土木工程災害及防治第一頁，共33頁。12土木工程災害及防治了解土木工程災害及防治的基本概念;了解土木工程災害的類型;熟悉土木工程災害的基本防治對策和措施;了解地震災害及防治;了解風災及防治;了解火災及防治;了解地質災害及防治;了解結構的檢測與加固。第二頁，共33頁。任務一概述一、基本概念1.災害概念災害是給人類和人類賴以生存的環境造成破壞性影響的事物總稱，通常指由于自然的、人為的或人與自然的原因，對人類的生存和社會發展造成損害，局部可以擴張、發展和演變成災難的各種現象。它一般具有危害性、突發性、永久性、頻繁性、不重復性、廣泛性與區域性。2.土木工程災害的概念土木工程是人類文明的體現，但是土木工程在帶來文明的同時，也給人類帶來了災難。土木工程災害是指由于人們的不當活動—選址、設計、施工、使用和維護導致所建造的土木工程不能抵御突發的荷載，而致使土木工程失效和破壞，乃至倒塌而造成的損失。第三頁，共33頁。任務一概述二、土木工程災害的類型1.災害及土木工程災害的種類災害的種類多，分類方法也各不同，但按災害的形成機制可分為自然災害和人為災害兩大類。2.自然災害自然災害是自然界中物質變化、運動造成的損害，包括地震災害、風災害、洪水災害、泥石流災害、蟲災等。3.人為災害人為災害是由于人的過錯或某些喪失理性的失控行為給人類自身造成的損害，包括火災、燃氣爆炸、地陷(人為地大量抽地下水造成的)以及不適當的工程設施對環境造成的隱患，或者工程質量低劣造成工程事故等。第四頁，共33頁。任務一概述三、土木工程災害的基本防治對策和措施1.災害監測監視測量與自然災害有關的各種自然因素變化數據的工作叫作自然災害監測。監測工作的直接口的是取得自然因素變化的資料，用來認識災害的發生規律以及進行預防和預報。自然災害的監測方式主要有航空遙感監測、地面臺風監測、深部或地下孔點監測、水面和水下監測等。2.災害預報災害預報是指根據災害的周期性、重復性、災害間的相關性、致災因素的演變和作用、災害發展趨勢、災源的形成、災害載體的運移規律，以及災害前兆信息和經驗類比，對災害未來發生的可能性做出估計或判斷。第五頁，共33頁。任務一概述三、土木工程災害的基本防治對策和措施3.防災防災是在災害發生前采取的避讓性預防措施，這是最經濟、最安全又十分有效的減災措施。防災措施主要有規劃性防災、工程性防災、技術性防災、轉移性防災和非工程性防災等。4.抗災抗災是指人類面對自然災害的挑戰做出的反應，如抗洪、抗震、抗風、抗滑坡和泥石流等的工程性措施，主要包括工程結構的抗災與工程結構災后的檢測與加固等。5.救災救災是災害已經開始后迅速采取的減災措施。第六頁，共33頁。任務二地震災害及防治一、地震的基本概念1.地震地震是地殼在某處巖層突然破裂，或因局部巖層坍塌、火山噴發等內、外營力作用下，集聚的構造應力突然釋放，產生的震動彈性波從震源向四周傳播引起地面的顛簸和搖動。2.地震震級和烈度地震震級是地震的基本參數之一，是按地震時所釋放出的能量大小確定的等級標準。地震震級是根據地震儀記錄的地震波振幅來測定的，一般采用里氏震級標準。震級(M)是距震中100千米處的標準地震儀(周期0.8秒，衰減常數約等于1，放大倍率2800倍)所記錄的地震波最大振幅值的對數來表示的。地震烈度是指某一地區的地面和各類建筑物遭受到一次地震影響的強弱程度。第七頁，共33頁。任務二地震災害及防治二、地震的類型1.構造地震由于地殼運動，推擠地殼巖層板塊使其薄弱部位發生斷裂錯動而引起的地震叫構造地震，也稱“斷層地震”。2.