地震对水利工程的影响

一、地震概况

地震是地球运动产生的自然现象，强烈地震会带来极大的自然灾害。地震的发生与地质构造有关，强震大多发生在地壳构造薄弱地区和某些活动构造断裂带上。由于地球不断旋转运动，其自转速度不均匀以及极移的变化会产生巨大的推动力，推动地壳板块的横向移动和旋扭。当推动力不断积累和加强，超过地壳抗力和岩层强度，将发生剧烈的破裂和错动。由于岩石的破裂和错动而引起剧烈的震动，传到地面，即为地震活动。

地震按其成因，可分为如下5类：（1）构造地震：由于地壳应力而发生的天然地震。地壳板块在活动构造断裂带上，特别是它的拐点、端点及交叉点等应力集中部位发生横向移动和旋扭，引起岩石破裂而产生构造地震。当震源深度小于70km时为浅源地震，深度70~ 300km为中源地震，深度300~700km为深源地震。（2）火山地震：由于火山爆发而引发的地震。（3）塌陷地震：由于地壳板块局部塌陷而引发的地震。（4）水库地震：由于在地球表面修建水库，因坝体压力和水体压力而发生的地震为水库地震。由于水库地应力和构造地应力叠加；以及水库地震能量和构造地震能量叠加而诱发的地震为水库诱发地震。（5）核爆地震：由于在地壳深层作核爆炸试验而引发的地震。按震源深度划分：小于70km为浅源地震、70~300km为中源地震、300~700km为深源地震。

地球上每年平均发生500万次大、小及微弱地震，其中构造地震约占90%，火山地震约占7%，塌陷地震约占2%，其它地震约占1%。近百年来世界曾发生610级以上地震100余次，其中，810级以上地震20次，约占20%；910级以上特大地震有5次，约占5%。

地震的地理分布受一定的地质条件控制，具有一定的规律。板块之间的消亡边界，形成地震活动活跃的地震带。全世界主要有三个地震带：（1）是环太平洋地震带，环绕地球中的太平洋板块，包括南、北美洲太平洋沿岸，阿留申群岛、堪察加半岛，千岛群岛、日本列岛，经再到菲律宾转向东南直至新西兰，是地球上地震最活跃的地区，集中了全世界80%以上的地震，5大地震，4次在这。本带是在太平洋板块和美洲板块、亚欧板块、印度洋板块的消亡边界，南极洲板块和美洲板块的消亡边界上。（2）是欧亚地震带，大致从印度尼西亚西部，缅甸经中国横断山脉，喜马拉雅山脉，越过帕米尔高原，经中亚细亚到达地中海及其沿岸。本带是在亚欧板块和非洲板块、印度洋板块的消亡边界上。（3）是中洋脊地震带，包含延绵世界三大洋（即太平洋、大西洋和印度洋）和北极海的中洋脊。中洋脊地震带仅含全球约5﹪的地震，此地震带的地震几乎都是浅层地震。中国地震主要分布在五个区域：地区、西南地区、西北地区、华北地区、东南沿海地区。

在地球内部传播的地震波称为体波，分为纵波和横波，地震时，纵波较快传播到地面。所以人们第一感觉就是房子在上下晃动然后才是左右晃荡。沿地面传播的地震波称为面波，分为勒夫波和瑞利波。（1）纵波（P波）：从震源向地表传播，交替地挤压和拉张波穿过的岩石，在波传播的方向上向前和向后运动。所以在地表上，人们会感到所有的东西连同自己“跳”了一下。（2）横波（S波）：岩石的振动方向与波的传播方向相互垂直，在随后横波传播到地表时，人们会感觉左右晃动。（3）勒夫波（L波）：在地平面上做

蛇形运动，质点在水平面内垂直于波前进方向作水平振动。与横波不同的是勒夫波只在水平面上左右摆动。（4）瑞利波（R波）：沿着地面水平传播，沿波的传播方向作一垂直平面，质点在该平面内向前、向上、向后和向下运动，描绘出一个椭圆。

