,是扎实推进新农村建设的重要内容,是科学防震、主动减灾的有效途径,是以人为本、关注民生、为民谋利的惠民工程。各乡镇各有关部门必须清醒地看到我县农村民居存在的安全隐患,充分认识建设农村民居地震安全工程的重要意义,进一步增强责任感和紧迫感,切实把思想统一到市委和市政府的战略部署上来,统一到县委、政府的具体安排上来,牢牢抓住全面建设社会主义新农村这一历史机遇,乘势而上,全面建设好农村民居地震安全工程。
二、*年我县防震保安示点工程的基本经验
按照省委、省政府和市委、市政府要求,我县于*年10月正式启动了农村民居地震安全工程试点建设工作。试点工程选在白鹤滩镇的野鸭村实施,工程覆盖113户440人,其中21户砖混、砖木结构房屋列入维修加固处理;92户土木结构房屋列入拆除重建处理。工程总投资198万元,其中国家投资90万元,群众自筹108万元。试点工程建设在市委、市政府和县委、政府的正确领导和上级各部门的关心支持下,圆满完成了各项建设任务,取得了明显成效。总结我县*年农村民居防震保安试点工程建设,我们主要有以下做法和基本经验:
一是健全机构抓领导。我们充分认识到开展农村民居防震保安试点建设工作的重要性和必要性,把试点工程作为当前和今后一段时间各项工作的重点,纳入重要议事日程,确保人力、物力、财力和措施四到位,保证各项工作顺利推进。县里成立了农村民居防震保安试点工作领导组,由我任组长,常务副县长和分管副县长任副组长,成员由县政府办、财政局、建设局、地震局、发改局、民政局、审计局、国土局、农业局、林业局、水利局、扶贫办、广电局、农村信用联社主要领导和白鹤滩镇主要领导组成。领导组下设办公室,分设了工程技术组、工程组织实施组、资金管理组、资金使用监督组、宣传报道组六个工作组开展工作,明确了各组具体职责,做到职责明确,分工负责,团结协作、齐抓共管,确保了组织领导到位,有力地推动了试点工作的有序开展。
二是强化宣传抓动员。农村民居防震保安工程建设的主体是群众,受益者也是群众。全面实施农村民居防震保安工程,单单靠各级组织机构和党员干部的力量是远远不够的,不能只是干部“一头热”,必须调动群众的积极性,获得群众的支持尤为重要。我县农村民居防震保安工程建设初期之所以工作进展不明显,一个重要原因,就是一些群众的思想认识不到位,有的持消极态度,特别是列为加固改造的甚至有错误认识和抵触情绪。可以肯定的说,如果没有广大群众的积极参与,仅靠各级干部“一头热”是绝对不可能把这项任务完成好的。我县农村民居防震保安工程建设进展日益顺利的过程,就是广大群众从最初的抵触到逐步理解认同到现在广泛参与的过程。正是我们坚持以人为本,突出群众的主体地位,通过深入细致的宣传鼓动和合情合理的政策推动,采取了召开动员大会、现场启动会议、张贴标语、广播宣传、座谈等方式,做了大量的宣传发动工作,营造了良好的舆论氛围,把干部群众的思想基本统一到农村民居防震保安试点建设工作上来,充分调动了广大干部群众参与农村民居防震保安试点建设的主动性和积极性,切实转变了传统的建房意识和思想认识,树立了自己的村庄自已建,自己的房子自己盖的主观意愿,克服了等待观望的现象,从而使工作开展有了扎实的群众基础。
三是加强指导抓质量。工程质量直接关系到人民的生命财产安全,关系到党委、政府在各族人民心中的形象。农村民居防震保安工程建设既要结合当地实际,又要始终确保工程质量。在进行农村民居防震保安工程规划、房屋设计时,既着眼于全县小康目标的建设,又考虑到项目实施乡镇的实际,区别对待,突出经济实用,美观新颖。县镇工作人员在具体的指导工作中高标准、严要求,认真把好质量关,同时明确了村组质量义务监督员,充分调动群众参与质量监督的积极性,借助社会和群众监督,确保了各项目建设质量。城管局制定了工程建设控制要点,明确了工程建设各环节特别是隐蔽工程的质量监管要求,有效杜绝了隐蔽工程的质量隐患,确保群众所建住房符合防震安全要求。强化了监督检查,由城管局派驻的专业技术人员和村组质量义务监督员共同把关,定期不定期地进行了逐户监督检查,对发现的问题及时整改,对达不到质量要求的一律反工,及时有效地排查了安全隐患,确保了工程质量。
四是克服资金困难抓整合。建设“抗震性能好、实用价值高”的安全工程,资金不足是最大的制约因素。我县*年农村民居防震保安试点工程按照“财政补助一点、项目整合一点、农民自筹一点、贷款添补一点”的筹资原则,广开筹资渠道,多元化筹集资金,有效破解了资金投入不足这个最大的瓶劲制约因素,基本保证了试点工程建设必须的资金投入,形成了“政府主导,农民主体、企业支持”的筹资新格局。
五是强化措施抓落实。在工作中,注重推行分片包干负责制。抽调的县指导组和镇驻村工作组成员实行分片包干挂钩到户的办法,每人负责帮扶20户农户,帮助协调解决建设过程中存在的困难和问题,督促农户按照进度推进工程建设。注重抓好财物管理。以领导组办公室文件的形式印发了资金管理办法,把民主管理贯穿试点建设的始终,做到公正、公平和公开。注重抓好督促检查。在工作中,加大督促检查力度,定期不定期地深入实地督促检查工程建设质量和进度,有力地促进了试点工程的顺利完工。
我县农村民居防震保安试点建设工作虽然取得了一定的成绩,但与上级的要求和群众的期望还有一定的差距,工作中仍然存在一些有待解决的困难和问题。一是主体意识不够强。绝大多数群众对农村民居防震保安试点建设工作是支持的,但也有个别群众认为农村民居防震保安试点建设是上面的事,主动参与意识较弱,当涉及自己切身利益时又斤斤计较,提出一些过高或无理的要求。二是工作进展不均衡。总体上看,经济条件较好的、群众积极性较高的进展较快,经济条件较差、投入能力较弱的进展较慢。三是配套工作到位难。客观上由于群众自筹能力弱,自筹资金不能及时到位,加之前段时间水泥供需矛盾突出,一定程度上制约了工程的进度。主观上驻村工作组在协调物资到位、到户指导方面的思路不够宽、办法不够多、措施不够硬,务实敬业的精神还不够,协调和指导工作有待进一步加强。四是劳力投入保障难。青壮年劳力外出务工较多,一部分家庭只有老人和孩子留守,建设所需的劳动力难以保障,这在很大程度上影响了工程建设的总体进度。
三、围绕目标,突出重点,全力抓好今年农村民居地震安全工程建设
多年来,我县农村民居建设从规划选址、设计施工、质量安全、抗震设防等环节都缺乏有效管理,致使农村民居建设质量低、抗震性能差、存在普遍的安全隐患。从我县的地震史可以看出,造成损失最严重的是农村民居。面对复杂和严峻的地震,全面提高农村民居防灾减灾的能力,最大限度地减轻地震等自然灾害造成的损失,保障人民群众生命财产安全,是我县全面建设小康社会和构建和谐社会的一项重要任务。因此,我们要按照省、市要求,完成好省政府下达的1600户的计划任务,其中加固1000户,重建600户。要通过一批民居地震安全示范村、示范户的建设,进一步完善农村民居建设管理机制,增强农民群众防震减灾意识,影响和带动广大农民群众改善居住环境,逐步消除农村不具备防震减灾能力的危旧民居,确保地震发生时,农村民居主要用房不倒塌,最大限度地减少人员伤亡和财产损失,使农村民居的抗震防灾能力得到普遍提高。要全面完成今年的目标任务,各乡镇和各相关部门务必要高度重视,精心组织,在工作中要做到抓好三项工作,做到四个结合,落实五项要求:
抓好三项工作:
一是要抓好选址规划工作。规划是农村民居地震安全工程建设的重要环节,直接关系到农村民居地震安全工程建设的成败。各乡镇和各相关部门要认真开展农村民居基础资料调查,组织专门力量,对现有农村民居逐户进行抗震性能普查,全面清查农村住房安全隐患,对不符合防震、抗震要求的农村民居,要提出科学合理的加固、改造方案。建立农村民居基础数据库,切实做到“户有帐、村有簿、乡有册、县级进行系统联网管理”,为科学制定农村民居地震安全工程建设规划打好基础。要结合全县的“十一五”经济社会发展规划、各乡镇的新农村建设规划及农村各项基础设施和公共服务设施专项规划,编制好农村民居地震安全工程建设规划,明确总体思路,分阶段有重点地稳步推进农村民居地震安全工程建设。要按照乡(镇)村建设“统一规划、合理布局、科学选址、配套建设”的原则,做好乡(镇)村建设规划的编制、修订工作,把防震减灾作为乡(镇)村建设规划的重要内容,充分发挥乡(镇)村规划的调控工作,使农民建房避开地震断裂带、抗震不利地段和滑坡、泥石流、塌陷、洪水等自然灾害易发地段。
二是抓好资金的筹集和管理。实施好农村民居地震安全建设工程,建设资金是难点,也是关键,我们必须拓宽资金渠道,多渠道筹集建设资金。要按照“群众自筹为主,政府和社会支持为辅”的原则,调动广大农民群众自筹资金建设抗震民居的积极性和主动性,引导社会各界捐赠和对口帮扶,对口资助贫困地区农民实施抗震民居建设。金融部门要加大农村民居地震安全工作建设贷款支持力度,农村信用社要把支持农村民居地震安全工程作为信贷支农的重点,放宽贷款的期限,简化信贷手续,方便和满足农户改造建设住户的贷款需求。在实际操作中,要坚持民主决策与民主管理相结合、办事过程公开与公布办事结果相结合、村民监督与部门监督相结合的原则,根据农村民居的安全状况,加固工程量的大小,农户收入情况分别确定补助对象和标准,不搞平均主义。要特别关注农村贫困户和特困户的实际困难,给予帮助和适当政策倾斜。所有补助对象、补助标准、补助金额都要张榜公示,民主评议确定。财政、监察、审计部门要加强对农村民居地震安全工程专项补助资金的监督和管理,切忌挪用、挤占、贪污农村民居地震安全工程建设资金,对违反资金管理规定的要严肃处理,绝不姑息迁就,确保资金安全。
