汶川地震中绵阳市和德阳市水坝震害特征分析

周新贵，王志华，刘 洋

(1.安徽建筑大学 建筑结构与地下工程安徽省重点实验室，安徽 合肥 230601；2.安徽建筑大学 建筑健康监测及灾害预防技术国家地方联合工程实验室，安徽 合肥 230601；3.南京工业大学 岩土工程研究所，江苏 南京 210009)

汶川地震中绵阳市和德阳市水坝震害特征分析

周新贵1，2，王志华3，刘 洋1，2

(1.安徽建筑大学 建筑结构与地下工程安徽省重点实验室，安徽 合肥 230601；2.安徽建筑大学 建筑健康监测及灾害预防技术国家地方联合工程实验室，安徽 合肥 230601；3.南京工业大学 岩土工程研究所，江苏 南京 210009)

通过实地调查收集绵阳市和德阳市147座汶川地震震损水库土坝及相关资料，分析得出汶川地震影响下水库土坝典型震害现象特征，包括水库坝项中部及坝轴线两侧纵向裂缝、坝体纵横向裂缝、防浪墙倒塌、坝坡局部滑裂、水库泄水构筑物震损、坝坡挡土墙倒塌、上游坡护坡下滑等；并对大坝裂缝、水库渗漏、坝坡滑塌等典型震害成因进行了分析与讨论，所得成果为进一步认识土坝抗震性能，完善土坝抗震设计方法提供参考。

土坝；汶川地震；震害调查；影响因素

2008年5月12日14时28分4.1秒，四川省汶川县映秀镇发生了Ms8.0级地震,汶川地震人员伤亡惨重，灾区总面积约50万平方公里，受灾人口4 625万多人，其中四川省灾区面积达28万平方公里，受灾人口2 983万人。汶川地震导致大坝水库遭遇非常严重的损害和巨大的经济损失，因此，土石坝研究工作的迫切性和重要性就显得越来越为突出。

“5·12”地震后，众多专家、学者对水库土坝震害情况进行了相关调查与研究[1-6],本文以汶川地震震损的土坝为研究对象，对土坝震害现象及影响因素进行了总结与分析，为以后水库土坝抗震设计提供参考。

1 水坝震害调查

汶川大地震造成了我国8省、直辖市以土石坝为主的大量水库大坝出现震损，且主要位于四川境内。本文选择了德阳市中江县水库19座(处于地震烈度6～7度)，绵阳市游仙区水库44座(处于地震烈度7～8度)，绵阳市梓潼县水库48座(处于地震烈度7～8度)，德阳市罗江县水库19座(处于地震烈度6～7度)，绵竹市水库17座(处于地震烈度9～11度)共计147座震损进行了统计分析。表1为水库土坝库容分级标准，表2为研究区域高危以上险情震损水库类型统计表。

表1 水库土坝库容分级标准

表2 高危以上险情震损水库类型统计

由表2可以看出，所调查的震损水库中，小(二)型水库所占数量最多，达109座，小(一)型水库33座，中型水库5座；震损水库按受损程度分为溃坝险情、高危险情和次高危险情三类[7]。表3为水库震损率统计表，小(二)型水库在溃坝及高危险情中所占震损率均大于小(一)型水库。

2 震害特征分析

从震损水库的统计结果可知，震害类型主要有：大坝裂缝、水库渗漏、坝坡滑塌。按裂缝走向与分布位置[8]，可分纵向裂缝、横向裂缝、水平裂缝3大类。水库的震损渗漏分以下两种情况：地震前无渗漏情况，地震后水库出现渗漏；地震前有渗漏情况，地震后渗漏现象加剧、漏水量加大。坝体滑坡大部分发生于坝体的上游坡，其主要表现是上游坡脚下滑或边坡下滑。震损水库的震害类型及分析如图1和表4所示。

表3 水库震损率统计

从图2可以看出，大坝裂缝是水库土坝主要震害，98%以上震损水库均有裂缝；其次为大坝渗漏，占比为76.19%；其他设施震损严重，71.42%的震损水库设施均有破坏；且大多数水库土坝同时伴有多种震害。

图1 震损水库险情概况

震害类型 裂缝 滑坡 坝顶裂缝上游坡裂缝下游坡裂缝坝肩裂缝上游坡滑坡下游坡滑坡渗漏其他放水设施、溢洪道、管理房震损数量(座)145373917497112105比例98．63%25．17%26．53%11．56%33．33%4．76%76．19%71．42%

从表4可以看出，水库土坝震害类型中的大坝裂缝主要发生在坝顶，且纵缝为多数；在地震的作用下，坝体在上游与下游方向产生拉应力，因土坝抵抗不了此种拉应力，故产生沿坝轴方向的裂缝，称之为纵向裂缝；滑坡主要发生在上游坡，由于上游坡受库水长期浸泡，土体已饱和，孔隙水压力在地震时激增所致，滑坡的规模还与坡比、坝体填筑质量等因素密切相关。

3 震害原因分析

3.1 裂缝及原因分析

几乎所有的高危以上险情水库土坝上都能找到由于地震作用所产生的裂缝，且以纵缝居多，横缝次之，纵缝表现在坝顶中部、与刚性结构相接触部位，有的裂缝长达100多m，宽达2 mm～15 mm；横缝大多出现在两岸坝肩[9]，少量在坝体中部。纵向裂缝的严重程度与坝址区的地震烈度、坝体厚度、震动方向、大坝自震频率、坝体材料特性等因素均有关系。由于大坝的轴向尺度大于上下游方向，并且有大坝两岸坝肩的约束，因此纵缝宽度一般大于横缝。图2为典型水库裂缝情况。