地震灾害有如下特点：（1）突发性比较强、猝不及防。地震灾害是瞬时突发性的社会灾害，地震发生是十分突然，一次地震持续的时间往往只有几十秒，在如此短暂的时间内造成大量的房屋倒塌、人员伤亡，这是其他的自然灾害难以相比的。地震可以在几秒或者几十秒内摧毁一座文明的城市，能与一场核战争相比，像汶川地震就相当于几百颗原子弹的能量。事前有时没有明显的预兆，以至来不及逃避，造成大规模的灾难。（2）破坏性大，成灾广泛。地震波到达地面以后造成了大面积的房屋和工程设施的破坏，若发生在人口稠密、经济发达地区，往往可能造成大量的人员伤亡和巨大的经济损失，尤其是发生在城市里，像国际上在上世纪90年代发生的几次大的地震，造成很多的人员伤亡和损失。（3）社会影响深远。地震由于突发性强、伤亡惨重、经济损失巨大，它所造成的社会影响也比其他自然灾害更为广泛、强烈，往往会产生一系列的连锁反应，对于一个地区甚至一个国家的社会生活和经济活动会造成巨大的冲击。它波及面比较广，对人们心里上的影响也比较大，这些都可能造成较大的社会影响。（4）防御难度比较大。与洪水、干旱和台风等气象灾害相比，地震的预测要困难得多，地震的预报是一个世界性的难题，同时建筑物抗震性能的提高需要大量资金的投入，要减轻地震灾害需要各方面协调与配合，需要全社会长期艰苦细致的工作，因此地震灾害的预防比起其他一些灾害要困难一些。（5）产生次生灾害。地震不仅产生严重的直接灾害，而且不可避免的要产生次生灾害。有的次生灾害的严重程度大大超过直接灾害造成的损害。一般情况下次生或间接灾害是直接经济损害的两倍，像大的滑坡都属于次生灾害，还有火灾等等，在次生灾害中不是单一的火灾、水灾、泥石流等等，还有滑坡、瘟疫等等，这些都属于次生灾害。（6）持续时间比较长。这个有两个方面的意思，一个是主震之后的余震往往持续很长一段时间，也就是地震发生以后，在近期内还会发生一些比较大的，虽然没有主震大，但是这些余震也会有不同程度的发生，这样影响时间就比较长。另外一个，由于破坏性大，使灾区的恢复和重建的周期比较长，地震造成了房倒屋塌，接下来要进行重建，在这之前还要对建筑物进行鉴别，还能不能住人，或者是将来重建的时候要不要进行一些规划，规划到什么程度等等这些问题，所以重建周期比较长。（7）具有某种周期性。一般来说地震灾害在同一地点或地区要相隔几十年或者上百年，或更长的时间才能重复地发生，地震灾害对同一地区来讲具有准周期性，就是具有一定的周期性，认为在某处发生过强烈地震的地方，在未来几百年或者一定的周期内还可以再重复发生，这是目前对地震认识的水平。

地震灾害可分为直接灾害和次生灾害。

地震直接灾害是指由于地震破坏作用（包括地震引起的强烈振动和地震造成的地质灾害）导致房屋、工程结构、物品等物质的破坏，包括以下几方面：（1）房屋修建在地面，量大面广，是地震袭击的主要对象。房屋坍塌不仅造成巨大的经济损失，而且直接恶果是砸压屋内人员，造成人员伤亡和室内财产破坏损失。（2）人工建造的基础设施，如交通、电力、通信、供水、排水、燃气、输油、供暖等生命线系统，大坝、灌渠等水利工程等，都是地震破坏的对象，这些结构设施破坏的后果也包括本身的价值和功能丧失两个方面。城镇生命线系统的功能丧失还给救灾带来极大的障碍，加剧地震灾害。（3）工业设施、设备、装置的破坏显然带来巨大的经济损失，也影响正常的供应和经济发展。（4）牲畜、车辆等室外财产也遭到地