三是抓好工程质量管理。城管等部门要对原制定的工程建设质量控制要点和加固改造方案进一步的细化完善,为技术指导提供书面依据。工程建设期间继续坚持强化工程建设各环节特别是隐蔽工程的质量监管,杜绝隐蔽工程的质量隐患,确保群众所建住房符合抗震设防要求。一要编制好实用的施工图集和施工技术要点指南。要根据国家、省建筑设计、施工验收规范标准及抗震技术指导意见要求,按照“抗震、节约、环保”的原则,结合实际,编制农村民居抗震加固和拆除重建实用施工图集及施工技术要点指南,免费提供给村民使用,指导农村民居实施加固改造和拆除重建工程建设。二要加强农村工匠技术培训。采取集中学习、现场讲解、观摩、操作等方式对乡村建筑工匠进行义务技能培训,培养一批掌握农村民居抗震基本知识和操作技能的建筑工匠,充实施工队伍,为确保农村民居地震安全工程建设质量打好基础。三要加强施工管理。各级农村民居地震安全工程建设工作领导组办公室要切实履行职责,加强施工管理。县、乡(镇)、村要逐级建立工程质量督促检查组,对农村民居地震安全工程建设实行动态跟踪管理,各乡镇要配备专职或兼职安全质检员,对工程的安全质量进行日常监督管理。整体工程按要求完工后,各乡镇要组织自查自验,自验合格后向县农村民居地震安全工程建设工作领导组提出申请,再由县农村民居地震安全工程建设工作领导组组织初验,并将相关资料整理归档,迎接市级组织的验收和省级组织的抽查。
做到四个结合:
一是把地震安全工程建设与社会主义新农村建设相结合。要把农村民居地震安全工程作为新农村建设的一项重要任务,使之与村庄规划、村容村貌整治结合起来,凡是新农村建设中的新村建设、民居改造都要提出抗震要求,因地制宜开展抗震工作,为建设小康、文明、生态、和谐的新农村打好基础。
二是把地震安全工程建设与扶贫开发、移民搬迁工作相结合。要整合扶贫开发、移民搬迁工作中的各方面的资金,在整村推进、易地开发扶贫、水电工程移民搬迁安置中,新建的住房都要做好地震安全工作,以提高贫困群众住房的抗震防震能力。
三是把地震安全工程建设与促进地方经济发展相结合。在农村地震安全工程建设中,要研究制定相关优惠政策,动员鼓励企业、单位及各方力量共同参与农村建设,通过各种扶持,发展农村经济,增加农民收入,最大限度地调动广大农民群众自力更生建设安全家园的积极性。
四是把地震安全工程建设与全面提高农村综合减灾能力相结合。要坚持统筹规划、协调发展,加强农村公共基础设施建设和农村环境综合整治,既要提高农村民居抗震防震能力,也要提高抵御其它自然灾害的能力,全面提高农村综合抗灾防灾能力。
落实五项要求:
一是落实组织领导。加强组织领导是抓好各项工作的关键。各实施乡镇既要充分认识到农村地震安全工程建设的重要性和紧迫性,又要看到工程的长期性、艰巨性,做好长期作战和打硬仗的思想准备,把农村民居地震安全工程作为新农村建设的一项重要任务,列入议事日程,切实加强领导。各乡镇主要领导要亲自抓,负总责,分管农业和农村工作的领导要具体抓,要成立农村民居地震安全工程领导小组和办公室,统筹全乡镇的协调配合,确保认识到位,组织到位,领导到位。
二是落实工作责任。农村民居地震安全工程是一项复杂的社会系统工程,涉及部门多、工作繁重、责任重大。各实施乡镇和各有关部门要进一步强化大局意识、责任意识和服务意识,认真履行职责,搞好协调配合,共同把各项工作任务逐项落到实处。各乡镇要按照《*县*年农村民居地震安全工程建设实施方案》的要求,进一步细化责任,把工作任务落实到村、到组、到户。县农村民居地震安全工程建设工作领导组办公室要切实担负起工程建设工作的统筹协调职责,积极协调相关部门做好项目建设中的资金安排、技术指导、项目实施、监督管理和检查验收等工作。城管局、规划局、地震局要负责做好农村民居地震安全工程建设中的业务指导和技术服务工作;国土局要负责配套利农利民的宅基地政策;金融部门要在农村民居地震安全工程建设的贷款上给予积极支持。其它部门也要积极配合,努力做好相关工作,确保农村民居地震安全工程建设工作的有序开展。
三是落实宣传动员。宣传工作是开展各项工作的前沿阵地。各实施乡镇要充分发挥舆论宣传的导向作用,通过各种大众传媒,采取板报标语,橱窗专栏等群众喜闻乐见的形式,广泛宣传农村民居抗震防灾知识,倡导科学减灾理念,提高农民群众的防震减灾意识,大力宣传做好农村民居地震安全工程建设的重要意义和政策措施,提高广大干部群众对实施农村民居地震安全工程重要性的认识,积极宣传好经验、好做法,坚定农民群众的信心和决心。使这项工程做到家喻户晓,深入人心,营造社会各界共同关心和支持农村民居地震安全工程建设的良好氛围和环境。
四是落实工作原则。一要坚持量力而行的原则。在实施民居地震安全工程建设中,要结合各乡镇的经济发展水平、自然地貌和民风民俗的实际,根据具体情况,坚持经济实用,抗震安全,充分考虑到农民的物质承受能力,量力而行,以加固改造为主,拆出重建为辅,帮助和引导农民建造抗震性能好、造价合理的房屋,改善农民居住条件。二要坚持尊重群众意见的原则。必须坚持从本地的实际情况出发,充分尊重农民意见,讲求工作实效,要通过典型宣传、科学指导、政策扶持等多种途径,积极引导广大农民群众自觉参与农村民居地震安全工程建设工作,坚决防止脱离实际情况,贪大求洋、乱铺摊子,坚决防止违背农民意愿、盲目建设、硬性推进的行为。
关键词:水工混凝土结构;抗震安全评价;地震动输入;结构地震响应;混凝土动态抗力
1研究的工程背景我国人均水资源极为短缺且时空分布又很不均匀,通过水库大坝等水写作论文工程建设,尽可能调节利用汛期洪水,对抗旱防洪都有重大意义。我国的水能资源位居世界之首,水电作为可再生清洁能源,在我国进入全面小康社会过程中,对改善我国以煤电为主的二次能源结构、减轻煤电造成的巨大环境影响及资源和运输紧张,起到无可替代的重要作用。因此,在充分重视生态和环境影响的前提下,积极有序的进行水库大坝建设是切合国情和经济社会发展所急需的,特别是我国大江大河的源头和水能资源集中在西部高山崇岭的陡峻河谷中,地形地质条件适宜于修建移民淹地相对较少而调节性能好的高坝大库。在高坝建设中,目前以混凝土坝为多,特别是我国西部在建和近期拟建的200至300m级的高坝,绝大部分取拱坝方案。我国大陆位于世界两大地震活动带之间,是一个多地震国家,是世界上地震灾害最为严重的国家。而西部地区是我国主要地震区,地震的强度和发震频度都很高,近代我国82%的强震都发生在该地区。修建于该地区的大坝设计地震加速度(ag)都很高,地震往往成为设计中的控制工况,诸如:锦屏(H=305m,ag=0·197g),二滩(H=240m,ag=0·20g),龙羊峡(H=178m,ag=0·23g),小湾(H=292m,ag=0·308g),溪洛渡(H=273m,ag=0·321g),白鹤滩(H=275m,ag=0·325g),龙盘(H=278m,ag=0·408g),大岗山(H=210m,ag=0·557g)等,这些工程都是高拱坝。因此,水工混凝土结构中的大坝的抗震安全一直是我国水利水电建设中的一个必须面对和急需解决的关键技术问题,当前特别是对高拱坝的抗震安全,尤为迫切。
2研究的历程在我国建国初期,水工混凝土结构抗震设计主要沿袭美国和前苏联采用的拟静力法。1959年广东新丰江大坝蓄水后频发地震,需要进行抗震加固。当时在黄文熙副院长倡导下,我院在结构材料研究所组建了抗震研究组,开始了水工混凝土结构抗震的研究工作。“”后1978年与土工研究所有关抗震和爆破专业合并成立抗震防护研究所,1997年该所解散,成立了专门从事水工混凝土结构抗震研究的工程抗震研究中心,研究队伍由当时抗震组的不足10人发展至今的20人左右。近50年来,从新丰江大坝抗震加固开始,我院先后承担了我国各个重大工程的水工混凝土结构,特别是大坝的抗震科研任务,主持和负责了国家科技攻关项目、国家自然科学基金委员会重大计划项目及部级的重点项目。主动积极地在我国邢台、海城、唐山等各次大地震中及时赶赴现场,对水工建筑物的震害进行考察调研。在对工程抗震的研究实践中,逐步形成了包括水库地震和场址地震动输入、各类水工混凝土结构主要是大坝的动力分析和模型试验、现场测振和强震观测、混凝土材料动态特性等一整套系统、全面的研究体系;负责主编及修订我国《水工建筑物抗震设计规范》;建立了包括国内首台大型三向六自由度地震模拟振动台、微机群高性能并行计算平台、和筹建中的大型全级配混凝土动态试验机等设备的较先进完整的研究基地;培育了众多硕士、博士研究生和博士后研究人员和成长了一个以中青年为中坚的较稳定团结的科研群体。研究成果在工程中被普遍应用。先后获得国家级和省部级科技进步奖30余项,以及第一次全国科技大会先进集体、建设部颁发的全国抗震工作先进单位,近期由中国地震局、中国科学院、国防科工委、科技部、国家自然科学基金委联合颁发的全国地震科技工作先进单位。具有中国地震局颁发的甲级“建设工程地震安全性评价许可证书”。广泛开展了国际学术交流和协作活动,包括由美国自然科学基金委连续支持的、与国际知名学者RayW·Clough共同就拱坝抗震进行的长达20年的中美合作研究。积极参加国际学术会议,笔者在这些会上多次作特邀和主题报告,连续作为国际大坝委员会有关抗震的专委会成员近30年,近年来被选为专委会副主席迄今,参与主持和组织了首次在我国举办的第14届“世界地震工程大会”中为期一天的“大坝抗震”专门分会的工作。所有这些使我院抗震研究在国内外同行中具有一定影响。
