泥石流对建筑结构破坏形式分析.doc

。文章编号

结合舟曲泥石流事故探究泥石流对建筑物影响

XX
（ XX大学 西安 710054 学号XXXXX）

摘 要: 舟曲特大泥石流现场调查表明,泥石流破坏建筑物关键有冲击、 淤埋和摩擦三种方法。依据泥石流破坏方法、 特点和建筑物类型,形成中国山区居民住宅两种常见结构泥石流破坏分级标准。最终提出了几条能有效减轻泥石流对建筑物破坏具体方法,可供读者从对泥石流感性认识上升到理性认识。
关 键 词 : 泥石流灾难 破坏方法 治理
中图分类号: 文件标识码: A

Combined with the debris flow accident in Zhouqu to explore the impact of debris flow on buildings
XX

Abstract: Survey shows that Zhouqu large debris flow field, debris flow damage to buildings are mainly impact and friction, buried in three ways. According to the destruction way, characteristic and building type of debris flow, debris flow damage classification standard of two kinds of common structure in mountainous area of our country. Finally, several concrete measures that can effectively reduce the damage of the debris flow are put forward, which can be used for the readers to rise from the perceptual knowledge to the rational knowledge.
Key words: Debris flow disaster Failure mode Prevention and cure

0 引言

8月7日22时左右, 甘南藏族自治州舟曲县城东北部山区突降特大暴雨, 降雨量达97毫米, 连续40多分钟, 引发三眼峪、 罗家峪等四条沟系特大山洪地质灾难, 泥石流长约5千米, 平均宽度300米, 平均厚度5米, 总体积750万立方米, 流经区域被夷为平地泥石流造成了1765人死亡和失踪,33幢面积11.472 km2建筑物被直接冲垮,有20幢面积约69 km2建筑被部分损坏。本文以此事故为例, 介绍泥石流成因、 分析泥石流对建筑物破坏形式, 本文目在于对泥石流进行深一步认识以降低其对人身、 建筑损害。
1 泥石流基础概念
泥石流是指在山区或者其她沟谷深壑, 地形险峻地域, 因为暴雨、 暴雪或其她自然灾难引发山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块特殊洪流。泥石流含有忽然性以及流速快, 流量大, 物质容量大和破坏力强等特点。发生泥石流常常会冲垮公路铁路等交通设施甚至村镇等, 造成巨大损失。泥石流是暴雨、 洪水将含有沙石且松软土质山体经饱和稀释后形成洪流, 它面积、 体积和流量都较大, 而滑坡是经稀释土质山体小面积区域, 经典泥
石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土粘稠泥浆组成。在合适地形条件下, 大量水体浸透流水山坡或沟床中固体堆积物质, 使其稳定性降低, 饱含水分固体堆积物质在本身重力作用下发生运动, 就形成了泥石流。泥石流是一个灾难性地质现象。通常泥石流爆发忽然、 来势凶猛, 可携带巨大石块。因其高速前进, 含有强大能量, 所以破坏性极大。泥石流流动全过程通常只有多个小时, 短只有几分钟。
1.1 泥石流种类分类
泥石流根据不一样属性有着不一样分类。
1.1.1 按物质成份分类
（1）由大量粘性土和粒径不等砂粒、 石块组成叫泥石流。
（2）以粘性土为主, 含少许砂粒、 石块、 粘度大、 呈稠泥状叫泥流。
（3）由水和大小不等砂粒、 石块组成称之水石流。
1.1.2 按流域形态分类
