論土木工程災(zāi)害及其防御

郭丹

摘 要：土木工程是我國(guó)社會(huì)發(fā)展的支柱工程，土木工程災(zāi)害的產(chǎn)生嚴(yán)重影響著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的順利發(fā)展。文章通過(guò)對(duì)災(zāi)害的一般定義，并在了解災(zāi)害本質(zhì)的基礎(chǔ)上了解土木工程災(zāi)害的涵義，了解其形成的原因、自身特點(diǎn)、災(zāi)害的分類以及土木工程災(zāi)害的防御技術(shù)等。同時(shí)，土木工程的不正當(dāng)選址、設(shè)計(jì)、施工、設(shè)防、使用和維護(hù)等，都會(huì)影響土木工程的抗災(zāi)能力。因此只有提高對(duì)土木工程災(zāi)害的認(rèn)識(shí)，人類才能夠?qū)ξｋU(xiǎn)進(jìn)行防御，并減輕事故發(fā)生頻率。

關(guān)鍵詞：土木工程；災(zāi)害；防御；自然災(zāi)害

中圖分類號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）18-0127-02

Abstract： Civil engineering is the mainstay of social development in China. Civil engineering disasters seriously affect the smooth development of national economic construction. Through the general definition of disaster， and on the basis of understanding the nature of the disaster， the meaning of civil engineering disaster， the causes of its formation， its own characteristics， the classification of disasters and civil engineering disaster prevention technology and so on are dealt with. At the same time， the improper location， design， construction， fortification， use and maintenance of civil engineering will affect the disaster resistance of civil engineering. Therefore， only by raising the awareness of civil engineering disasters can human beings be able to defend against danger and reduce the frequency of accidents.

Keywords： civil engineering； disaster； defense； natural disaster

1 概述

災(zāi)害的產(chǎn)生是致災(zāi)體和承災(zāi)體相互作用的結(jié)果，當(dāng)承災(zāi)體的一方抗災(zāi)能力過(guò)小時(shí)，就容易引發(fā)災(zāi)害，反之，災(zāi)害就很難出現(xiàn)。雖然致災(zāi)體是產(chǎn)生災(zāi)害的重要元素之一，但是它的作用通常被人們夸大，尤其在古代科學(xué)技術(shù)不發(fā)達(dá)，人們認(rèn)為這種致災(zāi)體是天意的一種象征，人類的能力是弱小的，不能與之對(duì)抗的。但是，從現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的角度來(lái)看，雖然致災(zāi)體是重要的因素，但不是決定因素，并不是所有的致災(zāi)體都能導(dǎo)致災(zāi)害的發(fā)生，比如火山噴發(fā)、荒漠地區(qū)的地震等沒(méi)有人類社會(huì)存在的地方，這種沒(méi)有承災(zāi)體存在的情況下，致災(zāi)體產(chǎn)生的狀況并不能引發(fā)災(zāi)害。此外，人們可以利用自身的條件，比如先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，來(lái)防止災(zāi)害造成的影響，進(jìn)行抗災(zāi)、減災(zāi)。例如，可以增加土木工程的抗震能力和工程質(zhì)量來(lái)減輕自然地震帶來(lái)的災(zāi)害。在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，因?yàn)榈貧さ囊苿?dòng)很容易發(fā)生地震，甚至是高等級(jí)的地震，但是卻不容易引發(fā)災(zāi)害。[1]雖然人們很難改變自然現(xiàn)象產(chǎn)生的致災(zāi)體，但是人們可以對(duì)致災(zāi)體進(jìn)行分析和研究，找出應(yīng)對(duì)災(zāi)害的方法。

2 論土木工程災(zāi)害

2.1 土木工程災(zāi)害的涵義

一直以來(lái)，我國(guó)將自然災(zāi)害的招致體一般分為兩大類：自然災(zāi)害、人為災(zāi)害。通常自然災(zāi)害可以分為以下幾類：一是氣象災(zāi)害：通過(guò)大氣圈、水圈中的致災(zāi)體引起的，如臺(tái)風(fēng)、干旱、森林火災(zāi)等。二是地質(zhì)災(zāi)害，它主要是由巖石圈產(chǎn)生的致災(zāi)體而形成的，如地震、泥石流、山體滑坡等。三是生物災(zāi)害，它是在生物圈循環(huán)過(guò)程中形成的致災(zāi)體，主要有蝗蟲害、瘟疫等。同時(shí)，人為災(zāi)害按照致災(zāi)體的類型也可以分為三種情況：一是由于技術(shù)原因而招致的災(zāi)禍，如核爆炸、化學(xué)用品等的爆炸。二是人的行為產(chǎn)生過(guò)失而產(chǎn)生的災(zāi)害，比如交通事故、煤氣爆炸以及惡劣性質(zhì)的火災(zāi)等。三是人類惡意的做事方式產(chǎn)生的災(zāi)害，如戰(zhàn)爭(zhēng)、戰(zhàn)亂、恐怖襲擊等。

