1.2　地震災害

1.2.1　直接災害

1.2.1.1　地表破壞

地震時,由于土質因素引起的地質現象主要有:砂土液化、軟土的震陷、滑坡及地裂、泥石流以及堰塞湖等。

1.砂土液化

在大地震中,當覆蓋層較薄(約為8～15m)、其下部是飽和的細砂或粉砂時,常會出現砂土液化現象。砂土液化的成因是,地震的發生時間短暫,孔隙水壓力驟然上升來不及消散,有效應力降低至零,主體呈現出近乎液體的狀態,抗剪強度完全喪失,此時,受高壓的孔隙水尋找通道沖出地面,并將砂土顆粒帶出來,形成“噴水冒砂”現象,即液化(liquefaction)。圖1.2.1表示的是在中國汶川地震,由于地震動引起的砂土液化。

2.軟土的震陷

地震時,地面產生巨大的附加下沉稱為震陷(earthquake subsidence),如圖1.2.2所示。此種現象往往發生在松砂或軟黏土和淤泥質土中。

產生震陷的原因有多種,其中包括:①松砂的振密;②排水不良的飽和粉、細砂和粉土,由于振動液化而產生噴砂冒水,從而引起地面下陷;③淤泥質軟黏土在振動荷載作用下,土中應力增加,同時土的結構受到擾動,強度下降,使已有的塑性區進一步開展,土體向兩側擠出而引起震陷。

土的震陷不僅使建筑物產生過大的沉降,而且產生較大的差異沉降和傾斜,影響建筑物的安全與使用。

3.山崩滑坡和地裂(地裂縫)

地震導致滑坡的原因,簡單地可以這樣認識:一方面是地震時邊坡受到了附加慣性力,加大了下滑力;另一方面是土體受震趨密使孔隙水壓力升高,有效應力降低,減小了阻滑力。地質調查表明,凡發生過滑坡的地區,地層中幾乎都夾有砂層。圖1.2.3所示為在汶川地震中,由于山體崩塌滑坡壓斷橋梁,致使交通中斷。

地裂縫是地震時常見的現象。地震時往往出現地裂縫。按一定方向規則排列的構造型地裂縫多沿發震斷層及其鄰近地段分布。它們有的是由地下巖層受到擠壓、扭曲、拉伸等作用發生斷裂,直接露出地表形成;有的是由地下巖層的斷裂錯動影響到地表土層產生的裂縫。1973年四川爐霍地震,沿發震斷層的主裂縫帶長約90km,帶寬20～150m,最大水平扭距3.6m,最大垂直斷距0.6m,沿裂縫形成無數鼓包,清楚地說明它們是受擠壓而產生的。裂縫通過處,地面建筑物全部倒塌,山體開裂,崩塌、滑坡現象很多。1975年遼寧海城地震,位于地裂縫上的樹木也被從根部劈開,顯然,這是張力作用的結果。

地裂有兩種:一種是構造性地裂,這種地裂雖與發震構造有密切關系,但它并不是深部基巖構造斷裂直接延伸至地表形成的,而是較厚覆蓋土層內部的錯動;另一種是重力式地裂,它是由于斜坡滑坡或上覆土層沿傾斜下臥層層面滑動而引起的地面張裂。這種地裂在河岸、古河道旁以及半挖半填場地最容易出現。圖1.2.4所示為地震時引起地裂,破壞了公路路基和路面結構。

4.泥石流

泥石流是山區特有的一種自然地質現象,是由于降水或地震而形成的一種挾帶大量泥砂、石塊等固體物質,突然爆發、歷時短暫、來勢兇猛的具有強大破壞力的特殊洪流。圖1.2.5所示為汶川地震中,地震引起岷江右岸泥石流。

5.堰塞湖

堰塞湖是由火山熔巖流,冰磧物或由地震活動使山體巖石崩塌下來等原因引起山崩滑坡體等堵截山谷,河谷或河床后貯水而形成的湖泊。常由山崩、地震、滑坡、泥石流、火山噴發的熔巖流和流動沙丘等造成。