（1）标准型泥石流为经典泥石流, 流域呈扇形, 面积较大, 能显著划分出形成区, 流通区和堆积区。
（2）河谷型泥石流流域呈有狭长条形, 其形成. 区多为河流上游沟谷, 固体物质起源较分散, 沟谷中有时常年有水, 故水源较丰富, 流通区与堆积区往往不能显著分出。
（3）山坡型泥石流流域呈斗状, 其面积通常小于1000㎡, 无显著流通区, 形成区与堆积区直接相连。
1.1.3 其她分类（表1）
按物质成份分类
按流域形态分类
泥石流
标准型泥石流
泥流
河谷型泥石流
水石流
山坡型泥石流
表一 泥石流其她分类
Table 1 other classification of debris flow
1.2 形成条件
泥石流形成需要三个基础条件: 有陡峭便于集水集物合适地形; 上游堆积有丰富松散固体物质; 短期内有忽然性大量流水起源。
1.2.1 地形地貌条件
在地形上含有山高沟深, 地形陡峻, 沟床纵度降大, 流城形状便于水流聚集。在地貌上, 泥石流地貌通常可分为形成区、 流通区和堆积区三部分。上游形成区地形多为三面环山, 一面出口为瓢状或漏斗状, 地形比较开阔、 周围山高坡陡、 山体破碎、 植被生长不良, 这么地形有利于水和碎屑物质集中; 中游流通区地形多为狭窄陡深峡谷, 谷床纵坡降大, 使泥石流能迅猛直泻; 下游堆积区地形为开阔平坦山前平原或河谷阶地, 使堆积物有堆积场所。
1.2.2 松散物质起源条件
泥石流常发生于地质结构复杂、 断裂褶皱发育, 新结构活动强烈, 地震烈度较高地域。地表岩石破碎, 坍毁、 错落、 滑坡等不良地质现象发育, 为泥石流形成提供了丰富固体物质起源; 另外, 岩层结构松散、 软弱、 易于风化、 节剪发育或软硬相间成层地域, 因易受破坏, 也能为泥石流提供丰富碎屑物起源; 部分人类工程活动, 如滥伐森林造成水土流失, 开山采矿、 采石弃渣等, 往往也为泥石流提供大量物质起源。
1.2.3 水源条件
水既是泥石流关键组成部分, 又是泥石流激发条件和搬运介质(动力起源), 泥石流水源, 有暴雨、 水雪融水和水库溃决水体等形式。中国泥石流水源关键是暴雨、 长时间连续降雨等。
1.3 发生规律
1.3.1 季节性
中国泥石流暴发关键是受连续降雨、 暴雨, 尤其是特大暴雨集中降雨激发。所以, 泥石流发生时间规律是与集中降雨时间规律相一致, 含有显著季节性。通常发生在多雨夏秋季节。因集中降雨时间差异而有所不一样。四川、 云南等西南地域降雨多集中在6-9月, 所以、 西南地域泥石流多发生在6-9月; 而西北地域降雨多集中在6、 7、 8三个月, 尤其是7、 8两个月降雨集中, 暴雨强度大, 所以西北地域泥石流多发生在7、 8两个月。据不完全统计, 发生在这两个月泥石流灾难约占该地域全部泥石流灾难90%以上。也含有一定周期性, 且其活动周期与暴雨、 洪水活动周期大致相一致。当暴雨、 洪水二者活动周期是与季节性相叠加, 常常形成泥石流活动一个高潮。
1.3.2 周期性
泥石流发生受暴雨、 洪水影响, 而暴雨、 洪水总是周期性地出现。所以, 泥石流发生和发展也含有一定周期性, 且其活动周期与暴雨、 洪水活动周期大致相一致。当暴雨、 洪水二者活动
水渠、 铁路以及其它建筑活动, 破坏了山坡表面而形成。如云南省东川至昆明公路老干沟, 因修公路及水渠, 使山体破坏, 加之1966年犀牛山地震又形成坍毁、 滑坡, 致使泥石流愈加严重。又如香港多年来修建了很多大型工程和地面建筑, 几乎每个工程都要劈山填海或填方, 才能取得适宜建筑场地。1972年一次暴雨, 使正在施工挖掘工程现场120人死于滑坡造成泥石流。　
1.4.2 自然原因
(1)地表水在沟谷中上段侵润冲蚀沟床物质, 随冲蚀强度加大, 沟内一些微弱段块石等固体物松动、 失稳, 被猛烈掀揭、 铲刮, 并与水流搅拌而形成泥石流。
(2)山坡坡面土层在暴雨浸润击打下, 土体失稳, 沿斜坡下滑并与水体混合, 侵蚀下切而形成悬挂于陡坡上坡面泥石流。北京山区农民常称之为“水鼓”、 “龙扒掌”。
(3)沟源崩、 滑坡土体触发沟床物质活动形成泥石流。既崩、 滑体便发生溃决, 强烈冲击并带动沟床固体碎屑物活动而形成泥石流。
2 泥石流对建筑物破坏
2.1. 泥石流对房屋破坏形式
泥石流破坏形式多个多样, 依据泥石流沟及房屋分布划分能够分为: 冲击、 摩擦和淤埋三种方法[1][2][8]。