3研究工作的主要创新性思路及进展水工混凝土结构抗震是涉及多种学科交叉的应用性边际学科,其分析依据的理论和求解方法,试验采用的仪器设备和测试方法,大多是在借鉴、吸收、和消化相关领域成果的基础上,进行集成再创新的。因此,首先力求对基本概念上深入理解和理清,并紧密结合本专业特点和要求,提出解决问题的开拓性思路,这是引领研究成果取得突破性进展的关键。当然,在思路付之实践的过程中,总需要作艰辛的探索和在实践检验中不断完善。鉴于工程结构的地震安全性评价都必须包括地震动输入、结构地震响应、结构抗力这三个不可或缺且相互配套的方面,现就我院在近50年来在水工混凝土结构,特别是大坝抗震研究工作中在这三个方面主要的创新性思路及其进展,分别简述如下。3·1在地震动输入方面工程的场址地震动输入是抗震安全评价的前提。多年来,在地震动输入方面的工作主要包括以下三个相互关连的内容,即:大坝抗震设防水准框架的制定、场址相关地震动参数的确定、坝址地震动输入机制。3·1·1大坝抗震设防水准框架的制定[1]在深入了解地震部门有关规定基础上,自行研发基于概率理论的地震危险性分析软件;经分析比较国内外有关规定导则后,结合我国国情和水工建筑物的特点和要求,建立和逐步改进了与功能目标相匹配的水工建筑物抗震设防标准的框架体系,先后被列入由我院主编在1978年颁布的我国第一本《水工建筑物抗震设计规范》和1997年颁布的其修编版中。鉴于近期在强震区修建的众多高坝大库,国内外都尚缺乏先例,为防止其发生溃坝的严重地震灾变,建议在准备修订的水工抗震规范中,对重要的高坝大库,应增加对坝址预期可能发生的最大可信地震、按不溃坝的性能目标进行校核的规定。我国西部重大工程存在近断裂大震的问题。基于概率法确定的最大可信地震,由于其所依据的基础资料中少有近场大震记录,外延至属于很小概率事件的最大可信地震,具有较大的不确定性。因此宜采用确定性方法求得设定地震。但现行确定性方法中将近断裂大震的最大可信地震作为点源处理有本水工混凝土结构抗震研究进展的回顾和展望陈厚群仅适用于V形河谷和三心圆坝型的局限性进行了改进和扩展,使之适用于多种河谷和坝型。其后又进一步拓展至能考虑沿坝基的不均匀地震动输入[11]。成为当时我国拱坝抗震设计中有限元法动力分析的有力工具。我国混凝土坝的抗震设计从传统的、不计地震动和结构动态性能的拟静力法分析,进入到了更符合实际的动力分析的阶段。拱坝历来被作为不规则壳体的整体结构,但随着我国在地震区众多高拱坝建设的发展,地震工况下的高拱向应力值,愈益成为设计中的难题。当时国外已开始注意到拱坝坝体中的横缝,在强震时会因不能承受拉力而反复开合,使之不再成为整体结构,从而高拱向应力将被显著释放。我们结合拉西瓦拱坝工程,在国内首次引进可考虑横缝张开的美国拱坝有限元法动力分析程序ADAP-88,并对其中的因考虑横缝设有键槽而不能滑移的假定,作了可按摩尔-库仑准则滑移的改进,使之更符合有键槽横缝在张开时仍可能滑移的实际情况,在修正了其中一些差错后,首次实际应用于我国拱坝工程抗震设计中[12]。应当说,这对高拱坝抗震设计是具有突破意义的进展。拱坝抗震设计也更进一步从线性发展到非线性的动力分析。但该方法中采用边界弹簧处理横缝接触问题,不能完全满足接触条件,且以动态子结构法迭代求解的工作量也较大。
无论是采用取伏格特(Vogt)地基系数的试载法或取无质量地基的有限元法求解,都只能计入地基的弹性影响并作为封闭的振动体系求解。而对于大体积的混凝土坝,随着坝高的增大,坝体-地基-库水间的动力相互作用已愈显重要,不能被忽略。大坝的结构与地基相互作用主要体现在振动能量向远域地基逸散和沿坝基地震动输入的不均匀性以及与之相应的地基边界条件和地震动输入机制的确定。为此,在20世纪90年代,我们和我国学者廖振鹏院士协作,有效应用其提出的人工透射边界体现大坝地基辐射阻尼的影响[13]。同时,为避免ADAP-88程序存在的诸多问题,在和刘晶波教授协作下,应用其提出的基于Lagrangian乘子的动接触理论处理接缝边界问题。在此基础上,自主研发了能同时计入各项更切合实际状况的因素的、在时域内作为波动问题显式求解的、完整有效的拱坝非线性动态分析的方法[14],其中同时考虑的因素包括:坝体-地基-库水间的动力相互作用、坝体和地基内接缝开合、近域地基内各类地质构造和远域地基辐射阻尼影响,以及沿坝基地震动的不均匀影响等。由于不需要形成总刚矩阵和可以递推求解,并解决了收敛和稳定性问题,显著地简化了计算并提高了其效率。此外,为了考虑在拱坝应力集中的薄弱部位的开裂,在这些部位设置了计入材料抗拉和抗剪的强度的接触缝面。这个方法和程序已在我国众多高混凝土坝,特别是高拱坝,实际工程的抗震设计研究中被广泛应用,并受到国际同行的关注。此外,为进行比较检验,还开发了国外采用的、以设置弹簧-阻尼器的边界模拟辐射阻尼、需输入包括边界应力、速度和位移的自由场地震动的相应程序[15]。库水对混凝土坝动态性能有重要影响。坝体-库水流固耦合问题的关键在于对库水可压缩性的考虑。已有研究表明,只有当坝体的自振频率(fd),库水的共振频率(fr)以及地震动加速度的卓越频率(fa)三者相互接近时,库水可压缩性导致的共振才有实质性的意义。当fa>fr时,由动水压力中的虚数分量所体现的能量逸散会导致反应减小。库水的第1阶共振频率可由fr=C/4H求得,其中C是水中音速,H则是水库平均深度,一般可取为最大水深的0·7倍。岩基的卓越频率约为5Hz。因此,我们的研究认为:对高度超过100m的拱坝,fa将大于fd、fr,加上并非刚性平坦的库底吸能和散射效应,使库水共振难以发生,特别对中国众多的多泥沙河流更是如此。实际上,在现场测振试验和大坝地震震例中,也还从未见库水共振的报导。所以,从工程观点看,库水可压缩性是可以忽略的,从而库水地震动水压力可以以坝面的附加质量形式体现。在库水不可压缩的前提下,我们通过白山拱坝模型试验,实测坝面动水压力和坝体满库频率,验证了坝体和库水流固耦合有限元模型求解的坝面动水压力值。进而发现并提出:将按Westergaard对刚性平面坝面公式换算得的附加质量折半,作为拱坝坝面附加质量进行计算的结果,无论是坝体前几阶满库频率和振型或坝面动水压力值都能和实测及用有限元模拟库水的结果较好符合[17]。这就使拱坝地震响应的动力分析简化了很多。这个建议已在我们为很多拱坝进行的动力分析和试验中得到应用和验证。拱坝坝肩抗滑稳定的校核对其抗震安全评价的首要问题。目前都仍把坝肩潜在滑动岩块作为刚体,将其与坝体分割开来,采用传统的刚体极限平衡法进行。这实际是一种不计坝体和地基动态变形耦水工混凝土结构抗震研究进展的回顾和展望陈厚群以期增强团队凝聚力。同时十分重视和有关单位的协作和国际交流,不断进行了扩大协作面的探索和努力,1990年成功争取为中国科学院系统内唯一的一个院外开放实验室。认真贯彻了“开放、流动、协作、联合”的指导方针,评估结论中被建议列入国家重点试验室建设系列。近年来,进一步遵循同志“产、学、研相结合形成科技创新整体合力”的要求,通过国家级支撑项目、部级创新项目和国家自然科学基金委员会的重点项目,紧密配合实际工程设计单位,联合河海大学和西安理工大学的有关单位,初步形成了相对固定的“产、学、研”相结合的创新团队,取得了统一规划、有机协作、资源共享、优势互补的明显效果。可以说,所有重大研究成果都体现了集体劳动和智慧的结晶,各类优秀人才也都是从团队中脱颖而出的。
