1.2　地震灾害

1.2.1　直接灾害

1.2.1.1　地表破坏

地震时,由于土质因素引起的地质现象主要有:砂土液化、软土的震陷、滑坡及地裂、泥石流以及堰塞湖等。

1.砂土液化

在大地震中,当覆盖层较薄(约为8～15m)、其下部是饱和的细砂或粉砂时,常会出现砂土液化现象。砂土液化的成因是,地震的发生时间短暂,孔隙水压力骤然上升来不及消散,有效应力降低至零,主体呈现出近乎液体的状态,抗剪强度完全丧失,此时,受高压的孔隙水寻找通道冲出地面,并将砂土颗粒带出来,形成“喷水冒砂”现象,即液化(liquefaction)。图1.2.1表示的是在中国汶川地震,由于地震动引起的砂土液化。

2.软土的震陷

地震时,地面产生巨大的附加下沉称为震陷(earthquake subsidence),如图1.2.2所示。此种现象往往发生在松砂或软黏土和淤泥质土中。

产生震陷的原因有多种,其中包括:①松砂的振密;②排水不良的饱和粉、细砂和粉土,由于振动液化而产生喷砂冒水,从而引起地面下陷;③淤泥质软黏土在振动荷载作用下,土中应力增加,同时土的结构受到扰动,强度下降,使已有的塑性区进一步开展,土体向两侧挤出而引起震陷。

土的震陷不仅使建筑物产生过大的沉降,而且产生较大的差异沉降和倾斜,影响建筑物的安全与使用。

3.山崩滑坡和地裂(地裂缝)

地震导致滑坡的原因,简单地可以这样认识:一方面是地震时边坡受到了附加惯性力,加大了下滑力;另一方面是土体受震趋密使孔隙水压力升高,有效应力降低,减小了阻滑力。地质调查表明,凡发生过滑坡的地区,地层中几乎都夹有砂层。图1.2.3所示为在汶川地震中,由于山体崩塌滑坡压断桥梁,致使交通中断。

地裂缝是地震时常见的现象。地震时往往出现地裂缝。按一定方向规则排列的构造型地裂缝多沿发震断层及其邻近地段分布。它们有的是由地下岩层受到挤压、扭曲、拉伸等作用发生断裂,直接露出地表形成;有的是由地下岩层的断裂错动影响到地表土层产生的裂缝。1973年四川炉霍地震,沿发震断层的主裂缝带长约90km,带宽20～150m,最大水平扭距3.6m,最大垂直断距0.6m,沿裂缝形成无数鼓包,清楚地说明它们是受挤压而产生的。裂缝通过处,地面建筑物全部倒塌,山体开裂,崩塌、滑坡现象很多。1975年辽宁海城地震,位于地裂缝上的树木也被从根部劈开,显然,这是张力作用的结果。

地裂有两种:一种是构造性地裂,这种地裂虽与发震构造有密切关系,但它并不是深部基岩构造断裂直接延伸至地表形成的,而是较厚覆盖土层内部的错动;另一种是重力式地裂,它是由于斜坡滑坡或上覆土层沿倾斜下卧层层面滑动而引起的地面张裂。这种地裂在河岸、古河道旁以及半挖半填场地最容易出现。图1.2.4所示为地震时引起地裂,破坏了公路路基和路面结构。

4.泥石流

泥石流是山区特有的一种自然地质现象,是由于降水或地震而形成的一种挟带大量泥砂、石块等固体物质,突然爆发、历时短暂、来势凶猛的具有强大破坏力的特殊洪流。图1.2.5所示为汶川地震中,地震引起岷江右岸泥石流。

5.堰塞湖

堰塞湖是由火山熔岩流,冰碛物或由地震活动使山体岩石崩塌下来等原因引起山崩滑坡体等堵截山谷,河谷或河床后贮水而形成的湖泊。常由山崩、地震、滑坡、泥石流、火山喷发的熔岩流和流动沙丘等造成。