图1舟曲县城泥石流下游建筑物破坏图
Figure 1 Zhouqu debris flow downstream buildings damaged

（1）冲击破坏
泥石流在形成区运动过程 中, 逐步加入泥石流体松散物质越来越多, 组成成份也越来越 复杂。进入流通区后泥石流体中 固体物质含有颗粒粒径差异 大, 悬殊可达6 个数量级( 从微米到米) , 泥石流可搬运直径数米大石块。 泥石流冲击力由液相浆体冲击力和固相颗粒冲击力组成。
泥石流体携带大量固体物质冲击力巨大。泥石流携带大石块 流经过沟段对全部碰到阻拦其 继续前行障碍物造成强烈膨胀和冲击, 对房屋建筑重则直接推到, 轻则破坏房屋建筑部分结构。

图2冲击破坏
Fig. 2 impact failure
（2）摩擦破坏
泥石流危害不仅仅限于所携带大石块, 泥石流体中细小颗粒 也会对运动过程中碰到障碍物造成强烈冲击, 摩擦房屋建筑外露结构, 使房屋结构受到摩蚀破坏。

图3摩擦破坏
Fig. 3 friction failure
（3）堆积於埋破坏
泥石流进入堆积区后, 因为沟床坡度减小, 泥石流前行阻力增大, 泥石流流速逐步减小, 所携带粗颗粒逐步沉积, 进入堆积过程。对于山区城镇, 泥石流堆积平台往往是房屋建筑比较理想建造地址。建造在泥石流堆积区房屋往往在泥石流爆发时受到泥 石流於埋破坏。汶川 8. 0 级大地震中, 北川作为受灾最严重城市之一, 灾后有强降雨诱发泥石流灾难使得北川县城再次遭受严重损失。