5展望和结语近期我国将在强地震区建设一系列具有300m级高拱坝的重大水电工程。对这些高拱坝工程,国内外都既缺乏工程实践的先例,又无遭受震害的实例。而高坝大库一旦遭受强震发生严重破坏将导致不堪设想的次生灾害。在当前科研进展赶不于工程建设规模发展的情况下,必然存在一定风险。为此,设计人员、业主及社会都更加高度关注重大工程的抗震安全保障及严重地震灾变的应对。因此,在我们回顾和认真总结近50年来在水工混凝土结构抗震方面所取得成果的同时,也深感正面临严重挑战,要使科研进展适应工程发展需要,还存在着较大差距,任重道远、需警钟长鸣。首先,为应对严重地震灾变,在地震动输入方面要解决近断层大震的最大可信地震估计及其地震动参数的合理确定。需要基于能反映我国板内地震特点的强地震资料,进一步深入研究:沿发震断层断裂面的破裂拓展模式、震源地震动特性及其传播规律、回归位错、应力降等断裂参数与地震矩的关系式;合理考虑场址地形、地质条件的影响;探求主、余震的时空和强度规律、以及确定对不同发震断裂的最小避让距离。其次,在结构地震响应方面,需要深化研究:各类结构控制地震灾变的溃坝机理及其可定量化的性能目标;继续改进更能反映工程实况、损伤发展过程和率效应的非线性动力分析模型及其有效求解方法;大力推进高性能并行计算技术的应用及有自主知识产权的软件的研发和推广;突出解决混凝土坝体系动力模型破坏试验中的关键技术;加强对工程抗震措施及抗震设计规范修编的研究;逐步成为全国混凝土高坝强震资料观测分析研究中心。最后,在大坝混凝土动态抗力方面,为揭示大坝混凝土损伤演化规律,及为改进模型和确定相应力学参数提供依据,需要对全级配大坝混凝土及其组成介质、进行本构曲线全过程的试验研究;继续改进大坝‘数字混凝土’三维细观力学动态分析方法;深化CT图像分析和三维动态显示技术的研发;完善三向加载大型材料试验装置和其试验技术,建立与之配套的专用工业CT装置,以期对大坝混凝土内部结构及其动态损伤破坏机理和性能的研究能有新的提升和跨越。相信在领导支持和团队共同努力下,一定能再接再励迎接挑战,克服障碍,为重大工程的抗震安全保障及严重地震灾变的防止、为我院争取建立国家试验室和建成国际一流科研机构作出应有贡献。后记本文目的在于:值此50周年院庆之际,作为参与我院水工混凝土结构抗震研究发展全过程的一个成员,想以上述个人的认识和体会,与团队群体一起,在回顾总结的基础上,共同增强信心,认清差距,迎接新的挑战,继续攀登创新高峰;同时,也作为对在我们工作中长期给于关心和支持的各级领导的汇报,以及对院领导提出要尽快将我院建成国际一流科研机构号召的响应。不当之处,文责自负,并祈请批评指正。
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5月23日,在大地震后的第12天,都江堰风景区青城山后山的垮塌道路仍然没有开始修复工作,里面的居民和外面的救援人员都只能通过一些山间小道进出。而在山间小河两边巨大的泥石流塌方里,“至少还埋着几十名外来游客”。
泰安村九组的魏述明老人说:“地震使我们的房子倒了,道路也断了,山上也滑坡了,都不知道还能不能在这山里住下去。”
“整个救援行动中,我们感觉最大的困难来自于交通方面。”5月24日,一名刚从青川县城出来的救援人员说,“路不通,我们就只能干着急。”
一名救援人员回忆,当时许多救援车辆都被挡在路上,一些车辆甚至进退不能,从救援者被成了被救援者。“时间被大量耽误在路途上,而对等待救援的灾区群众来说,每一分钟都意味着生命危险的加大。”
道路就是生命保障线
在此次汶川大地震中,几个主要的重灾区除了都江堰的交通情况略好外,其余地区的交通在震后及不断的余震中显得非常脆弱。
由于交通、通信都完全中断,国务院救灾总指挥部不得不动用了空降兵部队。值得注意的是,在遭受地震危害的许多县城,进出的公路并不多,有些甚至仅有一条公路与外界相通。此次汶川被封锁,主要是其与都江堰之间一座名为马鞍山的山体在地震中发生大面积山体滑坡,冲断了路基。县城都面临这样的情况,下面一些乡镇、村庄的情况更是可想而知。
鲜为人知的一个情况是,就在汶川大地震发生前的2008年4月26日,四川省公路局的专家针对2007年开展全省干线公路检测后发现的问题,进行了分析,总结出四大问题:
按照交通部干线公路每年大中修里程比例达到18%的规定计算,平均5.5年大中修一次,全省干线公路每年需安排大中修工程3025公里,但由于养护工程投入严重不足,每年大中修工程实际完成与需求差距很大;2001至2005年,全省干线公路平均每年完成大中修工程1000公里左右,实际完成大中修工程仅占需求的1/3;2007年地方分成资金投入大中修工程4041万元,加上收费公路通行费投人,仅完成干线大中修1044公里,其中大修仅有253公里;日常养护和周期性养护投入不足,导致了全省干线公路路况始终在低水平下运行。
由于投入不足,公路养护机械呈递减趋势,四川省的公路机械从体改前的6000多台下降到3000多台,其中养护机械较少。而且很多已经不能使用,养护生产回到了锄头、扫帚的落后状态,养护生产水平已经远远不适应四川省高等级公路快速发展的要求。
专家随即呼吁,四川省加大机械化养护投入迫在眉睫。与此同时,定期巡查、动态监测,建立防灾和预警系统也十分必要。
四川省一名交通学者表示,西部很多山区都仅有一条路与外界相通,一旦公路出问题,遭遇重大自然灾害和疾病灾害,很难及时救援和运送。正常情况下被交通生命线串起来散落两旁的“珍珠”,在交通完全瘫痪的突发事件影响下,很容易变成被吊起来的易碎品。事实上他一直认为。山区一般地质条件复杂,环境脆弱,地质灾害多发,公路建设不可避免地要切坡、填沟、打隧道,对地质环境造成严重破坏,处理不好还会诱发和加剧各种地质灾害,给运营阶段带来严重的安全隐患。
以岷江沿线为例,沿317国道前进,沿途可见村庄座座,但两旁植被很少,不少地方树早就光了,并且泥石流频发,明显感觉生态环境脆弱。一名常年往返于该地区的驾驶员说:“平时只要下点雨,就会经常塌方堵车,公路两旁的土石已经松动。”
在地震后,由于没有吃、穿,也没有外面的人赶来救援,许多人只好徒步十几个小时走出山区获得救助。北川县的一名村小学教师表示:“原来的公路又窄又简陋,加上地震损坏,车辆根本进出不了只能靠走路避难了”至5月末,整个震区仍然有不少乡镇和村庄与外界联系处于中断状态,只能靠军队和救援人员人工运送食物,形成了一个个“生命孤岛”。
“道路不通是救援的最大障碍,信息不畅也是救灾抢险的大敌,因为完全靠徒步救援是不现实的。”一名军官表示,“除了无法把大量人员和救灾物资运进灾区,也很难把伤员运出来,甚至部队官兵的后援都会出现困难。”
一旦大灾来临,道路就是生命保障线。有学者指出,唐山大地震之后,一些损害低的道路和建筑反而是那些在同边地块挖了沟槽的,这是一种天然减震的好办法,可以命名为“抗震沟”。抗震沟可以化解能量的表面传递,还具备排水、埋管线等有机的功能。对于中国目前的道路情况,全面加宽路面是不现实的,但阶段性的路肩大平台就成了关键:可以成为疏通局部车量的重要缓冲区;可以成为实施空中救援的平台;可以成为大型机械的临时组装地。
“机械进场是救援工作的关键,全国各主要道路的全面评估和补救应该是公路建设部门的重点,避免下一次面对灾害时的无奈。”业内人士建议。
设立区域救援储备中心
就在汶川大地震发生前4个月的2008年1月初,同样是一场突如其来的大雪、降温使得中国南方许多地方沦为灾区。这两次天灾具有一些相似的情况:交通中断、通信中断、断电缺粮……而外界欲对其救援也因此困难重重。正是这些共性之处,促使记者日前重访在雪灾中损失严重的贵州部分地区。
1月25日上午11时许,贵州省黔东南苗族侗族自治州境内瞬间全部停电,400多万人全部陷入一片“黑暗”,在冰天雪地的世界里,黔东南州成了一座真正意义上的“冰岛”、“孤城”。一些边远小县曾与世隔绝长达10多天,电力、通信、交通全部瘫痪。
一位黔东南州的官员回忆:“当时如果没有的紧急救援,很多县城、乡镇都不知道要造成多少损失,但是的救援速度也因为交通、通信及电源中断等原因被限制,很多工作还是需要我们地方政府自己去克服。”
与汶川大地震的区域类似,黔东南州地形也非常复杂,尤以山区为最,在交通恢复方面极其困难。当地凯里供电局的胡晓刚主任表示:“没有电,现代的城市将做不了太多事情,尤其影响到通信的畅通,使灾害情况变得更加复杂。同时由于交通中断,也使我们在电力恢复方面举步维艰。”
不过凯里电力部门在每个基站都建有自己的工作便道,使他们不需要完全依赖公路交通,于是在许多地方“电力抢修人员基本是爬着便道过去的,同时还要携带维修设备”。由于通信中断,卫星电话使用效果
太差,他们甚至使用了传说中的“鸡毛信”,用人力在各个工作点间传递纸条保持信息畅通,加上其一直储备有救灾专用的燃油发电机,有效地促进了电网修复工作。
胡晓刚说:“我注意到此次汶川大地震中,其交通、通信等方面的情况与我们在雪灾中的遭遇很相象。我的体会是,在救灾上不能总是依赖传统的交通、通信,应该有自己的预案,甚至包括一些土方法。”
两次接踵而来的天灾,让人们意识到。打造有效的救援机制已经迫在眉睫。重庆大学可持续发展研究院副院长蒲勇健表示,除了加强对普通人群的防灾、抗灾训练。中国各级政府应该马上将扩大消防队伍体系,让其从城市里走得出去,能够到达所有的灾害现场进行救援工作纳入工作计划。从汶川大地震中已经看出,中国其实没有足够的专业灾害救援队伍。包括山区搜救队伍和空降救援队伍等。既然对地震预报抱有希望已经属于不明智的想法,那么国家地震局为数不少的国家公务员编制,是否可以考虑转为培养地震救援人员?