震的破坏。（5）大震引起的山体滑坡、崩塌等现象还破坏基础设施、农田等，造成林地和农田的损毁。

地震次生灾害是指由于强烈地震造成的山体崩塌、滑坡、泥石流、水灾等威胁人畜生命安全的各类灾害。地震次生灾害大致可分为两大类：（1）是社会层面的，如道路破坏导致交通瘫痪、煤气管道破裂形成的火灾、下水道损坏对饮用水源的污染、电讯设施破坏造成的通讯中断，还有瘟疫流行、工厂毒气污染、医院细菌污染或放射性污染等。（2）是自然层面的，如滑坡、崩塌落石、泥石流、地裂缝、地面塌陷、砂土液化等次生地质灾害和水灾，发生在深海地区的强烈地震还可引起海啸。

地震灾害地震灾害分为特别重大、重大、较大、一般四级。⑴特别重大地震灾害是指造成300人以上死亡（含失踪），或者直接经济损失占地震发生地省（区、市）上年国内生产总值1%以上的地震灾害。当人口较密集地区发生7.0级以上地震，人口密集地区发生6.0级以上地震，初判为特别重大地震灾害。⑵重大地震灾害是指造成50人以上、300人以下死亡（含失踪）或者造成严重经济损失的地震灾害。当人口较密集地区发生6.0级以上、7.0级以下地震，人口密集地区发生5.0级以上、6.0级以下地震，初判为重大地震灾害。⑶较大地震灾害是指造成10人以上、50人以下死亡（含失踪）或者造成较重经济损失的地震灾害。当人口较密集地区发生5.0级以上、6.0级以下地震，人口密集地区发生4.0级以上、5.0级以下地震，初判为较大地震灾害。⑷一般地震灾害是指造成10人以下死亡（含失踪）或者造成一定经济损失的地震灾害。

二、地震对水利工程的影响与危害

由于地震烈度、地震形态以及水库本身工程构造的不同，地震对于水利工程的危害也有所区别。水库坝体险情主要可分为3级：1级为一般性破坏，不产生渗漏；2级为严重性破坏，坝体开裂渗漏；3级将垮坝(崩塌)，库水全部流失。我国因地震引起的水库垮坝并不多见。总结国内外地震对水利工程的危害，主要有以下几种形式：

（1）坝体裂缝。地震作为外力荷载将会导致大坝尤其是土石坝整体性能降低，防渗结构破坏，引起大量裂缝。地震会产生水平和垂直两个方向的运动，并使周期性荷载增大，坝体和坝基中可能会形成过高的孔隙水压力，从而降低抗剪强度与变形模量，引起永久性(塑性)变形的累积，进而导致坝体沉降与防渗结构开裂。狮子坪水电站大坝位于理县境内，坝高136m，汶川大地震后，坝基灌浆廊道出现多处不同长度的断续裂缝，局部错动约2cm；大坝心墙混凝土盖板区出现多处不同长度的表面裂缝和深层裂缝。这些裂缝在坝体漏水、自然降水和温度作用下，又将产生新的冻融、冻胀破坏，影响大坝的整体性和稳定。同时，沿线料场山体出现滑坡，形成长条带及凹陷，滑坡长30m~ 55m，凹陷坑深2.5m~3m宽7m左右，凹陷处上部山体有多条斜向裂缝，缝宽20cm左右。

(2)坝体失稳。地震可能引起坝基液化，导致大坝失稳。地震还会造成土石坝体脱落或堆石体沉陷，从而引起坝体失稳。地震时，受周期性或波动性荷载作用，土石坝内土体将产生递增的孔隙水压力和变形，当达到危险应力水平时，土体在周期性荷载作用下将出现极大的变形位移，坝内土体发生液化，导致坝体失稳。美国加州的Sheffield坝，1917年建成，坝高7.63m，坝顶宽6.1m，长219.6m，水库库容17万m3。1925年6月，距坝11.2km处发生里氏6.3级地震，长约128m的坝中段突然整体滑向下游。事后经调查研究发现，坝体溃决的主要原因是地震使饱和土内的孔隙水压力增大，造成坝下部和坝基内的细颗料无凝聚

性土液化。

（3）岸坡坍塌。若水库两岸有高边坡和危岩、松散的风化物质存在，地震发生后将造成岩体松动，诱发崩塌、滑坡和泥石流灾害，甚至形成堰塞湖等现象。5.12汶川大地震造成四川多处山体滑坡，堵塞河道，形成34处堰塞湖。其中，唐家山堰塞湖蓄水过1亿m3，另外水量在300万m3以上的大型堰塞湖有8处，对下游地区造成严重威胁。