火山地震地球內部的溫度很高，沿深度每增加100米，溫度上升2-5度，在地下100千米深處的地溫已達到1200-1300度。因此，在高溫下巖石呈熔融狀態形成巖漿，如果地殼中有斷裂等薄弱地帶，巖漿在強大壓力作用下，將沿這些斷裂處噴出地表，形成火山爆發。3.陷落地震地表或地下巖層因洞穴大規模陷落和崩塌而引起的地震稱為陷落地震。洞穴主要有石灰巖溶洞和礦山采空區。陷落地震很少造成破壞，震級也很小。第八頁，共33頁。任務二地震災害及防治二、地震的類型4.誘發地震由于水庫蓄水或深井注水等引起的地面振動叫誘發地震。口前世界上已記錄到的最大的水庫誘發地震為6.5級，1967年12月發生在印度柯依納水庫，直接死亡人數約為177人，受傷人數超過1700人，大批房屋倒塌或損壞，成千上萬的人無家可歸。三、地震的直接和間接災害1.直接災害(1)地面的斷裂錯動和地裂縫。(2)噴砂、冒水。(3)局部土地塌落。(4)滑坡、塌方。(5)公路、鐵路及橋梁的破壞。第九頁，共33頁。任務二地震災害及防治三、地震的直接和間接災害2.間接災害(1)火災。(2)地震滑坡和泥石流災害。(3)地震海嘯。四、防震減災1.基本對策目前，減輕地震災害可分為地震預測預報、地震轉移分散和工程抗震三個方面的宏觀對策。2.建筑結構的抗震設防抗震設防是指對建筑結構進行抗震設防并采取一定的抗震構造措施，以達到結構抗震的效果和口的。抗震設防的依據是抗震設防烈度，地震烈度按不同的頻度和強度通常可劃分為小震烈度、中震烈度和大震烈度。第十頁，共33頁。任務二地震災害及防治三、地震的直接和間接災害3.抗震設計的基本要求(1)場地的選擇。首先應根據工程需要，掌握地震活動情況、工程地質和地震地質的有關資料，作出綜合分析，從而選擇建筑場地。(2)地基和基礎。同一結構單元不宜設置在性質截然不同的地基土上，也不宜部分采。(3)建筑的平面和立面布置。建筑的平面和立面布置宜對稱、規則、力求使質量和剛度變化均勻，避免突然變化。(4)抗震結構體系。抗震結構體系是抗震設計的重要環節，應根據建筑的重要性、設防烈度、房屋高度、場地、地基、基礎、材料和施工等因素，以及經濟技術、經濟條件比較綜合確定。第十一頁，共33頁。任務二地震災害及防治三、地震的直接和間接災害(5)結構構件及連接結構。結構構件應具有良好的延性，力求避免脆性破壞或失穩破壞。連接及支撐系統應具有足夠的強度和整體性。(6)非結構構件。附著于樓、屋面結構構件的非結構構件應與主體結構有可靠的連接或錨固，圍護墻應考慮對主體結構抗震有利或不利的影響，幕墻、裝飾貼面與主體結構應有可靠的連接。(7)隔震與消能。隔震與消能技術的采用，要根據建筑抗震設防類別、設防烈度、場地條件、結構方案及使用條件等，經對結構體系進行技術的綜合對比分析后確定。(8)材料與施工。除確保執行材料和施工的一般要求外，應在設計文件上注明抗震結構對材料和施工質量的特殊要求。第十二頁，共33頁。任務三風災及防治一、風的基本概念1.風及其種類風是大氣層中空氣形成的壓力作用運動。由于地球表面不同地區的大氣層所吸收的太陽能量不同，造成了各地空氣溫度的差異，從而產生氣壓差，氣壓差驅動空氣從氣壓高的地方向氣壓低的地方流動，這就形成了風。自然界中常見的風包括陣風、旋風、海陸風、龍卷風、山谷風、臺風、焚風、季風、干熱風等。2.風速和風力等級風速就是風的前進速度。相鄰兩地間的氣壓差越大，空氣流動越快，風速越大，風的力量自然也就大。所以通常都是以風力來表示風的大小。風速的單位用米/秒或千米/時來表示。根據風對地上物體所引起的現象將風的大小分為13個等級，稱為風力等級。第十三頁，共33頁。