图2 典型水库土坝坝体裂缝

3.2 渗漏及原因分析

渗漏是震损水库的主要震害之一，渗漏大多表现为坝肩漏水或坝基，情况严重的同时出现多种情况渗漏。产生渗漏原因有多种[9]，本研究区域产生渗漏主要可能有以下两个方面1、由于地震震动作用，引起大坝坝体滑坡和裂缝等从而使大坝产生渗漏现象；2、在大坝底部未设截水槽或是设置的截水槽深度不够等防渗措施不足。图3为典型水库渗漏情况。

图3 典型水库土坝渗漏

3.3 滑坡及原因分析

水库土坝上游坡滑坡比例较高。地震引起滑坡的原因主要有以下两个[9]：1、当大坝坝体向下游加速运动时，水对坡面的压力转化为吸力。从而坝体内的水会对土体施加向上游的力，故引起上游坡滑坡；2、当大坝向下加速运动时，土体受到向下的体积力增加，故而使坡面向下的滑力增加从而引起滑坡。图4为典型水库滑坡情况。

图4 典型水库滑坡

4 结论

通过对土坝现场震害进行统计分析，得到以下主要结论：

(1)小(二)型水库的地震稳定性较小(一)型水库更差，今后应重视小(二)型水库的抗震设计，增强此类水库的抗震措施，加强震后除险加固措施。

(2)库损毁数量多、范围广，水库震损险情重、种类多，包括：大坝裂缝、坝体渗漏、坝坡滑坡、主坝迎水面混凝土面板出现纵横裂缝、溢洪道闸震裂等。

(3)所有调查水库均同时出现不同程度的坝体纵、横向裂缝[10]，护坡局部脱落，局部坝坡滑裂等现象。且坝顶裂缝多数为纵向裂缝，大部分纵向裂缝位于坝顶中部及坝轴线两侧。另外调查分析发现，涵管震后漏水加剧、溢洪洞砌石震松和崩落、上游坡护坡下滑、坝坡挡土墙倒塌、防浪墙倒塌等震害现象均有发生。

(4)由于很多病险原来就已存在[10]，地震作用产生的震害只是加重了病险的危害。大多数水库震前已属病险水库，且多年管理不善，多数水库渗漏问题震前已存在，这些情况都会加剧地震给水库带来的破坏。

(5)土石坝地震稳定性不足或丧失，导致水库土坝出现严重震损现象，因此应深入开展土石坝的破坏机制研究，为完善土坝抗震设计方法提供参考。

[1]景立平，陈国兴，李永强，等.汶川8.0级地震水坝震害调查[J].地震工程与工程振动，2009(1)：14-23.

[2]陈国兴，景立平，王志华，等.汶川地震中绵阳市梓潼县水库土坝震害调查与分析[J].地震工程与工程振动，2009(5)：102-111.

[3]陈国兴，景立平，周新贵，等.汶川8.0级地震后中江县水库震害调查与分析[J].灾害学，2009(3)：69-74.

[4]陈国兴，景立平，汤皓，等.汶川地震中绵竹市水库土坝震损调查与分析[J].南京工业大学学报，2009(1)：15-23.

[5]周新贵，王志华，陈国兴.汶川地震震损水库土坝动力反应与几何坝形的经验关系[J].防灾减灾工程学报，2010(5)：580-586.

[6]叶亚三，陈国兴，王志华.汶川大地震中土坝破坏程度与坝体几何形状的关系分析[J].地震工程与工程振动，2012(1)：146-153.

[7]梁海安，景立平，李永强，等.汶川地震溃坝险情土石坝烈度分布及震害特征[J].岩土工程学报，2012(7)：1323-1328.

[8]李茂华，朱爱林.水库震害险情与震损特点分析[J].人民长江，2008(22)：19-21.

[9]张国新.大坝震害成因及处理措施[J].中国水利，2008(11)：18-19.

[10]陈国兴，景立平，周新贵，等.汶川8.0级地震后绵阳市游仙区水库震害调查与分析[J].防灾减灾工程学报，2009(3)：347-355.

Analysison Seismic Damage Features of Reservoir Earth Damsin Mianyang and Deyang for Wenchuan Earthquake

ZHOU Xingui1, WANG Zhihua2, LIU Yang1

(1.AnhuiProvincialKeyLaboratoryofBuildingStructureandUndergroundEngineering,NationalJointEngineeringLaboratoryofBuildingHealthMonitoringandDisasterPreventionTechnology,AnhuiJianzhuUniversity,Hefei230022,China;2.InstituteofGeotechnicalEngineering,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China)

In the paper, the damage characteristics of 147 reservoir dams in Mianyang and Deyang were analyzed. It sum up that the typical phenomena of the seismic damage of the dams include: the longitudinal cracks in the middle of the dam top and on the two sides of the dam axis, the longitudinal and transversal cracks in the dam body, and the local slips on the dam slope etc. It has been discovered, as well, that some sluice works were damaged, several wave resisting walls were collapsed, a few upstream slope protection works were slid downwards, and a number of retaining walls on the dam slope were destroyed etc. The causes of main phenomenon include cracks, leaks, landslides etc on damaged reservoirs are analyzed. The results could give references for the seismic design of dams in the future．

earth dam; Wenchuan earthquake; damage investigation; influence factor

2017-03-30

安徽建筑大学青年专项(2016XQZ09)经费资助。

周新贵(1984-)，女，安徽合肥人，博士研究生，研究方向：岩土地震工程。

P316.2

A

1009-9735(2017)02-0091-03