2008年5月12日14时28分在四川省汶川县发生810级地震。这是自1976年7月28日河北省唐山市发生7.8级地震后，32年来中国发生的灾害最严重的一次地震。

5.12汶川地震给地震灾区水库带来不同程度的影响及损毁。如四川全省共有大小水库6678座，受地震损毁水库达1803座，约占27%，但大多为库容不足500万m3的小型水库，占96%以上，经抢修维护后已先后投入运行。根据中国水电水利规划设计总院在汶川地震后组织调查，初步结论为：总体而言，灾区大中型水电工程经受住了远超工程设防标准的强震考验，无一大坝溃决，结构整体安全、稳定，其它水工建筑物的直接震损有限，但部分建筑设施受地震滑坡、崩塌、飞石等次生灾害影响突出。经及时抢修维护，均在震后迅速恢复发电及生产。灾区外大中型水电工程经受了强震考验，大坝完好无损，工程建设及运行正常有序进行。

地震灾区水电站主要有沙牌水电站、碧口水电站、宝珠寺水电站，经过/ 51120汶川震后都基本完好，经历了超地震设防烈度的考验。紫坪铺水电站位于岷江上游，距汶川震中17km，于2001年3月29日开工，为当年四川的“一号工程”。5.12汶川地震并未损坏大坝，经及时对4台19万kW机组、厂房、开关站、输变电、通讯线路及对外交通等全面检查及抢修维护，已于5月17日率先恢复供电，为灾区抢险救灾提供巨大能源。紫坪铺水库有巨大库容，为众多堰塞湖提供蓄洪，保障成都平原免受堰塞湖溃决洪水的威胁，还为抢险救灾提供水路交通运输保障。汶川县映秀湾水电总厂、渔子溪水电站、耿达水电站于1987年12月全部投产, 三站均位于映秀镇震中地区。5.12汶川地震后毁损严重，经紧急抢修维护，已于2008年7月15日陆续修复并恢复生产。金沙江下游已开工的溪洛渡水电站距5.12汶川震中304km，地震对于坝区影响烈度仅Ⅲ-Ⅳ度，向家坝水电站震后施工正常，大坝未受毁损。5.12汶川地震对两水电站均无影响。

堰塞湖是由地震活动或由火山熔岩流引起山崩、滑坡、泥石流等堵截河谷或河床后贮水而形成的湖泊。一旦堵截物被破坏，湖水将漫溢而出，倾泻而下，形成洪灾。汶川地震后，在四川省的北川、青川、德阳等灾区，山体大面积崩塌、滑坡、泥石流阻塞河道，形成了33个大、小堰塞“悬湖”对下游城镇构成严重威胁。其中最严重的是北川县上游312km处，通口河南側的唐家山堰塞湖。汶川地震后，连日阴雨，唐家山山体大面积崩塌，滑坡及泥石流阻塞河道，堰体堵塞物长803m，宽611m，形成唐家山堰塞湖，被列为1号危险“悬湖”。上游集雨面积达3550km2，5月21日坝前最高水位达716m，上下游水头差达60m，库容达2亿m3，蓄水量达9160万m3，相当于两个西湖，洪水随时都有翻坝可能，直接威胁下游绵阳地区百万人民生命财产安全。按照“积极抢险，主动避险，确保安全”方针，采取开挖导流明渠，炸除泄洪道障碍物，加强泄洪排险措施，并安全撤离下游居民近20万人；6月4~11日经400余名和水电官兵日夜奋战，终于6月11日全面取得唐家山堰塞湖泄洪排险胜利。

三、地震次生水灾害

我国地处环太平洋地震带与地中海—喜马拉雅地震带之间，是地震分布广泛和地震频发的国家。地震发生后，不仅对生命财产造成巨大损失，地震破坏性的后果还将引发其他灾害，即地震次生灾害。地震次生灾害中次生水灾是主要类型，表现为地震后地表形变造成的水环境改变，引发的浪涌、地下水位和水质变化，以及水利工程破坏（如溃坝、渠道断裂）等，由此导致洪水泛滥。