另外,基于对成本的考虑,各级政府不可能同时都在救灾储备方面重复投入,但是一些大区域,或者以太城市为中心进行灾害救援储备却是非常必要的。例如传统意义上的“东北”、“西南”、“西北”区域,或者“北京中心”、“成都中心”或“西安中心”等大城市救灾储备中心需要尽快建设,其中包括人员、机械和物质等多方面的充分储备。如此一来,各种大小城市、乡村无论是遭遇自然灾害,或是突发疾病等情况,都可以得到迅速、有效的救援。
不过也有学者提醒,自然灾害的产生从本质上看是不可避免的,一味的严防并非对付灾害最好的手段,在事前的预防固然重要,但是如果能平衡事前预防和事后补偿的资金使用,提高对受灾人群的帮助和补偿水平同样也能达到减灾的效果。如此并不是反对防灾设施和制度的建立和完善,而是不能让大灾之后对灾害的恐惧心理主导了防灾制度的设计和实施。
专家指出,当人类遭遇到极端的自然灾害之后,往往会对灾害预防设施的建设产生求大求全的冲动,但是这些措施发挥作用的条件却是偶然的,在长时间里可能只会有寥寥可数的几次。设施一旦修建,维护成本也是一笔巨大的开支,财政资金对于一个使用概率很低的设施的持续开支,很容易被其他紧急的需要所占用。如果对于防灾设施只建不修,那么只能是建设越多、浪费越多。
重建选址应慎重
“在安县安昌镇重建北川新县城的方案应该再推敲,这样的决策说明有些人并没有在汶川大地震中得到教训。”蒲勇健说,“希望人们在悲痛之余冷静一些,否则也许数十年,或数百年后现在的悲剧还将重演。”
5月22日,北川羌族自治县县委县政府在距北川县20多公里的安县安昌镇设立了临时办事处,县委副书记蒲方方表示:“临时办事处的设立,标志着北川县灾后重建工作全面开始,今后3年,将重建一个北川新县城。”
5月12日的8.0级汶川大地震将北川县城夷为平地,全县机关行政事业单位25%的干部职工死亡或失踪。由于县城地处龙门山断裂带上,而且周边大山岩石破碎,极易发生山体滑坡和泥石流灾害,因此在原址无法重建。
“汶川大地震后出现的救援困境,与中国的居住文化有关。”蒲勇健说,与西方多数人都集中居住在城市里的情况不一样,类似汶川地震灾区的居住格局,最大的特点就是交通不便,与外界联系少,同时交通基础设施建设难度很大。
“城市始终是最为便利的生活区域。”蒲勇健认为,“中国的城市化建设要比西方晚至少几百年,可以说到了近现代中国就没有建过什么像样的城市,像深圳那样的城市都是屈指可数的,这使得大多数人仍然按照传统居住在原来的地区,虽然说近来有不少农民工流动到城市,但却不是一种正常的、有保障的流动。”
汶川地震灾害损失多数出现在小县城和边远山区,相比较大城市而言,救灾的难度很大。于是,有学者已经表示,“各种天灾使得中国城市化进程更加紧迫”。
蒲勇健认为:“本来近期的雪灾、地震为中国的城市发展起到了推波助澜的效果,遗憾的是很多人并没有体会到其中的意义。庆幸的是近两年国家已经在成都、重庆等西部大城市进行了城乡统筹试验,其最大的特点其实就是加速中国城市进程,让更多人居住到城市里,或者说享受到城市的各种便利。”
事实上,此次汶川大地震使许多人对于汶川、北川和茂县等山区小县的看法,从以前的“也色优美”变成了现在的“居住环境恐怖”,甚至有人开始认为“这些地区实际上并不适合人类居住”,主要原因就是交通不便,发生自然灾害隐患大,遭遇灾害救援网难。如果从环境保护的角度来看,这些生物种类异常丰富的地区就不该有人类居住,因为只要有人类的地方,对环境的破坏就是其他动物无法望其项背的。
蒲勇健更举例,这个区域始终地震活跃,近百余年来已经发生数次有据可查的大地震,每次都造成了巨大的人员和财产损失。“也许是当时人们对于地震科学知识的缺乏,每一次灾难后人们并没有搬迁,活着的人继续在当地附近重建家园,仿佛还在等待下一次大地震的来临。”他强调,“这一次的惨重损失使我不得不大声呼吁了,这些地区不适合建设城市,特别是人口密集的城市。所以北川县城仍然要在距离原地20公里的当地重建,让我觉得匪夷所思,决策应该更加科学、负责。”
此次汶川大地震,给生者们创造了一个搬迁的机遇。蒲勇健的建议是借此契机让地震灾区群众从此走出大山,搬迁到较开阔地区或者距离城市较近的地方安家,而原来的地方恢复生态旅游,建造“地震博物馆”、“民俗旅游村”等等,尽量减少该地区的常住人口,同时也让搬出的人能够获得更多的谋生途径。
不过。这样的情况似乎很难改变。5月25日,四川省阿坝藏族自治州副州长田晓丹表示正在与专家商议汶川、茂县、理县三个县城的重新规划,“正在考虑选择原地重建。异地重建和行政合并的方式,但是重灾县属于山区县,可以选择的平地不多,异地重建几乎没有可能性,而行政合并后,原本面积已经较大的县域面积过大,也不现实,因此原地重建可能是三个县城的唯一选择”。
看来,要完全改变灾区群众目前的居住情况,彻底避开灾害区域显然是不现实的。那似乎是一种长期的规划和理想,更何况背后还存在对政府决心与能力的考验。
关键词:冰缘现象;砂楔;冰楔铸型;古气候;末次冰期;光释光测年;粒度分析;乌海盆地
中图分类号:P931.4 文献标志码:A
Abstract:The periglacial phenomena like sand wedge/ice wedge cast have been discovered with the paleoclimatic and paleoenvironmental significances in the northern China. But most of them are dated to the late stage of last glaciation. The periglacial phenomenon discovered firstly in Wuhai Basin was reported. Characteristics of morphology, grain size analysis of filler and OSL dating were applied to identify the origin and age, including that the early primary sand wedge encompasses a set of structures almost parallel with the wall around it, and the late ice wedge cast (including its formation, melt and fill) is superposed on the sand wedge. The ice wedge cuts through and damages the structure of the primary sand wedge, and the wedge is characterized with bend and irregular boundary as a whole. OSL dating results show that the primary sand wedge is formed during the early last glaciation ((6269±681)-(6645±708)ka B.P., MIS4), and
may go down to MIS3b; the filler of ice wedge cast is formed during the Middle Holocene ((595±061)-(662±073)ka B.P.). Because the filling of ice wedge cast is later than the formation of ice wedge, it is probably that the formation of ice wedge is during the late last glaciation. Based on the formation process of sand wedge/ice wedge cast and their environmental requirement, it is estimated that the annual mean temperature has dropped 121 ℃-136 ℃ from the formation of sand and ice wedges to present, and the annual precipitation is of no significant difference from the formation of sand wedge (the early stage of last glaciation) to present. The discovery of sand wedge/ice wedge cast in Wuhai Basin could provide a basis for studying the distribution of permafrost and the paleoclimate during the last glaciation (especially the early stage) in the northern China.
Key words:periglacial phenomenon; sand wedge; ice wedge cast; paleoclimate; last glaciation; OSL dating; grain size analysis; Wuhai Basin