任務三風災及防治第十四頁，共33頁。任務三風災及防治二、風災害1.引起災害的常見風型一般6級以下的風不會引起大的危害，6級或6級以上較強的風有時會造成房屋、車輛、船舶、樹木、農作物以及通信設施、電力設施破壞及人員傷亡，由此造成的災害為風災，對生活、生產產生嚴重影響。常見導致災害的風型主要有暴風、臺風、龍卷風等。2.結構物的風災害風對人類造成的災害，有相當一部分是通過對構筑物的破壞而產生的。(1)對房屋建筑結構的破壞。(2)對高聳結構的破壞。(3)對大跨結構的破壞。(4)對橋梁結構的破壞。第十五頁，共33頁。任務三風災及防治二、風災害(5)對電廠冷卻塔的破壞。(6)對輸電系統等的破壞。(7)對港口設施的破壞。(8)對海洋工程結構的破壞。三、防風減災1.風對結構的作用(1)結構上的靜力風荷載。《建筑結構荷載規范》規定作用在結構表面的風荷載為:第十六頁，共33頁。任務三風災及防治三、防風減災(2)順風向風振效應。一般情況下，順風向是風振效應的主要作用。(3)橫風向效應及共振效應。橫向風風振是由于不穩定的空氣動力形成的，它對多數工程結構的效應比順向風力小得多，但不可忽略。2.抗風設計的主要內容(1)建筑結構的抗風設計。(2)建筑群的風環境。(3)橋梁結構的抗風設計。工程結構抗風設計研究方法有風洞試驗、工程數值仿真模擬和現場測試三種，它們互相補充、互相促進，其中風洞試驗是一種主要的研究方法。第十七頁，共33頁。任務三風災及防治三、防風減災3.工程結構風致振動控制(1)主動控制技術。(2)被動控制技術。(3)半主動控制技術。(4)混合控制技術。4.防風減災措施防止風災的主要措施有:①將各地區的風荷載特性作為重點來研究。②充分考慮風災因素，加強工程結構的抗風設計。③建造防風固沙林和防風護岸植被，以減少風力對城市和海岸的破壞。④在經常受風災危害的地區，建立預報、預警體制。第十八頁，共33頁。任務四火災及防治一、火災概述1.火災的含義及分類火災是指在時間和空間上失去控制的燃燒所造成的災害。在各種災害中，火災是最經常、最普遍地威脅社會安全的主要災害之一。火災根據可燃物的類型和燃燒特性，分為A、B、C、D、E、F六類。2.火災屬性及特征火災是由燃燒而引起的一種災害。這種災害的屬性按照物質運動變化產生燃燒的不同條件可以分成自然性火災和行為性火災。第十九頁，共33頁。任務四火災及防治二、防火減災1.建筑物起火三要素(1)可燃物。(2)著火源。(3)助燃物。因此，在建筑防火設計中應對以上三方面進行有效的控制。2.材料的耐火性能為了有效地預防建筑火災和減少火災的危害，或者便于災后重建修復，必須合理地選擇建筑材料。一般需要考慮材料的燃燒性能、導熱性、隔熱性能、高溫物理力學性能、發煙性能、毒性性能等。第二十頁，共33頁。任務四火災及防治二、防火減災3.建筑物防火措施(1)耐火等級和材料選擇。(2)防火間距和防火分區。(3)安全疏散和通風排煙。(4)報警系統和滅火裝置。4.建筑防火構造(1)防火墻。防火墻能在火災初期和撲救火災過程中，將火災有效地限制在一定空間內，阻斷火勢蔓延。(2)防火門和防火卷簾。5.建筑防火的主要內容(1)總平面。(2)建筑物耐火等級劃分。(3)防火分區和防火分隔。第二十一頁，共33頁。任務四火災及防治二、防火減災(4)防煙分區。(5)室內裝修防火。(6)安全疏散。(7)工業建筑防爆。第二十二頁，共33頁。任務五地質災害及防治一、滑坡及防治1.滑坡的概念滑坡是指斜坡上的土體或者巖體，受河流沖刷、地下水活動、雨水、地震及人工切坡等因素影響，在重力作用下，沿著一定的軟弱面或者軟弱帶，整體地或者分散地順坡向下滑動的自然現象。