析地震對(duì)水利工程的危害與修復(fù)
地震可能引起壩基液化，從而導(dǎo)致大壩失穩(wěn)。如何分析地震對(duì)水利工程的危害與修復(fù)?
地震是大自然的一種重大災(zāi)害，它巨大的破壞力會(huì)給國家和社會(huì)帶來重大的損失。水利工程使人在進(jìn)步過程中除害興利而修建的工程，不僅有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境的發(fā)展也有著不可估量的作用。地震的巨大破壞力與水利工程的重要作用是我們不能忽視的，我們要在二者之中找平衡，減少危害，創(chuàng)造效益。
地震是地球內(nèi)部介質(zhì)局部發(fā)生急劇的破裂，產(chǎn)生地震波，從而在一定范圍內(nèi)引起地面振動(dòng)的現(xiàn)象。地震往往具有突發(fā)性、毀滅性等特點(diǎn)。我國地處世界上兩個(gè)最大地震集中發(fā)生地帶——環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，地震較多，大多是發(fā)生在大陸的淺源地震，震源深度在20km以內(nèi)。位于青藏高原南緣的川滇地區(qū)，該區(qū)新構(gòu)造活動(dòng)劇烈，絕大多數(shù)屬構(gòu)造地震，地震活動(dòng)頻度高、強(qiáng)度大，是中國大陸最顯著的強(qiáng)震活動(dòng)區(qū)域。
一.地震對(duì)水利工程的危害
由于地震烈度、地震形態(tài)以及水庫本身工程質(zhì)量的不同，地震對(duì)于水利工程的危害也有所區(qū)別。根據(jù)對(duì)我國因地震受損水利工程進(jìn)行分類整理，認(rèn)為水庫壩體險(xiǎn)情主要可分為3級(jí)：
1級(jí)，一般性破壞，不產(chǎn)生滲漏;
2級(jí)，嚴(yán)重性破壞，壩體開裂滲漏;
3級(jí)，垮壩(崩塌)，水庫水全部流走。
水利工程遭受破壞的形式主要有：
1.壩體失穩(wěn)
地震可能引起壩基液化，從而導(dǎo)致大壩失穩(wěn)。地震時(shí)，受到周期性或波動(dòng)性荷載作用，土石壩內(nèi)土體將產(chǎn)生遞增的孔隙水壓力和遞增的變形。粘性土體構(gòu)成的土石壩在地震中相對(duì)安全。但相對(duì)密度低于75%的粉砂土和砂土，在幾個(gè)循環(huán)之后孔隙水壓力就會(huì)顯著上升，當(dāng)達(dá)到危險(xiǎn)應(yīng)力水平時(shí)，土體在周期性荷載作用下顯示出極大的變形位移，壩內(nèi)土體就會(huì)呈現(xiàn)出液化的流態(tài)，導(dǎo)致壩體失穩(wěn)。
2.岸坡坍塌
若水庫兩岸有高邊坡和危巖、松散的風(fēng)化物質(zhì)存在，地震發(fā)生后，造成的巖體松動(dòng)，可誘發(fā)產(chǎn)生崩塌、滑坡和泥石流，甚至形成堰塞湖等現(xiàn)象。
3.壩體裂縫
地震作為外力荷載將會(huì)導(dǎo)致大壩尤其是土石壩整體性降低，防滲結(jié)構(gòu)破壞，引起大量裂縫。地震會(huì)產(chǎn)生水平和垂直兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，并使周期性荷載增大，壩體和壩基中可能會(huì)形成過高的孔隙水壓力，從而導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度與變形模量的降低，引起永久性(塑性)變形的累積，進(jìn)而導(dǎo)致壩體沉降與壩頂裂開。另外，地震還可能對(duì)水利工程一些其它部分造成損壞。
二.地震造成水利工程損壞典型實(shí)例
1.汶川地震
2008 年5 月12 日四川汶川發(fā)生了特大地震，震級(jí)達(dá)8.0 級(jí)。汶川地震導(dǎo)致四川17個(gè)市96個(gè)縣(市、區(qū))1997座水庫不同程度受損，約占四川已建水庫的30%以上，按國家防總確定的水庫震損程度分類統(tǒng)計(jì)，潰壩險(xiǎn)情水庫69座，高危險(xiǎn)情水庫331座。大地震對(duì)水電工程的破壞，主要包括電站閘壩、廠房、發(fā)電設(shè)備、引水設(shè)施等被直接震損、震毀，以及地震引發(fā)的滑坡、崩塌、泥石流等對(duì)各項(xiàng)水利水電工程設(shè)施的毀壞。在四川龍門山地區(qū)，電站無一幸免，震損率為100%。
2.玉樹地震
2010年4月14日，玉樹州玉樹縣發(fā)生7. 1級(jí)地震。玉樹州城鎮(zhèn)供水工程共4項(xiàng)，鄉(xiāng)村飲水安全工程共1 575處，玉樹州已建成水電站工程22 座， 均為小( 2 ) 型，玉樹州5座縣城有防洪堤7處。地震發(fā)生后，結(jié)古鎮(zhèn)供水工程完全震毀，鄉(xiāng)村飲水安全工程共震損1 123處玉樹州7處堤防工程均受到不同程度的損壞，堤防工程損毀長度為12. 87 km，占震前堤防長度的39. 35%。當(dāng)?shù)厮恼痉俊⒒A(chǔ)設(shè)施、測驗(yàn)設(shè)施和報(bào)汛設(shè)施受到較大破壞。此次地震中共有19座小水電站受損， 玉樹縣禪古水電站大壩受損嚴(yán)重，無法正常運(yùn)行，9處灌區(qū)工程全部或部分損毀，受損干渠長21. 4 km，支斗渠長59. 74 km。其他水利設(shè)施主要包括水務(wù)系統(tǒng)辦公生活用房及辦公設(shè)備。
