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  • 中国工程院院士陈厚群:对汶川地震后水工抗震工作的思考

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2019-11-19
    作者:陈厚群资料来源:科学时报发布时间:2008年

    中国工程院院士陈厚群:对汶川地震

    都江堰水利工程抗震水利工作的思考,有着2200多年的历史,经受住了四川汶川地震的考验,安然无恙。

    中国水电资源居世界第一,80%集中在西部。四川是水电开发大省,大量水利工程正在建设中。

    据水利部统计,截至5月25日8点,汶川地震已造成全国2380座水库,其中四川1803座,占76%;四川省水库中,69座有溃坝危险,310座有高风险,1424座有次高风险。汶川地震对汶川地震水力抗震的影响具有强度大、影响广、持续时间长、发生在岩层脆弱的山区的特点。

    四川省许多水利水电工程分布在汶川地震高烈度区,重要高坝址的地震烈度远高于设防水准。紫坪铺水利枢纽离地震震中只有17公里。大坝为钢筋混凝土面板堆石坝,最大高度158米,库容11.12亿立方米。设计烈度为度,但地震时位于度区。沙牌引水水电站距震中约12公里,高132米,其碾压混凝土拱坝是当时世界上最高的碾压混凝土拱坝。大坝按度抗震设计,但地震时位于度区。

    地震持续时间对大坝的地震响应有重要影响,尤其是土坝的坝料强度随着振动次数的增加而降低,这对地震持续时间非常敏感。

    汶川地震区是受印度板块和欧亚大陆影响向北推进的活动带,青藏高原向东北移动,容易形成大型断裂发育带。地震区的岩层相对脆弱,容易发生滑坡和泥石流。它们原本是滑坡和泥石流最严重的地区。脆弱的岩层遭遇强烈地震,导致大量滑坡,导致一系列地震湖泊,加重了灾害。汶川地震期间,许多小型土坝都不同程度地遭到破坏。在四川省1803座不同程度受损的大坝中,约96%是蓄水能力不到500万立方米的小型项目。约3.4%的受损大坝为有溃坝风险的小型土石坝,其中绝大部分为均质土坝,主要分布在德阳、绵阳市强震区和汶川东部平原地区。然而,这些大坝的蓄水能力并不大,最多只有630万立方米。正在采取放水措施来降低水位,以确保安全。

    震中附近的高坝是紫坪铺和沙牌工程。

    紫坪铺大坝的地震破坏仍在调查中。发现坝体变形、坍塌、开裂,局部护坡松散,护栏坍塌,面板部分出现空洞、错缝、纵缝破碎、隆起等现象,但渗漏没有明显增加,坝体整体稳定。

    沙牌碾压混凝土拱坝位于汶川县漕坡河畔,是21世纪碾压混凝土拱坝的一个范例。由于山体滑坡堵塞了道路,仍然无法调查地震造成的损失。虽然存在温度影响大、裂缝少、水库水位高、坝址位于震中地区、地震作用远高于设计水平等不利的抗震因素,但从空中观察,坝肩基本稳定,坝体完整。

    汶川地震区属岷江流域,有29座水电站在运行,其中10座在干流上,19座在支流上。岷江干流的高山峡谷基本上是低坝、小库容的引水式水电站。其中大部分是混凝土坝和水闸,承载能力强。

    目前,有关方面正密切关注汛期余震和洪水,按照国家发改委的要求,加强地震灾区水电站的震后检查、灾后恢复措施和地震安全性评估。岷江支流草坡河沙牌拱坝水位正在下降。相关人员正试图尽快进入进行详细的现场调查。到目前为止,岷江上游震中地区的大坝基本稳定,下游仍有库容11亿立方米、目前库容仅3亿多立方米的紫坪铺水库。

    抗震液压工程

    当务之急是防止次生灾害。至于大坝,各级水利部门正在加紧研究,积极采取措施控制水位,加强监测,制定当前的应急预案。对于有溃坝风险的小型工程,应分别采取降低水库水位、覆膜防渗、昼夜巡逻、人员疏散、加强值班和观察等措施。国家发展改革委也紧急部署相关电力部门,对地震灾区水电工程大坝损毁情况进行详细调查,采取措施,制定应急预案。