2.滑坡的分類(1)按滑坡體的體積劃分。小型滑坡；中型滑坡；大型滑坡；特大型滑坡。(2)按滑坡的滑動速度劃分。蠕動型滑坡，慢速滑坡，中速滑坡，高速滑坡。(3)按滑坡體的物質組成和滑坡與地質構造關系劃分。覆蓋層滑坡，基巖滑坡，第二十三頁，共33頁。任務五地質災害及防治一、滑坡及防治3.滑坡引起的災害滑坡常常給工農業生產以及人民生命財產造成巨大損失，有的甚至是毀滅性的災難。4.滑坡防治要確保斜坡不發生滑坡，必須加強防治，口前滑坡的防治總體指導方針是“以防為主、及時治理”。二、崩塌及防治1.崩塌的概念崩塌又稱為崩落、垮塌或塌方，是較陡斜坡上的巖土體在重力作用下突然脫離母體崩落、滾動、堆積在坡腳(或溝谷)的地質現象。第二十四頁，共33頁。任務五地質災害及防治二、崩塌及防治2.崩塌的分類(1)根據坡地物質組成劃分。崩積物崩塌，表層風化物崩塌，沉積物崩塌，基巖崩塌。(2)根據崩塌體的移動形式和速度劃分。散落型崩塌，滑動型崩塌。3.崩塌引起的災害崩塌會使建筑物、公路和鐵路甚至整個居民點被掩埋。崩塌有時還會使河流堵塞形成堰塞湖，這樣就會將上游建筑物及農田淹沒，在寬河谷中，由于崩塌能使河流改道及改變河流性質，而造成急湍地段。4.崩塌防治治理崩塌的方法和原則與治理滑坡的方法和原則相同。第二十五頁，共33頁。任務五地質災害及防治三、泥石流及防治1.泥石流的概念泥石流是指因為暴雨暴雪或其他自然災害引發的山體滑坡并攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流，通常發生在山區或者其他溝谷深壑、地形險峻的地區。泥石流具有突然性以及流速快、流量大、物質容量大和破壞力強等特點。2.泥石流的分類(1)按物質成分分類。泥石流，水石流。(2)按流域形態分類。標準型泥石流，河谷型泥石流，山坡型泥石流。(3)按物質狀態分類。豁性泥石流，稀性泥石流。第二十六頁，共33頁。任務五地質災害及防治三、泥石流及防治3.泥石流引起的災害(1)對居民區的危害。(2)對公路和鐵路的危害。(3)對水利水電工程的危害。(4)對礦山的危害。4.泥石流防治的生物措施生物措施主要包括恢復或培育植被，合理耕牧，維持較優化的生態平衡，這些措施可使流域坡面得到保護，免遭沖刷，以控制泥石流發生。5.泥石流防治的工程措施(1)蓄水、引水工程。(2)支擋工程。(3)攔擋工程。第二十七頁，共33頁。任務五地質災害及防治三、泥石流及防治(4)排導工程。(5)儲淤工程。四、地面沉降及防治1.地面沉降的概念地面沉降又稱為地面下沉或地陷。它是在人類工程經濟活動影響下，由于地下松散地層固結壓縮，導致地殼表面標高降低的一種局部的下降運動。2.地面沉降的分類(1)地面沉降分為自然地面沉降和人為地面沉降。(2)地面沉降分為構造沉降、抽水沉降和采空沉降。第二十八頁，共33頁。任務五地質災害及防治四、地面沉降及防治3.地面沉降引起的災害(1)毀壞建筑物和生產設施。(2)不利于建設事業發展和資源開發。(3)造成海水倒灌。4.地面沉降防治(1)在沿海低平原地帶修筑或加高擋潮堤、防洪堤，防止海水倒灌、淹沒低洼地區。(2)改造低洼地形，人工填土加高地面。(3)改建城市給、排水系統和輸油、氣管線，整修因沉降而被破壞的交通路線等線性工程，使之適應地面沉降后的情況。(4)修改城市建設規劃，調整城市功能分區及總體布局規劃中的重要建筑物要避開沉降地區。(5)限制地下水開采，調整開采層次。第二十九頁，共33頁。任務六結構的檢測與加固一、