2008年5月12日四川汶川特大地震造成北川部分地區被堰塞湖水淹沒,地震形成了大面積堰塞湖泊。這次地震共形成34處堰塞湖危險地帶,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,山體滑坡阻塞河道形成的唐家山堰塞湖位于澗河上游距北川縣城約6km處,是北川災區面積最大、危險性最大的一個堰塞湖,庫容為1億m3,順河長約803m,橫河最大寬約611m,頂部面積約30萬m2。在2008年5月21日17:00,庫內水位為716.01m,比20日上漲了2.55m,相應容積為0.977億m3,上下游水頭差為52m,嚴重威脅下游居民,如圖1.2.6所示。

災區形成的堰塞湖,一旦決口后果嚴重。伴隨次生災害的不斷發生,堰塞湖的水位可能會迅速上升,隨時可發生重大洪災。堰塞湖一旦決口會對下游形成洪峰,破壞性不亞于直接災害的破壞力。

6.斷裂錯動

斷裂錯動是指巖層在淺源斷層地震發生斷裂錯動時地面上的表現。在我國發生的地震中就有這樣的例子,如1935年四川迭溪地震,附近山上產生一條上下錯動很明顯的斷層,構成懸崖絕壁;1970年云南通海地震,出現一條長達50km的斷層;1976年河北唐山地震,也有斷裂錯動現象,出現錯斷的公路和橋梁,水平位移達1m多,垂直位移達幾十厘米。圖1.2.7所示的是汶川地震引起路基上下、水平錯動致使路面破壞的圖片。

1.2.1.2　建筑物破壞

強烈地震時,房屋等建(構)筑物因強烈振動或地面變形而受到破壞,是最普遍、最常見的現象。如1976年唐山7.8級大地震中,倒塌房屋530萬間。

建筑物在地震時按破壞程度可以分為五個等級:基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴重破壞、毀壞。建筑物的破壞程度既與地震烈度有關,也與建筑物所在地的場地條件、建筑物本身的類型及質量等因素有關。

1.2.1.3　生命線工程破壞

對社會生活和生產有重大影響的交通、通信、供水、排水、供電、供氣、輸油等工程稱為生命線工程,它就像人體的血管和神經一樣,非常重要。強烈地震可能使橋梁倒塌、路面開裂下陷、鐵路扭曲、電纜拉斷、管道破裂,也可能使發電廠、變電站、水庫、大壩、配氣站、油庫、自來水廠、電信局、電視臺、電臺等要害部門遭到破壞,從而使現代化的城市癱瘓。1995年日本神戶地震中,部分高架橋倒塌,三條高速公路和著名的“新干線”鐵路完全中斷,100萬戶停電,120萬戶停水,城市生命線工程受到嚴重破壞。

1.2.2　次生災害

由地震引發的火災、水災、有毒物質泄漏和疫病流行等災害,稱為地震的次生災害。

海嘯通常被認為是由地震導致的最具破壞性的災難,主要是因海床震動或錯位等卷起的大量海水沖擊、淹沒沿海地區所導致的。1896年日本本州島東北岸發生海嘯,死亡約2.8萬人;1960年智利大海嘯橫跨太平洋,襲擊了智利、美國、日本、蘇聯以及新西蘭等多個國家,最大浪高達25m;1964年美國阿拉斯加地震中,因海嘯死亡的人數遠超過地震本身;2004年的印度洋海嘯波及范圍遠至波斯灣的阿曼、非洲東岸索馬里及毛里求斯、留尼汪等地,僅印度尼西亞的死傷人數就達23萬人之多,如圖1.2.8所示;2011年日本東北部海域發生9級強震,引發海嘯,最大浪高達23.6m,不僅造成大量人員傷亡與財產損失,導致多座城市發生重大火災,還導致日本福島第一核電站發生核泄漏,由此導致的對大氣、海洋以及周邊陸地等的環境影響難以估量,如圖1.2.9所示。

地震時,由于電線短路、煤氣泄漏、油管破裂、爐灶傾倒等原因,往往造成火災。1906年美國舊金山8.3級大地震,全城50多處起火,大火燒了三天三夜,整個市區幾乎全部燒光;1923年的關東大地震中,東京、橫濱變成了一片火海,因火災死亡的人口數量超過了因地震死亡的人口,其中一座安置了約4萬地震幸存者的公園遭到火流襲擊,只有約30人幸存;1995年日本神戶地震中,全城同時出現的大片火災有170多處,這些火災多半都是由于煤氣儲備與輸送系統被破壞導致爆炸引起的,整個神戶市區燃燒了數日之久。