在長(zhǎng)期的災(zāi)害形成系統(tǒng)中，人類有時(shí)候是致災(zāi)體，有時(shí)候是承災(zāi)體，同時(shí)也有可能兩者都是，他們是災(zāi)害的受害者，或者是間接災(zāi)害的造成者，人類在災(zāi)害系統(tǒng)中有重要的作用，扮演著雙重角色。而土木工程也是集致災(zāi)體和承災(zāi)體于一身的顯著例子。在許多災(zāi)害現(xiàn)象發(fā)生的過(guò)程中，土木工程往往因外力的沖擊作用，首先扮演承災(zāi)體的作用，但同時(shí)，若因其的承載能力比較弱，很容易因?yàn)橥饬Φ臎_擊作用而失效、倒塌，甚至造成大量的人員傷亡，損失大量的財(cái)力、物力、人力，擴(kuò)大了災(zāi)害造成損傷的范圍，從而體現(xiàn)了土木工程致災(zāi)體和承災(zāi)體的雙重作用。[2]但是長(zhǎng)期以來(lái)，因?yàn)橥聊竟こ探ㄖ氖Ф鸬闹聻?zāi)體產(chǎn)生災(zāi)害的情況仍然沒(méi)有受到足夠的重視，很多的自然災(zāi)害并不都是自然現(xiàn)象直接形成的，充分認(rèn)識(shí)到這一情況，才能找到正確的減災(zāi)和防災(zāi)的方法。

2.2 土木工程災(zāi)害的分類

將土木工程造成的災(zāi)害進(jìn)行分類，可以從土木工程失效、坍塌的外部因素進(jìn)行探究，從而可以分為由自然環(huán)境造成的土木工程災(zāi)害和由人為原因造成的土木工程災(zāi)害兩大類。除了存在于地震中的土木工程安全隱患之外，還有許多的自然災(zāi)害的致災(zāi)體是由土木工程災(zāi)害引發(fā)的。比如，在強(qiáng)烈的大風(fēng)作用下，運(yùn)輸電塔遭到破壞，造成我國(guó)電網(wǎng)的局部斷電，從而造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。在零八年我國(guó)出現(xiàn)的極端雨雪天氣，使得南方許多廠房被迫倒閉，從而造成了大量的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。[3]在人為災(zāi)害中引起的土木工程的致災(zāi)體，可以進(jìn)一步分為：技術(shù)過(guò)失、行為過(guò)失以及惡意行徑等方式。

3 土木工程抗災(zāi)作用差的原因

3.1 土木工程的選址不當(dāng)

土木工程不當(dāng)?shù)倪x址，很容易出現(xiàn)災(zāi)害的產(chǎn)生，例如當(dāng)選址在有地震活動(dòng)的地殼斷層時(shí)，比較容易發(fā)生滑坡泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，尤其是在雨天，這種情況更加明顯。像這種很容易發(fā)生沉陷的地址，都不宜進(jìn)行土木工程建設(shè)。當(dāng)前，我國(guó)還存在許多危險(xiǎn)地址還存在土木工程建設(shè)不當(dāng)?shù)那闆r，但是卻沒(méi)有行之有效的方式來(lái)防止自然災(zāi)害的發(fā)生，或者是防險(xiǎn)的能力過(guò)高，花費(fèi)的成本也過(guò)高，負(fù)擔(dān)不起。因此，為了避免此類的自然災(zāi)害的方式，就是遠(yuǎn)離或者避免在危險(xiǎn)的地質(zhì)條件下選址。

3.2 土木工程的設(shè)防不當(dāng)

較高的土木工程設(shè)防能力能夠大大提高抵抗自然災(zāi)害的能力和水準(zhǔn)，適當(dāng)?shù)脑O(shè)防是能夠減輕土木工程災(zāi)害的有效措施之一。但是受當(dāng)前條件的制約以及對(duì)地震危險(xiǎn)水平的錯(cuò)誤判斷，很容易造成不可挽回的損失，如上世紀(jì)七十年代末的唐山大地震的發(fā)生，幾乎毀滅了整個(gè)唐山市，這種現(xiàn)象的根本原因是，唐山市內(nèi)的所有土木工程建筑都沒(méi)有對(duì)土木工程和建筑設(shè)施進(jìn)行設(shè)防，從而造成了不可挽回的損失。2010年海地地震發(fā)生的主要原因是，震中心所在的首都太子港也是一個(gè)未設(shè)防的城市，造成了數(shù)十萬(wàn)人的死亡。在這兩次的地震災(zāi)害中，除了致災(zāi)體的本身因素外，因?yàn)椴辉O(shè)防而造成土木工程的失效，造成巨大的損失，它們也是造成沉重災(zāi)難的直接原因。[4]

3.3 土木工程的設(shè)計(jì)不當(dāng)