0 引 言
冰缘地貌现象种类繁杂,在众多古冰缘现象中,多年冻土区的冻裂作用导致地面开裂形成热收缩裂隙(Thermal Contraction Crack),地表水、砂和土周期性注入裂隙,在剖面上形成上宽下窄的楔形,在平面则多表现为多边形[1-2]。根据其填充物种类和含量的不同,此类裂隙可分为冰楔(Ice Wedge)、砂楔(Sand Wedge)、土楔(Soil Wedge)及混合楔等。冰楔内冰体融化后为外来物质充填,形成冰楔铸型(Ice Wedge Cast/Pseudomorph)。
砂楔与冰楔铸型因具有定量的环境意义而备受关注。前人在大同盆地[3]、晋西北[4]、鄂尔多斯周边[5]、腾格里沙漠东北缘[6]、宁夏中宁清水河[7]等中纬度地区已发现有砂楔、冰楔铸型和冰卷泥等纬度冻土活动的地貌遗迹(图1),其形成年代多集中在末次冰期晚冰阶(11~32 ka B.P.),鲜有末次冰期早冰阶冰缘活动的报道。本文报道了在鄂尔多斯高原西缘乌海盆地内首次发现的砂楔与冰楔铸型复合体,为研究末次冰期尤其是早冰阶中国北方地区纬度多年冻土分布和古气候环境提供新的依据。
1 区域背景与剖面描述
乌海盆地(乌达断陷)位于鄂尔多斯高原西缘,以东侧的桌子山西缘断裂和西侧的五虎山断裂为限。盆地内部海拔1 050~1 400 m,属干旱大陆性气候区、半干旱半荒漠气候带,年均气温9.6 ℃,四季温差大,气候干燥,年均降雨量约160 mm,年均蒸发量高达3 290 mm。黄河流经乌海盆地并发育多级台地。本文所报道的砂楔/冰楔铸型(图2)及小型砂脉见于盆地西界五虎山前,也见于乌海市乌达区西南约8 km的巴升图附近(属于乌斯太镇)的黄河左岸三级台地顶部。剖面所在的三级台地主要由两套地层组成:下伏的半胶结红褐色砂质黏土和上覆的薄层灰白色砂层和砂砾石层。三级台地高于现代黄河约220 m,经纬度为(39.4°N,106.65°E),海拔约1 300 m。砂楔/冰楔铸型复合体发育在更新统红褐色砂质黏土层和上覆灰白色砂层中(图3),沿长约30 m的人工剖面多处重复出现。规模较大者上宽下窄,楔壁弯曲,与常见的“V”字形等典型形态略有不同。
本文选择剖面中部较为典型的砂楔/冰楔铸型复合体作为研究重点。该楔体高约2.4 m,楔口宽约0.8 m,宽深比约1∶3。根据楔体的形态和尺寸、填充物及侧壁物质特征,将楔体分3段(图4):A段、B段和C段。
A段为砂楔/冰楔铸型的最上段,高约0.85 m,顶部楔口宽约0.80 m,底部宽约0.35 m。上部和中部填充物为灰色细砂,偶含砾石,结构松散;下部填充物有弱成层现象,以灰色细砂为主,含少量砾石,并混有与侧壁物质成分相同的红褐色砂质黏土团块,指示侧壁曾发生垮塌。在A段自上而下取光释光样品WH1201、WH1202。该段楔体侧壁遭受长期风化作用,砂质黏土块状崩解强烈。野外观察发现楔体右壁地层尤为破碎,且破裂面多为曲面,而远离楔壁的地层破裂面为平面。
B段为砂楔/冰楔铸型的中段,高约0.65 m,底部宽约0.10 m。该段楔壁较陡,产状与上部A段差别较大。楔壁形态相对简单,两壁地层相对完整,只在左壁上部发现一组与楔壁斜交的裂隙,破碎程度不及A段右壁。楔体以灰色细砂为主,可见少量砾石,砂体内部发育与砂楔壁行的定向沉积-挤压构造。内部填充物还存在颜色不同的纵向条带[图3(b)],反映了不同期次的填充。在该段内部填充物较为均一的部位自上而下取光释光样品WH1203、WH1204、WH1205。
C段为砂楔/冰楔铸型的最下段,该段楔体强烈弯曲,呈反“S”形状,高约0.9 m,楔体宽度较窄,大都在1~3 cm,仅在局部位置(两处)突然展宽,宽度达10 cm,成分为灰黄色细砂。
砂楔/冰楔铸型之上的活动层和上覆地层界线清晰,后者厚度09~10 m,分为两层:下层为灰色洪积层,成分以细砂为主,含砾石,分选差,长轴方向近水平;上层为浅灰色含砾砂层,较松散,发育垂向裂隙。
整个剖面上还有多处小型砂脉(Sand Vein)出露,在更新统红褐色砂质黏土层中尤为明显[图3(c)],向上延伸灰白色砂层则不易识别,中下部填充物为灰黄色细砂,易识别,可见少量粒径2~5 mm的砾石。砂脉近直立,下部宽约3 cm,向上逐渐变窄(约为1 cm)。这些现象表明冻裂作用是普遍存在的。
2 年代测试
光释光(OSL)测年是晚第四纪年代学研究中最重要的方法之一[11-12],其主要优势是测年范围比14C测年宽,测年材料容易获取。尽管在测年精度上不如14C测年有效,但其样品不易污染,在有机碳不容易保存的冲积扇地层年代学研究中具有尤为突出的地位[13]。本文根据砂楔/冰楔铸型复合体的展布和内部填充物特征,自上而下采集了5个光释光样品,其位置见图4。具体采样方法是:选择好采样点后,使用长约20 cm,直径约5 cm的不锈钢钢管取样,将一端用黑色塑料袋密封,另一端垂直打进清理干净的新鲜剖面取样,并迅速用黑色塑料袋封口,然后将两端再用黑色塑料袋及胶带密封。样品预处理和测定均在中国地震局地壳应力研究所地壳动力学重点实验室光释光年代学室完成。采用4~11 μm细颗粒石英矿物组分进行测年。光释光信号测量和β辐照均在Daybreak 2200型自动化光释光测量仪上完成,等效剂量的测定采用简单多片再生法(SMAR)。环境剂量测定时,K的含量(质量分数,下同)通过火焰光度计测量,U、Th及其衰变子体对样品环境剂量的贡献用经标定的Daybreak 583型低本底厚源α计数仪测定。样品在运输或采集过程中损失水分,多数样品较干,无法测其含水量(质量比,下同),只能获得个别样品的实测含水量(5%左右)。考虑样品的岩性、采集地点及野外现场出露情况,对所有样品的含水量采用5%进行计算,同时考虑宇宙射线的影响。样品前处理技术及等效剂量、环境剂量的计量方法见文献[14]。各样品测试结果见表1。
根据光释光测年结果,B段(中段)填充物顶部和底部的埋藏年龄分别为(62.69±6.81)、(66.45±7.08)ka B.P.,反映其挤压填充大致发生在末次冰期早冰阶。一般来说,原生砂楔开裂与填充同步进行,因此,B段的埋藏年龄可以确定为砂楔发育的年代,即末次冰期早冰阶时期对应于深海氧同位素MIS4阶段。另外,该段中下部获得光释光年龄较剖面上、下部填充物年龄偏年轻,可能反映砂楔的发育、演化和填充在MIS3b阶段仍在进行,也可能是不同年龄填充物混合的结果。A段(上段)获得的光释光年龄显示填充物埋藏年龄为(5.95±0.61)~(6.62±0.73)ka B.P.,大致相当于全新世大暖期。由于冰楔铸型的充填过程在冰楔融化之后,所以冰楔发育的形成年代通常早于主体填充物的年代,冰楔发育时间早于全新世中期。结合气候变化资料,推测冰楔大致形成于末次冰期晚冰阶,即深海氧同位素MIS2阶段。
3 粒度分析
碎屑沉积物的粒度特征与物源、搬运营力、搬运介质和堆积环境关系密切,是地表过程和环境研究的重要内容之一[15]。对楔体内不同段采集了两组样品:第一组3个样品采自A段内,自上而下分别为WST01、WST02、WST03;第二组2个样品采自B段内,自上而下分别为WST04、WST05。所有样品用HELOS激光粒度仪,采用QUIXEL湿法进样单元。根据样品测试结果计算获得各样品中值粒径、标准偏差、偏度、峰度等参数(表2)。中值粒径指示沉积物平均粒径大小;标准偏差反映沉积物的分选程度;偏度反映分布的对称情况;峰度反映粒度分布函数相对于正态分布的尖锐或平缓程度。对比结果表明:两组样品粒度上存在明显差异,A段以极细砂为主,平均粒径为3.75~3.85 Φ,B段以细砂―极细砂为主,平均粒径为2.79~3.14 Φ。各样品粒度频率曲线(图5)显示所有样品主体均为细砂―极细砂,推测以风成沙来源为主。但对比两组样品也存在明显差别,主要表现为B段样品存在明显的中―粗砂(-1~2 Φ)众数,可能源于侧壁物质的混入。整体上看,填充物随着深度的增加,粒度变粗,峰度趋于增大,标准偏差和偏度趋于减小。这些特征暗示不同段在填充过程中存在作用特征和物质来源方面的不同。
4 讨 论
4.1 成因分析
基于砂楔/冰楔铸型内部与侧壁物质特征识别、光释光测年及粒度分析结果,可以大致还原砂楔/冰楔铸型的发育过程(图6)。
末次冰期早冰阶,冻融作用周期性持续进行,此处发育原生砂楔(A、B段),随着楔体开裂,砂体不断充填和挤压,楔体内发育与砂楔壁行的定向构造。由于砂楔发育时期含冰量较少,砂楔壁及填充物质因冻胀作用产生明显的挤压变形,定向特征得以部分保留。这个过程主要发生在MIS4阶段,并有可能延续到MIS3b阶段。随着环境条件的改变,砂楔停止发育。
末次冰期晚冰阶,在原生砂楔发育的部位再次发生冻裂作用,地表水周期性注入,发育冰楔。冰楔发育贯穿砂楔,把早期砂楔填充物挤向两侧的同时,砂楔上部(A段)物质在与冰体融冻相伴随的胀缩过程中向下运移,可能导致A段早期填充物遭到破坏。上部填充物的混入可能是造成光释光测年样品WH1204测年结果偏年轻的原因。在砂楔底部,冰劈作用形成较窄的寒冻裂隙,即形成C段,此处可能是多年冻裂作用的下限。随着气候转暖,冰楔发育停止,冰楔内冰体不断融化并被外来物质逐渐填充,冻土层融化导致侧壁物质局部垮塌。以风成沙为主的细砂填充物沿裂隙贯入,最终形成现今剖面所见的结构特征。
B段部分保留原生砂楔发育时的形态特征,A段被后发育的冰楔完全破坏,在A段底部与垮落的砂楔壁混合堆积。剩余空间不断接受外部碎屑物质的填充,至全新世中期被完全填充,最终形成现在砂楔与冰楔铸型叠加的特殊形态。总体上看,该处深达2.4 m的楔体至少是末次冰期内两次热收缩破裂作用叠加的产物,末次冰期早冰阶发育原生砂楔,晚冰阶发育的冰楔切穿砂楔,并向下延伸至C段,破坏了砂楔的上部结构(A段),使之后期被填充为冰楔铸型。这种不同期次冰楔、砂楔的叠加在全球高纬度冻土区也是非常普遍的[5]。