2008年5月12日四川汶川特大地震造成北川部分地区被堰塞湖水淹没,地震形成了大面积堰塞湖泊。这次地震共形成34处堰塞湖危险地带,其中唐家山堰塞湖是汶川大地震后形成的最大堰塞湖。地震后,山体滑坡阻塞河道形成的唐家山堰塞湖位于涧河上游距北川县城约6km处,是北川灾区面积最大、危险性最大的一个堰塞湖,库容为1亿m3,顺河长约803m,横河最大宽约611m,顶部面积约30万m2。在2008年5月21日17:00,库内水位为716.01m,比20日上涨了2.55m,相应容积为0.977亿m3,上下游水头差为52m,严重威胁下游居民,如图1.2.6所示。

灾区形成的堰塞湖,一旦决口后果严重。伴随次生灾害的不断发生,堰塞湖的水位可能会迅速上升,随时可发生重大洪灾。堰塞湖一旦决口会对下游形成洪峰,破坏性不亚于直接灾害的破坏力。

6.断裂错动

断裂错动是指岩层在浅源断层地震发生断裂错动时地面上的表现。在我国发生的地震中就有这样的例子,如1935年四川迭溪地震,附近山上产生一条上下错动很明显的断层,构成悬崖绝壁;1970年云南通海地震,出现一条长达50km的断层;1976年河北唐山地震,也有断裂错动现象,出现错断的公路和桥梁,水平位移达1m多,垂直位移达几十厘米。图1.2.7所示的是汶川地震引起路基上下、水平错动致使路面破坏的图片。

1.2.1.2　建筑物破坏

强烈地震时,房屋等建(构)筑物因强烈振动或地面变形而受到破坏,是最普遍、最常见的现象。如1976年唐山7.8级大地震中,倒塌房屋530万间。

建筑物在地震时按破坏程度可以分为五个等级:基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏、毁坏。建筑物的破坏程度既与地震烈度有关,也与建筑物所在地的场地条件、建筑物本身的类型及质量等因素有关。

1.2.1.3　生命线工程破坏

对社会生活和生产有重大影响的交通、通信、供水、排水、供电、供气、输油等工程称为生命线工程,它就像人体的血管和神经一样,非常重要。强烈地震可能使桥梁倒塌、路面开裂下陷、铁路扭曲、电缆拉断、管道破裂,也可能使发电厂、变电站、水库、大坝、配气站、油库、自来水厂、电信局、电视台、电台等要害部门遭到破坏,从而使现代化的城市瘫痪。1995年日本神户地震中,部分高架桥倒塌,三条高速公路和著名的“新干线”铁路完全中断,100万户停电,120万户停水,城市生命线工程受到严重破坏。

1.2.2　次生灾害

由地震引发的火灾、水灾、有毒物质泄漏和疫病流行等灾害,称为地震的次生灾害。

海啸通常被认为是由地震导致的最具破坏性的灾难,主要是因海床震动或错位等卷起的大量海水冲击、淹没沿海地区所导致的。1896年日本本州岛东北岸发生海啸,死亡约2.8万人;1960年智利大海啸横跨太平洋,袭击了智利、美国、日本、苏联以及新西兰等多个国家,最大浪高达25m;1964年美国阿拉斯加地震中,因海啸死亡的人数远超过地震本身;2004年的印度洋海啸波及范围远至波斯湾的阿曼、非洲东岸索马里及毛里求斯、留尼汪等地,仅印度尼西亚的死伤人数就达23万人之多,如图1.2.8所示;2011年日本东北部海域发生9级强震,引发海啸,最大浪高达23.6m,不仅造成大量人员伤亡与财产损失,导致多座城市发生重大火灾,还导致日本福岛第一核电站发生核泄漏,由此导致的对大气、海洋以及周边陆地等的环境影响难以估量,如图1.2.9所示。

地震时,由于电线短路、煤气泄漏、油管破裂、炉灶倾倒等原因,往往造成火灾。1906年美国旧金山8.3级大地震,全城50多处起火,大火烧了三天三夜,整个市区几乎全部烧光;1923年的关东大地震中,东京、横滨变成了一片火海,因火灾死亡的人口数量超过了因地震死亡的人口,其中一座安置了约4万地震幸存者的公园遭到火流袭击,只有约30人幸存;1995年日本神户地震中,全城同时出现的大片火灾有170多处,这些火灾多半都是由于煤气储备与输送系统被破坏导致爆炸引起的,整个神户市区燃烧了数日之久。