（1）地震对水库的破坏

20世纪50年代以来，我国兴建的8.3万座水库主要分布在山区，是受地震影响最大的工程类型。近50年来全国就有数百座水库因地震而受到了不同程度的破坏。如1982年广东河源6.1级地震时，新丰江大头坝的头部发生断裂；1976年唐山7.8级大地震时，唐山陡河水库土坝遭到9度震害，在主坝上下游坡产生长达1700m的纵裂带，几乎将整个坝体劈成三块，中间一块下沉1.m，上下游块沿坝基向外滑动，由于及时采取开闸放水的措施，成功地避免了垮坝。同场地震中，密云白河主坝在地震时上游坡保护层发生大面积滑坡，塌滑方量15万m3，由于及时调动进行抢险加固，保住了大坝，避免了严重的次生水灾。1988年云南澜沧—耿马地震时，仅对中小型水利工程的破坏，直接经济损失就近亿元。

（2）地震对江河堤防的破坏

大地震造成的大江大河堤防溃决，往往造成洪水泛滥，酿成严重的洪水灾害。1556年1月23日，陕西华县发生6级大地震，使山西蒲县绝大部分黄河堤岸崩毁，洪水淹没蒲州府城。1668年7月25日，山东郯城8.5级特大地震时，黄河在河南商丘溃堤，造成水灾；同时造成江苏高邮湖堤溃决，致使死者数万。1739年1月3日宁夏平罗、银川地震产生的地裂，涌出大水，加上河水泛滥，水淹平罗、银川。1976年7月28日唐山大地震时，全区水利工程和农田水利设施都遭到不同程度的破坏。

（3）地震堰塞湖

高山峡谷地震发生时，不稳定岩体发生大规模崩塌、滑坡，堵塞河道，形成“地震堰塞湖”，当来水量超过蓄存能力时，就会产生漫溢，或遇强余震时，堰坝崩决，造成下游水灾。这是最严重的地震次生灾害，在我国西南、西北的广大地区，至今仍可见到数百座“地震堰塞湖”的遗迹。以下是这类灾害的几个典型案例。

1786年9月1日，四川康定发生7.5级大地震时，引起山崩，壅塞大渡河，断流十日后，忽然溃坝，引起高数十米水头的洪水。洪水一泄而下，船只、木筏无一幸免，以木料拥蔽江面。嘉定府（今乐山市）全城被水淹没，急流至湖北宜昌才趋于平缓。这次地震水灾造成嘉定、泸州、叙府（今宜宾）沿江一带数十万人被淹死。1933年8月25日，四川叠溪发生的7.5级地震，滑坡、山崩堵塞岷江，形成十余个地震湖，使岷江上游沿江遭淹没，造成下游成都平原严重水灾。

1960年5月22日，智利接连发生7.7、7.8和8.5级三次大地震，引起瑞尼赫湖区发生300万、600万和3000万m3的三次大滑坡填入湖中，使湖水上涨24m。湖水外流，淹没了湖东65km处的瓦尔的维亚城，全城水深2m，约万人死亡或失踪，上千人重伤，100多万人无家可归，损失近5亿美元。1970年5月秘鲁发生7.8级地震时，伴随地震在桑塔河上游产生泥石流达15000m3/s，超越中游堆朗斯电站大坝（坝高45m的重力坝）坝顶30m下泄，将坝上部结构及取水口闸室破坏，造成停电，至1971年修复，耗资50万美元。1971年5月秘鲁再次发生大地震，湖堤崩塌造成泥石流，袭击了秦加尔城，造成严重灾害和巨大损失。

(4)地震对地下水的破坏

地震改变了地下水运动，造成地面突然喷水冒砂，喷出的砂水淹没农田，使土壤盐渍化，毁坏机井、水渠、道路等。井竭、泉废、河水暴涸暴涨及水质污染是这类灾害中的常见现象，据统计，7级以上强震中，这类次生灾害占总次数的52%。在地震作用下，饱和砂土中孔隙压力增高，引起孔隙水向外运动，造成“蔽化”和喷水冒砂现象。1966年3月河北邢台、1975年辽宁海城及1976年河北唐山等地震，都发生过大面积喷水冒砂和伴随地裂沉陷现象，农田水利设施也遭到不同程度的损坏。