4.2 古环境意义
4.2.1 古温度
砂楔和冰楔指示了冻土的存在[16],也是利用古冰缘地貌现象恢复古环境最为常用的信息载体之一[1-2]。冰楔、砂楔等热收缩裂隙的发育是温度(气温或地温)、降水、积雪厚度、地貌、水文、植被、岩性特征等多种要素的函数[1-2],其中温度及岩性特征的影响具有普遍意义。
由于地貌和环境的差异,关于发育冰缘现象的温度界限的认识存在较大分歧。Black认为美国威斯康辛州西南部古冰楔发育的界限年平均气温为-5 ℃[17];Washburn在随后的研究中提出了相同的界限温度[18];Pewe建立的-6 ℃~-8 ℃界限值[19]被广泛引用。有学者认为冰缘现象与温度存在复杂关系:北美多年冻土南界年均气温为-2.5 ℃,已发现冰楔活动的南界年均气温为-100 ℃,表明冰缘现象发育的界限气温为-2.5 ℃~-100 ℃。在加拿大西海岸冰楔研究中,热收缩裂隙的形成与冰楔的发育主要发生在降温速率较大的早春季节,且温度突变越快,热收缩裂隙越可能出现。这表明冰楔与砂楔可能更多地与特定时段的温度变率相关[1-2],而不一定与年均气温直接相关。中国东北冻土区(北纬46°36′以北)年均气温为-50 ℃~-44 ℃,年均地温为-35 ℃~-10 ℃[20];青藏高原西部甜水海盆地冻土区年均气温为-63 ℃,年均地温为-32 ℃[21]。这些地区的冰楔及原生砂楔已不再活动,且生长时的温度更低[22]。关于不同物质中冰缘过程的差异性,西伯利亚冰楔研究表明,砂质黏土、冲积相细砂及粗砂砾石中发育冰楔的年均地温上限分别在-4 ℃~-2 ℃、-6 ℃~-5 ℃和-8 ℃~-7 ℃区间,即粒度越粗的沉积物中,冰楔生长越困难[16]。由于不同地区环境差异较大且影响因素较多,要建立统一的冰楔或砂楔发育的温度界限仍有困难。在研究区周边,董光荣等对鄂尔多斯高原发育在黄土及砂砾石层中的砂楔研究认为,砂楔发育的年均气温为-8 ℃~-6 ℃[8];单鹏飞提出-4 ℃~-3 ℃区间是腾格里沙漠东北缘粉细砂地层中末次冰期冰楔发育的年均地温上限[6]。根据气象资料拟合的研究区地温、气温温差为15 ℃~20 ℃[23]。因此,结合研究区周边地区的研究成果,年均地温-2 ℃~-1 ℃区间、年均气温-40 ℃~-25 ℃区间可作为研究区内砂质黏土层中砂楔及冰楔发育的温度上限。
砂楔的深度是气候寒冻程度的指标[24]。唐古拉―风火山地区晚更新世发育的砂楔深度为16~20 m,其形成时对应的年均气温为-12 ℃~-10 ℃;大同盆地晚更新世发育深度约为12 m的砂楔群,对应的年均气温为-82 ℃~-75 ℃[3]。若据此估算,研究区内24 m深度的砂楔所需的年均气温约为-14 ℃,而乌海地区现代年均气温为96 ℃,砂楔发育时期的年均气温比现在低236 ℃。应该注意的是:①同一时期发育的砂楔大小尺寸并不相同,根据砂楔深度恢复古温度,综合分析同一时期发育的砂楔数量越多,其结果越可靠;②此处砂楔是不同时期冰缘作用叠加的产物,砂楔的深度也是砂楔与冰楔铸型叠加的结果。结合以上两点,在此处根据少数砂楔的深度恢复古温度应持谨慎态度,恢复的古温度可作为晚冰阶冰楔发育时期年均气温的可能下限。取砂楔与冰楔发育的气温上限为-40 ℃~-25 ℃区间,砂楔与冰楔发育时期的年均气温比现在低121 ℃~136 ℃。考虑到冰楔发育的深度大于砂楔,冰楔发育时期年均气温可能更低,但应该高于-14 ℃。
4.2.2 古降水量
砂楔是寒冷、干燥、多风环境的产物,砂楔的发育可以指示局部或区域性的干燥环境[1-2]。南极现代砂楔发育的地区年降水量约为160 mm;鄂尔多斯高原晚更新世砂楔发育时的年降水量为100~200 mm[8]。王乃昂等对河西走廊末次冰期砂楔发育环境研究时,同样提出年降水量下限在100~200 mm区间[25]。据此推测,末次冰期早冰阶砂楔发育时期,研究区年降水量也应在100~200 mm,而现今160 mm的年降雨量也在此范围内。
4.3 区域对比
末次冰期持续时间为11~75 ka B.P.,对应于深海氧同位素MIS2~4阶段,是距今最近的一次寒冷时期[26]。末次冰期早冰阶与晚冰阶是末次冰期两个相对寒冷阶段,分别对应于MIS4、MIS2阶段[27-29]。另外,MIS3b阶段作为暖期中相对较冷的阶段,对西部地区环境也有重要的影响。把乌海盆地内砂楔/冰楔铸型光释光样品测年结果与古里雅冰芯[30-31]及GRIP冰芯δ18O值对比发现(图7):砂楔发育的年代对应于δ18O的低值段,即降温阶段;冰楔铸型的年代对应于δ18O的高值段,推测在此之前的末次冰期晚冰阶寒冷阶段很可能是冰楔发育的年代。表3对比了前人提出的中国北方不同地区末次冰期晚冰阶相对于现代的降温幅度。末次冰期晚冰阶中国北方平均降温幅度为10 ℃~15 ℃,与本区内根据砂楔/冰楔铸型恢复的降温幅度基本一致。
5 结 语
(1)乌海盆地黄河西岸的热收缩冰缘现象是末次冰期多次热收缩破裂作用叠加的结果,为砂楔/冰楔铸型复合体。砂楔/冰楔铸型的具体发育过程大致可分为早期原生砂楔发育和晚期冰楔发育与融化、填充两个阶段。
(2)早期热收缩破裂作用形成局部填充物的挤压变形,形成砂楔;填充物以细砂质碎屑物质为主,并有一定的粗砂成分混入。光释光测年结果表明砂楔发育时代大致在末次冰期早冰阶,即深海氧同位素MIS4阶段,并可能延续到MIS3b阶段冰进时期。
(3)晚期热收缩破裂作用以冰的融冻贯入为主,形成冰楔;楔体切过并破坏早期形成的砂楔,仅在局部保留了砂楔填充物的结构特点;冰体融化时,除两壁物质的垮塌外,以细砂为主的外部碎屑物质大量贯入,置换冰体融化后留下的空间。根据填充物光释光测年结果,冰体的消融大致发生在全新世大暖期;结合晚第四纪以来的气候变化特征推测,晚期冰楔发育的时代大致在末次冰期晚冰阶,即MIS2阶段。
(4)结合冰楔、砂楔的发育条件以及区域对比结果,估计乌海盆地砂楔、冰楔发育的末次冰期时期的年均气温比现在低约125 ℃。但是,关于高纬度地区冰楔、砂楔发育条件的研究表明,相对于地温、积雪和温度变率等局部气候要素来说,气温对热收缩破裂作用的影响并不十分直接,再加上局部地质条件和小气候的影响,关于古环境评估仍然是粗略的,有待进一步深入调查和研究。
项目执行过程中,乌海市人民政府尤其是乌海市地震局提供了很多帮助,样品光释光测年和粒度分析在中国地震局地壳应力研究所地壳动力学重点实验室完成,在此一并致谢。
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关键词:多层砌体;中小学校舍;抗震性能;震害预测
中图分类号:A 文献标识码:P315.9 文章编号:1000―0666(2012)01―0086―06
前言
皖东北地区(包括合肥、滁州、蚌埠、宿州等4市所辖的17个县、区)位于郯庐断裂带中南段附近,地震地质条件复杂,历史上曾发生6次5级以上地震,具备发生中强地震的构造背景。同时,皖东北地区作为传统的农业地区,经济发展相对滞后,大部分中小学校舍未走正规的基本建设程序,抗震能力较为薄弱,尤其是“普九”早期和上世纪90年代前建设的校舍,问题更加突出。
据初步调查显示,皖东北地区既有校舍中多层砌体结构所占比例最高,接近70%。多层砌体校舍为满足功能需求,普遍具有大开问、大开窗、横隔墙少、外走廊悬挑等特点,导致建筑刚度小、整体性差、抗震能力低(王玉梅,罗奇峰,2000;高小旺等,2009;林树枝等,2009;叶燎原等,1996;王威等,2010;任晓崧,李梦圆,2009;张敬书等,2009)。汶川地震的震中区大量砌体校舍受损严重,造成师生的重大伤亡,使得砌体校舍的安全受到社会广泛关注。因此,开展皖东北地区多层砌体校舍抗震性能调查与研究,提出相应的防震减灾对策,对于推进该地区校舍安全工程顺利实施和增强校舍抗震防灾能力具有重大的现实意义。
多层砌体校舍抗震性能调查与分析
本次调查于2010年7~8月进行,调查的重点为教学楼、食堂、宿舍。调查组分别对宿州市泗县、蚌埠市五河县、滁州市凤阳县、合肥市肥东县、合肥市包河区等5个县(区)共30所中小学进行走访,共调查了多层砌体校舍73幢。调查时先听取学校抗震设防情况说明,并查阅房屋设计图纸、抗震鉴定报告等资料,然后通过逐幢实地查看、辅以仪器检测的方式进行,从抗震设防标准、建造年代、地基基础、结构体系、构造措施、施工质量等方面进行调查,以评估每栋校舍的抗震能力。
1.1抗震设防标准
目前,世界各国主要采用对建筑物进行抗震设防以提高其抵御地震的能力,房屋抗震设防标准越高,其抗震能力就越强。美国和日本等发达国家在校舍防震方面有着丰富的经验,这些国家的校舍抗震设防标准较高,一般采用抗倒塌设防。以日本为例,日本防震的一个基本原则是:“学校是第一避难所,所有的房子都可以倒,学校的房子不能倒”(王海澜,张婉如,2009)。汶川地震后,我国及时提高了校舍抗震设防类别。依据《建筑工程抗震设防分类标准》(GB50223―2008)的相关规定:“幼儿园、小学、中学的教学用房以及学生宿舍和食堂,抗震设防类别应不低于重点设防类,应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施”。