图4淤埋破坏
Fig.4 buried damage
一个建筑物损害, 往往不是一个破坏形式造成, 而是由三种方法结合所破坏。

图5泥石流破坏房屋
Fig.5 debris flow damage to houses
2.2 泥石流对建筑物破坏模式
建筑物破坏模式在６种不一样结构类型建筑物中, 木结构、 砖木、 框架－砖混、 框架和钢结构５种关键承重构件均为柱体和梁, 因建筑材料不一样使其含有不一样强度。砌体结构支撑构件为砖砌块或石块, 其强度取决于砂浆和砌块强度。
所以, 前５种建筑物破坏关键表现在梁或柱坍毁或损坏, 以后一个则为承 重墙体破坏。从结
构破坏程度考虑, 将建筑物 破坏模式划分为以梁和柱为承重构件和以砌体为承重构件建筑物破坏模式。
（1）以梁和柱为承重构件建筑物破坏模式
墙体破坏造成非结构性损伤建筑物外墙受泥石流冲击后坍毁, 泥石流从坍毁墙体或门窗等开口处冲入屋内, 造成淤埋破坏, 而主体结构支撑柱体或梁并无损伤。对砖木结构, 其外墙多为砖砌体, 因为木质柱体与砖砌体间黏结性能很差, 较易产生裂缝, 受泥石流作用后极易垮塌框架结构墙体与柱间即使黏结性很好, 但其强 度仍远低于混凝土柱体, 易产生剪切和弯曲破坏。
（2）以砌体为承重构件建筑物破坏模式
该破坏模式关键由承重墙体裂缝或坍毁引发, 其破坏程度因损坏墙体位 置和面积大小而有所差异。
①部分建筑物底层承 重墙体受泥石流作用产生裂缝或部分坍毁, 但建筑物 整体结构良好。这类破坏模式多出现于相对两面 墙体为泥石流破坏, 而两侧墙体因平行于泥石流流向 而未遭受严重损伤, 使得两侧墙体仍然能够支撑整个 建筑物不致坍毁。
②建筑物底层承重墙 体大面积产生裂缝或坍毁, 致使建筑物整体倾斜并坍毁。此破坏模式多出现在相邻两面墙体或更多面墙 体被泥石流破坏, 建筑物失去支撑而坍毁
2.3建筑物支撑构件破坏力学模型
建筑物支撑构件损毁是造成其结构性破坏甚至坍毁关键原因, 将建筑物支撑构件破坏归纳为柱和梁塑性铰破坏和剪切破坏、 支撑墙体弧形拉裂破坏, 三种受力图以下[2]。

(a)
(b)

(c )
(a).塑形铰破坏 (b).剪切破坏 (c).拉裂破坏
（a）The plastic hinge failure(b) shear failure (c) tensile failure
因为柱体两端固定于基础、 梁和楼板处, 故可将其视作两端固定简支梁。当泥石流作用产生弯矩或剪力超出柱体极限弯矩和极限剪力, 便造成塑性铰或剪切破坏。墙体开裂和变形沿屈服线展开, 取单位宽度墙体作为研究对象, 其固端或中部屈服变形 量即可反应墙体破坏程度。可依据静力学中力和 力矩平衡原理, 利用柱体极限弯矩和剪力值求得柱和墙破坏时泥石流临界条件。

2.4建筑物破坏等级划分
划分标准[3][4]
半定量方法给出此次泥石流对建筑物破坏等级划分标准, 即微小损坏、 轻度损坏、 中等破坏、 严重破坏和完全破坏５级。（表2）
等级
砖混结构
完全破坏
房屋残余部分不足50%或者淤埋程度小于2层楼
严重破坏
多数承重墙撞踏, 大部分墙体打穿, 部分楼层盖塌落, 或淤埋厚度小于2层楼大于一层楼
中等破坏
少数承重撞踏, 部分墙体打穿, 或淤埋程度小于1层楼
轻微破坏
承重墙完好, 非承重墙有部分破损, 或淤埋程度小于半层楼
基础完好
承重墙和非承重墙完好, 仅门窗和墙面部分受损, 底楼地面部分有部分淤积
表2 建筑物泥石流破坏分级标准
Tabel2 Classification of the construction damages by debris flow