3. 甘肅民樂—山丹6.1 級(jí)地震
2003 年10 月甘肅民樂—山丹發(fā)生6.1 級(jí)地震，地震引起雙樹寺水庫大壩、翟寨子水庫大壩壩頂均出現(xiàn)一條縱向裂縫，長約401～560m，最大寬度2cm 左右，并有多處不同長度斷續(xù)裂縫，防浪墻局部錯(cuò)動(dòng)約0.5cm。大壩右側(cè)出現(xiàn)山體滑坡，形成長條帶及凹陷，滑坡長37m 左右，凹陷坑深2.5～3m、寬7m 左右，凹陷處上部山體有多條斜向裂縫，縫寬20cm 左右。李橋水庫壩頂有縱向裂縫，多處縫寬在2～5mm，其中一條長約100m 左右，出現(xiàn)橫向貫通裂縫，防浪墻出現(xiàn)多處豎向裂縫。這些裂縫在壩體漏水、自然降水和溫度作用下，又將產(chǎn)生新的凍融、凍脹破壞，影響大壩的整體性和穩(wěn)定。
三.水利工程震后修復(fù)措施
被震損的水利工程除了本身的經(jīng)濟(jì)損失以外，它們還成為次生災(zāi)害或后發(fā)災(zāi)害鏈的重大危險(xiǎn)源。這主要表現(xiàn)在，閘壩設(shè)施受損后，庫水無法正常下瀉，導(dǎo)致水位上升，庫水漫壩的危險(xiǎn)，而在壩體受損的情況下，潰壩的機(jī)率大大增加，一旦發(fā)生潰壩，將給下游造成嚴(yán)重的甚至不亞于地震直接災(zāi)害的生命財(cái)產(chǎn)損失。地震后受損水利工程修復(fù)措施主要包括以下幾個(gè)方面：
1壩體監(jiān)測
地震后，對(duì)于受損水利工程，應(yīng)及時(shí)降低水庫運(yùn)行水位，并進(jìn)行充分的壩體探測。對(duì)土石壩，可開挖土坑檢測，對(duì)混凝土壩，則可用無損探傷檢測.包括使用地震波法、地質(zhì)雷達(dá)、水下聲納法檢測侵蝕程度，必要時(shí)還需要采取槽探、鉆孔、孔內(nèi)地球物理方法進(jìn)行檢測。根據(jù)地震前后大壩監(jiān)測結(jié)果的對(duì)比分析，判明是否存在普遍的結(jié)構(gòu)損傷跡象。尤其需要加強(qiáng)對(duì)壩體變形和滲透的觀測，防止裂縫前后貫通，內(nèi)部發(fā)育，產(chǎn)生滲漏通道。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)輸水洞漏水、溢洪道裂縫的監(jiān)測，以防滲漏進(jìn)一步擴(kuò)大. 震后壩體探測中，作為一種非破壞性的探測技術(shù)，地質(zhì)雷達(dá)具有探測效率高、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可以快捷、安全地運(yùn)用于壩體現(xiàn)狀檢測和隱患探查.
2裂縫修復(fù)
對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫，要對(duì)其分布、走向、長度和開度等進(jìn)行定時(shí)觀測和檢測。在大壩主裂縫部位設(shè)置標(biāo)志，縫口要覆蓋塑料布，防止雨水流入加速其惡化。對(duì)受洪水威脅的建筑物，要采取臨時(shí)措施(如圍堰)進(jìn)行保護(hù)。裂縫的修補(bǔ)應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，在安全可靠的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮技術(shù)和施工條件的可行性，力求施工及時(shí)、簡單易行、經(jīng)濟(jì)合理。常用的有以下幾種處理方法：表面處理法、灌漿法、結(jié)構(gòu)加固法。
3滑坡處理
土壩滑坡有剪切破壞、塑流破壞、液化破壞三種形式.可采用“上部減載”與“下部壓重”法來處理。“上部減載”就是在滑坡體上部的裂縫上側(cè)削坡，以保持穩(wěn)定：“下部壓重”就是放緩下部壩坡，在滑坡體下部做壓坡體等。當(dāng)滑坡穩(wěn)定后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行滑坡處理.主要處理方法介紹如下：放緩壩坡、壓重固腳、庫岸巖體加固。
4.滲漏修復(fù)
應(yīng)根據(jù)具體情況降低庫水位或放空水庫，徹底修復(fù)防滲體，對(duì)由于浸潤線過高而逸出坡面或者由于大面積散浸引起的滑坡，除結(jié)合下游導(dǎo)滲設(shè)施外，還應(yīng)考慮加強(qiáng)防滲。
四.結(jié)語
地震會(huì)對(duì)水利工程造成一定的影響，震損的水利工程會(huì)成為次生災(zāi)害的重大危險(xiǎn)源。了解地震對(duì)水利工程的危害，做好防范與修復(fù)工作，只有這樣，才能使水利工程能抗避風(fēng)險(xiǎn)，更好地為人類服務(wù)。
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