基于复杂的地震构造背景,皖东北地区均位于Ⅶ度以上设防区,局部区域的地震基本烈度高达Ⅷ度(0.20g),这要求区内中小学校舍的抗震设防应保持较高水平。然而据调查显示,既有多层砌体校舍中有5.5%未考虑抗震设防,这些校舍多建设于20世纪七八十年代,主要依靠群众集资建设,缺乏必要的抗震设防经费;1990年以后,区内中小学校舍不设防的状况有所改善,大部分按当时的基本烈度设防,但随着《中国地震动参数区划图》(GBl8306―2001)将泗县、五河等地基本烈度从Ⅶ度(0.10g)调升为Ⅶ度(0.15g),以及2008年校舍抗震设防类别的提高,使得既有砌体校舍均难以达到现行的抗震设防要求。
1.2建设年代
建设年代也是衡量建筑物抗震能力的主要指标。随着建设年代的增加,建筑的抗震能力会因建筑年久失修或材料特性退化而衰减;同时随着人们对地震的认识逐渐深入,建筑物抗震设防措施越来越趋于科学、合理,建设年代越近,意味着采取抗震设防措施的可靠度就越高。调查显示,既有多层砌体校舍中1990年以前建设的仅占8.2%,而在建筑抗震设计规范(GBJll―1989)颁布实施后,随着当地经济发展,政府加大对校舍建设的投入,新建校舍的数量呈逐年上升的趋势,特别是2002年以来建设的砌体校舍已达到41.1%,这些校舍按照建筑抗震设计规范(GB50011―2001)进行设计和施工,投入使用时间短,具备一定的抗震能力。
1.3地基基础
调查显示,区内地形地貌包括丘陵、山地、平原多种类型,地质条件较为复杂。部分学校未经过规划选址,坐落在易发生地震地质灾害的不利或危险地段。特别是研究区位于郯庐断裂带中南段附近,均属Ⅶ度以上高烈度区,一旦大震发生,断层错动可使坐落在断裂上的建筑瞬间毁坏。
区内砌体校舍的基础普遍采用粘土砖条形基础,埋深多在1.5―3.0 m范围内。基底处理较简单,一般铺砂垫层并夯实。早期的校舍多未进行场地勘察,场地内的软弱土、可液化土不能及时得到处理,地震时易发生软土震陷、砂土液化等地基失效问题;早期的校舍普遍无地圈梁,部分基础出现腐蚀、剥落及不均匀沉降引起的开裂,基础抗震承载力受到严重削弱。
1.4结构体系
乡镇的多层砌体校舍普遍为2―4层,城区的多为4~6层,层高3.0~3.6 m,基本满足2001年的建筑抗震设计规范(GB5001 1―2001)中关于对重点设防类的多层砌体房屋总层数应减少一层且总高度应降低3.0 m的规定。
砌体校舍主要采用横墙承重体系,也有部分内廊式房问采用纵墙承重,承重墙为240mm厚的实心粘土砖墙,砂浆实测强度偏低,普遍在Mo.4~2.5范围内。为保证校舍有良好自然采光和通风条件,在纵向大面积开窗导致纵向薄弱,地震中纵墙易开裂、倒塌。
震害经验表明,承重墙布置对称、规则,在地震作用下的扭转效应小,对抗震有利。区内砌体校舍平面绝大多数为矩形,也有少部分平面为L形、T形。对于超过规范长度或结构平面为L形等不规则的校舍多考虑到防震缝的设置,但防震缝宽度普遍过小,地震中易造成建筑间相互碰撞损坏。
部分早期砌体校舍将楼梯间设置在房屋端部或转角处,楼梯间墙体沿高度方向缺少楼板对其整体的约束,空间刚度差,使得这些校舍的楼梯间成为房屋抗震的薄弱环节。
此外,区内中小学教学楼普遍采用单面外走廊砌体结构形式,这类建筑质量分布不均、传力途径单一、抗变形能力差、抗侧刚度低、没有多余冗余度,汶川地震中这类房屋震害较重,目前2010年抗震规范已经不提倡此类建筑的使用(罗维刚,韩建平,2010)。
1.5楼(屋)盖
多层砌体校舍的楼(屋)盖形式主要包括预制空心板和钢筋混凝土现浇板两种。早期的砌体校舍楼(屋)盖主要采用预制空心板,由
于预制板的防水性较差,1990年以后建设的校舍屋盖普遍改用100~120 mm厚的现浇板,但为省钱,楼盖仍采用预制板。随着当地经济的发展,在2000年后的新建校舍,预制板渐渐被现浇板替代而停止使用。目前,在建砌体校舍的楼(屋)盖已经全部采用整体现浇。
调查显示,既有多层砌体校舍中使用预制板楼(屋)盖仍占有较大的比例,预制板和梁、墙体之问缺少可靠的连接,预制板通常直接放置在两端的墙或梁上,板的支承长度仅80~90 mm,板端的钢筋不进行搭接,楼板间的缝隙大,楼盖整体性很差,遭遇强震时预制板两侧承重结构的相对位移会使预制板发生脱落。而采用现浇板后,由于现浇板整体性强,使得纵、横墙混合承重,增加了楼板对墙体的约束,避免纵墙无可靠的约束而倒塌。
1.6构造与连接
研究表明,圈梁和构造柱某种程度上可视为弱化的柔性框架体系,二者的协同工作可以改善房屋的变形性能、增强房屋的整体刚度和稳定性,因而合理设置圈梁和构造柱是砌体房屋最有效的抗震构造措施之一。调查显示,皖东北地区内95%以上的砌体校舍均考虑到圈梁、构造柱的设置,但存在设置不规范的问题:有的仅设圈梁、无构造柱;有的圈梁、构造柱设置的位置和数量不能满足规范要求;有的圈梁、构造柱的构造和配筋不满足要求等,这些都在一定程度上降低房屋抗震能力。
同时,砌体校舍由于具有大面积门窗,使得部分窗间墙的宽度、外墙尽端至门窗洞边的宽度过小,且墙体内拉结筋设置不规范,导致墙体的抗剪强度不足,地震时砖墙易发生破坏或倒塌。
震害经验表明,走廊、雨篷和女儿墙等非结构构件也是建筑抗震设防的重要环节,非结构构件连接不牢固,地震中易坍塌伤人。经调查,部分校舍外走廊和雨篷的悬挑梁锚固长度不符合抗倾覆要求;部分女儿墙高度超限,无构造柱和压顶。
1.7施工质量
施工质量是影响砌体校舍抗震性能的关键因素。调查显示,部分校舍由资质不健全的施工单位承建,这些单位人员技术水平低、盲目施工,情节更严重的擅自修改设计、偷工减料,存在致命的安全隐患。施工主要存在的问题有:进场建筑材料控制不严、材料不合格;混凝土采用卵石作为粗骨料、无级配;砂浆配合比随意、粘结性差、强度低;灰缝砂浆饱满度不够;纵横墙交接处没有咬槎砌筑、无拉结筋;构造柱与墙体之间无拉结钢筋,预制板没有灌缝与拉接等。
多层砌体校舍震害预测
建筑物震害预测是减轻地震灾害的有效途径,它是通过一定数量的房屋抽样调查分析,恰当地估计建筑物的震害程度,指出其薄弱环节并以此为基础提高建筑物的抗震性能。本次基于调查得出的砌体校舍结构特征,运用尹之潜提出的易损性概率分析法对所调查的校舍进行震害预测(尹之潜,1996;张风华等,2004;孙柏涛,胡少卿,2005)。
将建筑物的震害划分为基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏和毁坏5个等级。在地震作用下,砌体房屋主要由墙体承担地震荷载,采用楼层单位面积的折算平均抗剪强度作为砌体房屋的抗震能力指标,以确定不同烈度下的楼层震害指数,并综合横墙间距、楼(屋)盖类型、平立面规则、施工质量等因素,对楼层震害指数进行修正,以确定楼层的震害等级,最终综合评定单栋建筑不同烈度下的震害等级。通过对单体建筑逐栋进行震害预测,并计算不同烈度下这类建筑各种破坏等级的破坏比来建立群体建筑震害矩阵,本次得到的砌体校舍的震害矩阵如表2所示。
震害矩阵表明,在Ⅶ度地震作用下,区内多层砌体校舍以基本完好和轻微破坏为主;在Ⅷ度地震作用下,砌体校舍严重破坏和毁坏的比例仅占29.1%,大部分经过修理仍可继续使用;但在遭遇Ⅸ―X度地震作用时,80%―90%的校舍将会发生严重破坏和毁坏,可能的震害包括预制板塌落、底部薄弱层的坐层或倒塌等。综合分析认为,在基本设防烈度作用下,皖东北地区20%以上多层砌体校舍会发生中等程度以上的破坏,抗震篚力很脆弱,急需政府投入大量资金进行抗震加固改造或者重建。
结论与建议
汶川地震以血的事实告诫人们中小学校舍抗震设防的重要性,皖东北地区复杂的地震地质条件及校舍抗震设防现状又决定着这项工作的紧迫性和艰巨性。目前,安徽省正在全省范围内实施校舍安全工程,动员全社会的力量开展校舍抗震加固工作,相信这项系统工程的实施将进一步增强该地区中小学校舍防震减灾能力。下面针对皖东北地区中小学多层砌体校舍抗震薄弱环节,建议在校舍安全工程中做好以下几方面的工作:
(1)汶川地震中,滑坡、崩塌、地表破裂等地震次生灾害引起的大量村镇被埋、房屋损毁体现了科学选址的重要性。因此学校规划选址中,应开展地震地质灾害评价和场地勘察,尽量避开建筑抗震不利、危险地段。
(2)当墙体的抗剪强度偏低时,可采用钢筋网砂浆面层加固;圈梁、构造柱的设置不满足规范要求时可外加圈梁、钢筋混凝土构造柱以提高对墙体的约束能力;对于窗问墙宽度较小等易倒塌部位,可增设钢筋混凝土窗框或钢筋网砂浆面层加固。
(3)楼梯是重要的逃生通道,若楼梯间在转角或房屋尽端,可采用适当加大配筋率的钢筋网砂浆面层加固,并同时加固相邻的横向墙体,以免导致加固后楼梯问墙体较相邻墙体的抗侧力刚度增大很多而加重其破坏。
(4)对预制板的加固可采取在预制板与横墙、横梁搭接处用双角钢加强连接、增设板缝拉结筋、增设钢筋混凝土现浇层等措施,以提高预制板楼盖的整体性。
(5)鉴于汶川地震中单面外走廊砌体校舍受损严重,建议在外廊的外侧边增设一排钢筋混凝土构造柱以保证横向承重体系为超静定体系,使其符合抗震设计中多道防线的原则。
(6)由于校舍安全工程工期紧、任务重,而高水平的专业技术人员又紧缺,因此应加强对从业人员的技术培训,使其快速掌握专业技能,提高校舍安全工程质量。
(7)人们常常重建设轻管理,认为校舍的质量和抗震设防能力主要体现在建设阶段,其实校舍的日常管理和维护也是十分重要的。建议设立专项维护经费,并由专人负责定期对校舍进行必要的维护,以期建立校舍维护的长效机制。
调查过程中,得到安徽省地震局震防处及相关市、县地震部门的领导大力支持与配合,合肥工业大学研究生汪可、马文明也参与了部分工作,在此一并表示衷心的感谢!
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