3造成舟曲泥石流原因
3.1.特殊地质地貌
舟曲是滑坡、 泥石流、 地震三大地质灾难多发区。舟曲一带是秦岭西部褶皱带,山体分化、 破碎严重,大部分属于是炭灰夹杂土质,而且风化程度也很厉害, 比较轻易发生滑坡、 坍毁和泥石流灾难。
3.2.汶川地震影响是关键原因之一
舟曲县是汶川地震重灾区之一, 地震造成舟曲县城周围山体松动、 岩层破碎。因地震造成山体松动等需要3到5年时间才能消除, 但灾难发生时距离汶川地震发生仅2年多时间。
3.3.气象原因
舟曲连续干旱, 造成城区周围岩石解体, 部分山体、 岩石裂缝暴露在外, 使雨水轻易进入, 造成滑坡。
3.4.瞬时暴雨和强降雨
7日晚舟曲县城东北部山区突降特大暴雨, 连续40多分钟, 降雨量达成90多毫米, 因为岩体产生裂缝,瞬时暴雨和强降雨深入岩体深部,造成岩体坍毁、 滑坡,形成泥石流。
3.5.经济原因
当地为了经济发展而砍伐大量森林植被, 造成水土流失极为严重, 自然灾难不停, 可当地政府仍然不给予重视, 不采取有效保护森林方法, 森林植被每年都遭到在深入破坏, 最终造成了这次灾难。
4泥石流应对方法
4.1预防
为了避免建筑物遭受泥石流破坏, 最有效方法就是不要将房子修在泥石流必经通道。不过, 位于泥石流堆积扇城镇经过合理建筑布局、 加强建筑结构, 也能够在一定程度上有效减小泥石流对建筑物破坏。
4.2躲避
怎样判定泥石流发生? 我们要遵照除依据当地降雨情况来估测泥石流暴发可能性外,我们还可经过部分特有现象来判定泥石流发生,方便采取快速、 正确自救方法.
（1）看: 当发觉河（沟）床中正常流水忽然断流或洪水忽然增大并夹有较多柴草、 树木,都可确定河（沟）上游已形成泥石流.
（2）听: 仔细倾听是否有从深谷或沟内传来类似火车轰鸣声或闷雷式声音,如听到这种声音,哪怕极微弱也应认定泥石流正在形成,此时须快速离开危险地段.如听到要高度警惕,这很可能是泥石流将至征兆.如前文说到两个村民,她们都听到了轰轰声,却并不知到底,假如她们早知道,可能就会降低部分人员伤亡.
（3）看听结合: 沟谷深处变得昏暗并伴有轰鸣声或轻微振动感,则说明沟谷上游已发生泥石流.
4.3撤离
（1）在泥石流易发地域居民,不要留恋财物,听从指挥,快速撤离危险区。
（2）千万不要在泥石流中横渡。
（3）在泥石流发生前已经撤出危险区人, 千万不要返回收拾物品或锁门。
（4）立刻与相关部门取得联络, 汇报自己方位和险情, 主动寻求救援。　
（5）在沟谷内游玩时, 一旦遭遇大雨、 暴雨, 要快速转移到安全高地, 不要在低洼谷底或陡峻山坡下躲避、 停留。
（6）碰上泥石流, 不能沿沟向下或向上跑, 而应向两侧山坡上跑, 离开沟道、 河谷地带。但注意不要在土质松软、 土体不稳定斜坡停留, 应选择在基底稳固又较为平缓开阔地方停留。
（7）暴雨停止后, 不要急于返回沟内住地, 应等候一段时间。
4.4治理
预防泥石流工程设施,效果也不错.关键是为保护危害对象免遭破坏而采取防护工程、 排导工程、 拦挡工程、 跨越工程等。其次建立对应设施,比如护坡、 挡墙、 顺坝、 丁坝等工程; 为改善泥石流流向与流速还可修建排泄沟、 导流堤、 、 渡槽等; 为了控制拦截下泄物,减弱泥石流冲击能量,也可修建等.
植树造林,保护森林关键性对防治泥石流有着非常关键意义.这是一个长久有利于减缓泥石流形成达成一定防御目治理性手段.关键方法是封山育林,停耕还林,固结表土,保持水土,降低泥石流发生几率与规模。

参 考 文 献

[1]胡凯衡,崔鹏,等.舟曲“8.8”特大泥石流对建筑物破坏方法［J］.山地学报, ,30(4):484 －490．
[2]胡凯衡,葛永刚,崔鹏,等.对甘肃舟曲特大泥石流灾难初步认识[J]．山地学报,,28(5):628-634.
[3]中国建设部.民用建筑可靠性判定标准.1999.
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[5] 陈向军.王景春.地质灾难防治[M].中国建筑工
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[6]JKAOB M,STEIN D, ULMI M．Vulnerability of Buildings
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