水利工程震害中土工结构低应力破坏实例分析

李冰

摘 要：在实际的工程活动中，土工结构的低应力与之密切相关，该文以以往的地震现象导致的山体滑坡等问题为研究内容，对与低应力相关的各种工程活动进行了分析，多组地震液化数据告诉我们，山地液化发生的多数原因都是其上覆盖的低应力低于100 kPa所引起的，认为当山体的坡度小于7 m的时候，其上的低应力应该被控制在100 kPa以上，因此，在今后的研究中应该重新探讨地应力的土料参数的计算方法，重新考虑目前的参数取值方法的合理性与实用性。

关键词：水利工程 震害 土工结构低应力破坏 实例分析

中图分类号：TU411.93 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（c）-0234-01

在实际的施工过程中，对于地基或者土工结构的安全性的评价标准是其抗滑稳定性、液化的概率等指标，这些指标与土料的强度、变形和动力的变化都有很大的关系，有关报道指出，现阶段对于水利工程的土料性质和相关计算参数的选择方面的关注度并不高，使得地应力的设置缺少了更加科学的指导，笔者通过对各方面的资料的研究和分析，地应力有关的水利工程中因地震灾害带来的土工结构低应力的破坏实例做了分析，指出地震中的大多数滑坡或液化现象都发生在低应力小于100 kPa的情况下，认为低应力条件下的土料的性质应该得到广泛的关注。

1 和低应力有关的工程活动分析

在工程实践中，三角洲的开发与利用、铁路碎石路基的设计与实施、堤坝的防护、乃至月球资源的开采都与土料在低应力环境中的性质有着密切的关系，这些年，原位实验正在逐步受到人们的关注，尤其是在水利工程方面，对于大粒径材料的性质的测定方法也得到了跟进，除了通过常规的现场采样外还按照材料的密度的不同重新完成制样，然后再在实验室中进行模拟实验，由此可见原位现场实验已经得到了很广泛的应用。与此同时，对地基进行原位实验判断时必须以地应力条件下的土料的性质的理解和把握为前提，在抗震方面，对边坡实验的进行和石坝破坏形态以及关键性的影响因素的了解的主要途径还是边坡和石坝震台模拟实验，不过除了尺寸上的差别，原型材料和模型所处的低应力也是非常不同的，所以为了使模型可以充分的反映原型材料的性质，就需要了解原型在实际工程中的低应力条件下的土料性质，然后再把实验结果推广到实际的工程中。

2 水利工程震害中土工结构低应力破坏实例

笔者在文中主要以堤坝滑坡和坝体滑坡两种震中土工结构低应力破坏案例为例进行说明和阐述。

2.1 堤防滑坡

一般情况下，堤防的高度都比较小，基本上位于高出地面2、3 m的位置处，最高也不过5 m、6 m的样子，所以，堤防本身以及其地基都是出于相对较低的低应力状态下的，当发生地震时，非常容易出现裂缝、塌陷、滑坡等问题，另外，还可能因为地基的液化导致塌陷和滑坡一起发生，带来的灾害更大。比如：2003年发生在日本的震级为8.1级的Tokachi-oki地震中，在距离震中将近13 km的Tokachi堤坝发生了大规模的滑坡现象，导致堤身发生了将近3.7 km的横向位移，并下沉了2 m，后经了解，Tokachi堤坝的高度为6 m。比如：发生在1996年的邢台地震，遭受了8度以及8度以上地震影响的堤防几乎都受到了严重的破坏，事后经过相关专家的烟具分析认为主要原因是堤防的河岸和地基中有大量的容易发生液化的砂层和软泥，只要受到水的冲击就会迅速瓦解。

2.2 坝体滑坡灾害

坝体受到地震严重影响的案例以Kitayama类型的坝体为代表，这是一个处于风化的花岗岩地基上、高度大约25 m左右的心墙堆石坝，坝壳的只要成分是花岗石碎屑，在坝体的上游中找到的最大的颗粒的粒径仅为0.95公分，不均匀程度也非常高，坝体的压实度超过了100%以上，比如1995年发生在日本的震级为7.1级的Kobe地震，在距离震中约33 km的Kitayama的坝体的基岩获得了0.3 g的加速度，造成了水库库上游严重的坝体滑坡灾害，地震过程中，滑坡顶部被淹没在水库的水位以下1～1.5 m的地方，轴向滑坡体的长度达到100 m之长，滑坡的深度达到1.5～2 m之间。

另外，还有密云水库的白云主坝，其坝基的高度为66.5 m，主要是由砂卵石以及黏土垫成的厚度约40 m的地基层，坝体的长度达到960 m，在1976年的唐山大地震中，在与震中距离为150 km白河主坝的上游发生了黏土墙和砂砾的严重液化，致使坝体的保护层发生了进1000 km的滑坡灾害，不过防护墙体基本是完好的，只是受到了轻微的浅层损伤，经事后的分析，发现白云主坝的保护层砂砾的配料不连续，没有粒径为1～5 mm的砂砾，大于5 mm的粗料的含量高达62%，小于5 mm的砂砾的平均粒径只有0.29 mm左右，不均衡系数为3.8，在设计的过程中没有提出相应的对于密度的严格的要求，从其原有设计来看，设计师对于重密度土料的关注度更高，根据最大和最小孔隙换算得到的相对密度仅为0.6。

3 结语

通過本文的说明，我们有理由相信，在工程的建设过程中，三角洲地区的合理开发、铁路碎石路基的设计与实施、堤坝的防护和月球资源的开采都与低应力前提下的土石料的性质密切相关，地震中的提防的稳定性遭到破坏以及滑坡的发生给人们的生命财产安全带来了极大的威胁，而实践表明，大多数山体滑坡的深度在7 m以上的地方，其低应力都是小于100 kPa的，地震中的液化灾害也都发生在100 kPa以下的低应力条件下，只有少数的灾害出现在150 kPa以内，因此，相关专家应该改变以往的思路，对低应力下的土料的性质予以更多的关注，重新探讨低应力条件下的土料的性质，改变涂料参数的取值方法，使低应力在工程设计的安全性方面发挥更大的作用。

参考文献

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