    第二,要深化高坝防震减灾研究,必须对地震灾区工程采取适当措施,进行永久加固,对严重受损工程进行规划和重建,并在震害调查、设防水准审查和调整的基础上,重新研究和评价西部所有重大高坝工程的地震安全性。

    掌握地震案例,进行深入调查、总结和处理十分重要。地震的不确定性和大坝的复杂性使得大坝在一定程度上仍然依赖于工程经验类比和历史数据统计。目前,中国正在进行的世界级跨学科项目鲜有先例,强震的例子更少。它们主要基于传统经验,可能意味着更大的风险。大地震已经付出了沉重的代价,我们要牢牢把握地震案例,反复深入调查分析,审视现有的观念、方法和措施,认真总结规律,寻求启示。特别是高坝遭遇强震的案例非常少,我们应该珍惜,尽快改变科技支撑跟不上工程建设发展规模和速度的现状,满足工程需求,不仅留下记录,也为国际工程界和子孙后代留下创新和突破性贡献。

    审查川西重大工程的抗震设防标准。在深入分析汶川地震结构性原因的基础上,对川西在建重大工程抗震设防标准进行审查和调整。特别是,如果一座大坝的大型水库在强烈地震中倒塌,次生灾害的后果将是不可想象的,而且将远比地震湖泊更糟糕。为了防止严重地震灾害的发生,重大工程不能仅限于满足抗震设防水平的要求。地震和工程部门应共同对场地地震地质条件下可能发生的极端情况,即最大可信地震及其地震动参数进行专项研究,并对在主地震中受损大坝可能遭受的致震断层的避免和余震的估计等急需解决的问题进行深入研究。

    特别是要大力开展最大可信地震作用下无严重溃坝后果的深入研究,努力给出突破传统概念和方法的更可靠、更一致的量化标准。

    最后,应加快水工抗震设计规范的修订。以往的大震害调查表明,根据抗震规范设计的各种结构和工程一般没有或相对较轻的震害。抗震设计规范的功能已经经过多次实践检验。根据国际惯例,在经历大地震后,应根据地震灾害实践的教训和启示,认真修订各类结构和抗震设计规范,使其更具实用性。中国现行的水工抗震设计规范已经颁布十多年了。很久以前就应该修改了。有必要结合上述研究,在对所有相关章节进行专门研究的基础上组织修订。

    充分重视混凝土高坝的抗震安全

    中国人口众多,人均水资源极其短缺,时空分布不均。尽可能多地调节和利用汛期洪水对抗旱防洪具有重要意义。水电是一种可再生清洁能源,大力发展水电是我国能源发展战略的重要环节。在充分重视生态环境影响的前提下,迫切需要充分合理利用水资源,积极有序地开展水库大坝建设,充分发挥水库大坝的综合效益,这符合我国国情,是社会经济发展的迫切需要。

    在我国150米和200米高的大坝中,混凝土坝的比例分别高达25%和78%。特别是我国主要河流和水电资源的源头集中在西部山区陡峭的河谷,地形地质条件适合移民相对较少、淹没土地、调节性能好的高坝水库建设。目前,我国西部正在建设的200 ~ 300米高的大坝大多采用混凝土拱坝方案。

    确保高坝和大型水库(主要是混凝土坝)的地震安全,以防止严重的地震灾害,是我国水利水电建设必须面对的严峻挑战。混凝土高坝的抗震安全受到国家和社会的高度关注,必须得到充分重视。

    为此,建议建立与西部实际项目紧密结合的国家创新基地和专项科研项目,旨在确保高坝和大型水库的地震安全,预防其严重的地震灾害,整合水利工程、地震、数学、力学、材料等学科,由工程设计单位领导和支持,科研单位和大学支持,产学研结合。

    (齐鲁/采访与整理)

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    Science.com 2008四川汶川地震

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