土木工程的設(shè)計(jì)水平體現(xiàn)了我國(guó)對(duì)災(zāi)害的致災(zāi)體的認(rèn)識(shí)水平，以及我國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，合理、有效的設(shè)計(jì)能夠體現(xiàn)我國(guó)應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害的能力，也影響著我國(guó)土木工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量問(wèn)題。我國(guó)土木工程設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差的主要原因是人們的認(rèn)知出現(xiàn)了誤區(qū)，或者是對(duì)某一事物的特征了解不全面。一些抗震的土木工程，正是在一次次的地震災(zāi)害教訓(xùn)中形成的。人們通過(guò)地震災(zāi)難了解到鋼筋混凝土框架的弱點(diǎn)，充分認(rèn)知到箍筋對(duì)鋼筋混凝土的重要作用，并一直沿用到今天，成為我國(guó)的抗震規(guī)范并被廣泛采用。

4 土木工程防御措施的探討

4.1 了解災(zāi)害荷載的破壞性

災(zāi)害的荷載破壞性，以地震為了解，災(zāi)害性的荷載就是地震荷載，人們對(duì)地震荷載的作用了解將近百余年的時(shí)間，地震的重要理論研究是關(guān)于二十世紀(jì)初的等效水平靜力的荷載，這一項(xiàng)理論研究，奠定了我國(guó)抗震設(shè)計(jì)的初步規(guī)模。漸漸地，隨著人們對(duì)它認(rèn)識(shí)的不斷深入，能夠逐漸了解到它與工程結(jié)構(gòu)力學(xué)密切相關(guān)，并經(jīng)歷了反應(yīng)譜、時(shí)程分析、線性動(dòng)力等一系列的反應(yīng)理論，形成了我國(guó)目前最常用的一些震核表達(dá)方式。伴隨著許多已經(jīng)量化的地震作用指標(biāo)，能夠很好的反映出地震的破壞作用、復(fù)雜性，從而，人們對(duì)地震的認(rèn)識(shí)也在逐漸加深。

4.2 對(duì)災(zāi)害性的荷載進(jìn)行劃分、危險(xiǎn)分析

對(duì)災(zāi)害性的荷載進(jìn)行劃分的主要目的是為了更好地研究荷載在時(shí)間、空間上的分布特點(diǎn)，滿足不同情況下的抗災(zāi)分析，進(jìn)行抗災(zāi)設(shè)計(jì)。但是對(duì)災(zāi)害性的荷載按照一定規(guī)律進(jìn)行區(qū)分是一項(xiàng)很艱難的任務(wù)。因此，可以以地震為條件，看出抗震設(shè)置的預(yù)防機(jī)制的基礎(chǔ)是地震的震動(dòng)參數(shù)，如果能夠合理地制定地震的區(qū)域畫圖，就能夠在一定程度上減少土木工程災(zāi)害的形成。在進(jìn)行地震災(zāi)害性荷載評(píng)估時(shí)，是以地震的危險(xiǎn)性、地震震動(dòng)的衰減模型以及局部場(chǎng)地的外部影響進(jìn)行的。[5]當(dāng)前我國(guó)對(duì)這些理論的研究仍然處于初步探索階段，得到的研究結(jié)果仍有一些不確定性。

4.3 了解土木工程災(zāi)害的反應(yīng)特征和損傷原因

了解土木工程在災(zāi)害性的荷載影響下的一系列反應(yīng)特點(diǎn)和損傷激勵(lì)，能夠在一定程度上增加土木工程的抗災(zāi)能力，避免土木工程成為致災(zāi)體。這是實(shí)現(xiàn)土木工程受到災(zāi)害影響的變化機(jī)理所要跨越的一項(xiàng)重要壁壘。人們對(duì)土木工程的損傷特征的一系列變化進(jìn)行了一定的認(rèn)知，從線彈性變化到非線性變化，并同時(shí)從受力、位移以及能量的角度，通過(guò)多種參數(shù)的特點(diǎn)，對(duì)這種破壞土木工程機(jī)理的情況進(jìn)行合理的闡述及定性、定量的描述，表現(xiàn)地震的反應(yīng)狀態(tài)，并通過(guò)這一展現(xiàn)過(guò)程，展現(xiàn)與土木工程災(zāi)害性相關(guān)的物理模型和模擬數(shù)值的方法。通過(guò)該過(guò)程能夠充分了解到數(shù)值模擬在進(jìn)行土木工程破壞機(jī)理的探索中具有更好的發(fā)展優(yōu)勢(shì)和廣闊的前景。[6]對(duì)土木工程損傷機(jī)理的模擬模型正在起步，能夠引起人們對(duì)土木工程災(zāi)害防御的廣泛關(guān)注。

5 結(jié)束語(yǔ)

土木工程災(zāi)害直接影響了人們的日常生產(chǎn)生活，它是與人類關(guān)系非常密切的一種災(zāi)害，在我國(guó)進(jìn)行城鎮(zhèn)化建設(shè)的同時(shí)，要時(shí)刻關(guān)注土木工程災(zāi)害的防御問(wèn)題，通過(guò)解決土木工程的災(zāi)害性問(wèn)題，來(lái)推動(dòng)自然災(zāi)害防御科學(xué)的發(fā)展，為土木工程的發(fā)展提供強(qiáng)有力的動(dòng)力，深刻認(rèn)識(shí)土木工程災(zāi)害的危害性，并運(yùn)用科學(xué)的高水平技術(shù)解決土木工程災(zāi)害問(wèn)題。

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