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[知识科普] 路基开裂、桥墩变形、隧道塌陷,地震到底是如何破坏公...

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Nino 发表于 2022-9-8 14:40:55 | 只看该作者 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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转载于微信公众号“中国公路”


2022年9月5日12时52分,四川甘孜州泸定县附近(北纬29.61度,东经102.14度)发生了6.8级地震震源深度16千米,震感强烈。


据交通运输部路网监测与应急处置中心消息,震中5公里范围内平均海拔约2684米,震中距国道318线约20公里、省道211线约15公里。

地震带来的灾害除崩塌、滑坡、泥石流、落石、开裂等地质灾害外,还对地震区域内公路正常运营造成了重大影响。本文整理了相关资料,将简要分析地震发生的原理及地震对公路所造成的影响。


01 为什么会发生地震


我们生活的地球每年都要发生不计其数的地震,有些因为震级太小而未被记录下来,有些因发生在人口稀少的地区或海洋中而被忽略,有些则是会造成严重灾情的、发生在人口密集地区的大震级地震。

约100年前,美国地质学家瑞德对地震发生机制提出了一套广为科学家接受的理论,称为“弹性回跳假说”。根据该假说,由岩石构成的地层是一种具有弹性的物体,在力的作用下会变形、断裂。地球的岩石圈漂浮在半液态的软流圈(地幔的下层)上,因热对流作用产生运动,在不同的岩石圈(板块)之间便产生挤压碰撞。在这些力的作用下发生断裂的面,被称为断层,断裂发生的部位就是震源,断裂后反弹所释放的能量,就表现为地震。

地球表面由大小各异的板块覆盖着。随着其下方流动的地幔驱动着运动,相互分离或者挤压,而地震多发生于板块交界处。

约5000万年前,印度板块向北冲撞上了欧亚板块,巨大的撞击力造成了青藏高原及喜马拉雅山脉隆起。这个冲撞事件还在进行,根据全球定位系统观测,人们发现目前印度板块仍以每年5厘米(相当于手指甲生长的速度)的速度向北推进。

我国位于两大地震带之间,有八个大的地震区域和几十条小地震带。青藏高原向东移动,碰上了坚硬古老的四川盆地,挤压力量向南方的云南方向分散。川滇一带因此而成为中国大陆地震最多的地方之一。


02 地震是如何对公路产生影响的


由于地震波的作用,地震时地面来回摇晃及上下跳动,摇晃幅度会随着高度增大而增大,这种现象被称为鞭梢效应。





▲地震波的运动方式。(红色箭头为作用力方向)

地震波按传播方式分为三种类型:纵波、横波和面波。纵波是推进波,地壳中传播速度为5.5~7.0千米/秒,最先到达震中,又称P波,它使地面发生上下振动,破坏性较弱。

横波是剪切波,在地壳中的传播速度为3.2~4.0千米/秒,第二个到达震中,又称S波,它使地面发生前后、左右抖动,破坏性较强。

面波是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。面波又称L波,其波长大、振幅强,只能沿地表面传播,是造成路面强烈破坏的主要因素。




▲地震后对路面造成毁灭性伤害。


03 地震对路面造成的伤害

● 路基沉陷、扭曲变形

这是较为普遍的震区危害,具体表现为两个方面:一是因地震造成的断裂错动或地下岩层受挤压、扭曲、拉伸作用发生变形而表现出路基路面变形。二是平原区路基沉陷变形破坏。路基沉陷、开裂或滑移。由于填方与挖方路基的基底软硬、密实度不一致,容易沿着填挖交界面出现裂缝并与岩土分界面或土与原状土界面地震时形成贯通性软弱面造成滑移破坏。

● 滑移破坏、路基开裂

由于填方与挖方路基的密实度、基底软硬不一致,多表现在斜坡半填半挖路基。地震时易沿填挖交界面出现裂缝并与岩土分界面或填土与原状土界面形成贯通性软弱面。地震时,路基边部出现松散滑落。




▲路基沉陷滑移开裂。

● 路基路面挤压破坏、隆起

受地震面波的影响,路基路面相互挤压、隆起变形,形成波浪状、拱翘状、错台开裂,地表波浪起伏,路基随之起伏变形,在鼓起地段产生众多横向张裂缝,严重者将路面面层结构挤走。

● 防护工程破坏、路基支挡

由于地震时地基承载力降低、土压力增大、地基不均匀沉降、墙体材质、施工质量等因素的影响,震区路挡墙出现坍塌、外倾、侧移、墙面鼓胀、基础脱空等现象较多。




▲路基路面挤压破坏。


04 地震对山区公路造成的伤害


山区地震灾害对路面损害更加明显,由于山区地质情况复杂,地震后结构松散,除上述路面直接损坏还会受到山体对路面造成的伤害。

● 山体滑坡

山体滑坡是由于大量土石方顺岩层的结构面滑动,导致公路被推移或掩埋。一般常见的是余震发生时山体断裂面上各种规格的土石被震落,在滑坡体后缘顺坡面滚落不断地堆积。

● 泥石流

在雨水作用下,地震产生的大量松散堆积物加上陡峭的地形条件将会出现规模不一的泥石流。泥浆顺坡四处流淌,导致公路通行中断。常常发生在破碎体、堆积物充分的地段。

● 崩塌、落石

在地震力的作用下,风化严重、陡峭、裂隙发育的山体上或岩体松散破碎的高路堑边坡路段,各种重量、规格不一的岩石会突然崩裂,并伴随山坡堆积物的坍塌,一起向山下滚落,直接危及到过往行人和车辆的安危。规格小的岩石和松散的坍塌体则将公路或隧道洞口掩埋,而几十吨或数百吨的巨石会将公路、桥梁、隧道洞口砸毁。



▲地震山体崩塌。


05 地震后交通毁坏问题如何应对

在震后应急期,交通系统是重要的应急资源。公路交通在地震中作为生命线工程的特殊地位是公认的,公路能否在地震后迅速恢复其运输功能,对抗震救灾起到重要作用。

现阶段我们还无法降低地震的致灾能力,因此对于地震波直接作用于公路结构本身的破坏,我们只能通过提高公路构筑物的抗震设计标准,增加抗震构造措施等来提高建筑物的抗灾能力,这在一定程度上是可以避免或减轻地震对公路的破坏作用的。

对于地震诱发的滑坡、泥石流等次生灾害对公路的破坏,是可以从通过对公路线路通过区的地震安全性评估、详细地质调查、灾源分析、地质灾害危险性评估等工作,从降低致灾体的致灾能力和提高受灾体的承 (抗) 灾能力两个方面来减轻或防止灾害威胁的。

此外,相关部门还应做好监测工作,时刻关注地质、地震信息;制定救灾应急预案,常备救灾物资;全面抓好预防,落实好交通系统日常性养护工作;加大保护交通设施的宣传力度,提高沿线居民护路爱路意识。





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