地震对原有地表和地下地质构造的破坏，使地下含水层受到扰动，更多的现象是此地水竭，彼处水涨，造成地下水变化或河水断流。1945年9月23日河北滦县地震后，开滦矿所属唐家庄、林西赵各庄等矿的矿坑涌水量猛增15%～45%。1976年7月28日唐山地震使唐山煤矿许多矿坑被淹。历史上这种现象也不鲜见。1786年6月1日四川康定7.5级的强震使大渡河断流十日。1830年6月12日河北磁县发生的7.5级地震，使“漳滏两河涸，皆见底”。1668年7月25日山东莒县郯城8.5级地震时，山东莱芜“井水皆涌出，既而尽涸”，山东郯城也遍地水流，沟浍皆盈，瞬间化为乌有。

地震次生水灾的破坏力，有时远大于地震本身的破坏力。挡水建筑物越高，拦蓄的水量越大，其破坏力就越大。必须坚持“预防为主”。在工程措施方面，水工建筑必须严格遵守合理的抗震设计规范设计和建设，这是取得最佳防震减灾效果的关键。

四、地震灾害受损水利工程的修复措施

地震后受损水利工程修复措施主要包括以下几个方面

1、坝体监测。地震后, 受损水利工程应及时降低水库运行水位，并进行充分的坝体探测。对于土石坝，可根据埋设的监测仪器或开挖土坑检测；对混凝土坝，则可用无损探伤检测。包括使用地震波法、地质雷达、水下声纳法检测侵蚀程度，必要时采取槽探、钻孔、孔内地球物理等方法检测。根据地震前后大坝监测结果的对比分析，判明是否存在普遍的结构损伤迹象。尤其需要加强对坝体变形和渗透的观测，防止裂缝前后贯通，内部发育，产生渗漏通道。

在震后坝体探测中，作为一种非破坏性的探测技术，地质雷达具有探测效率高、分辨率高、抗干扰能力强等特点，可以快捷、安全地运用于坝体现状检测和隐患探查。

2、裂缝修复

对于已经出现的裂缝，要定时观测和检测裂缝的分布、走向、长度和开度等。在大坝和坝基主裂缝部位设置标志，同时防止外部水流入加速其恶化。裂缝的修补应从实际出发，在安全可靠的基础上，同时考虑技术和施工条件的可行性，力求施工及时、简单易行、经济合理。常用的有以下几种处理方法：（1）表面处理法。主要适用于对结构承载能力没有影响或者影响很小的表面裂缝及深层裂缝，同时还可以处理大面积细裂缝的渗漏。常用的有表面涂抹水泥砂浆、表面涂抹环氧树脂和新型赛博思等防腐材料，从而达到封闭裂缝和防水的作用。防护时应采取措施，对表面裂缝，应凿穿裂缝位置，缝内灌注材料；对深层裂缝，要采用相应的灌浆处理。这样，可以防止混凝土在各种作用下继续开裂。（2）灌浆法。主要应用于修复对结构整体有影响或有防水防渗要求的混凝土裂缝。经修补后，能恢复结构的整体性和使用功能，提高结构的耐久性。灌浆法分水泥灌浆和化学灌浆。水泥灌浆适用于裂缝宽度达到1mm以上时的情况；裂缝较窄的情况下宜采用化学灌浆。此外工程经验表明，水泥浆适于稳定裂缝的灌浆处理，不适用于活缝或伸缩缝的

处理。化学灌浆也存在类似问题，应用最广的环氧树脂浆固结体是脆性材料，因此对活缝应选用赛博思等新型弹性材料。大量实践证明，灌浆法是目前最有效的裂缝修补处理方法。（3）结构加固法。危及结构安全的混凝土裂缝都需进行结构补强。结构加固法适用于对整体性、承载能力有较大影响的较深裂缝及贯穿性裂缝的加固处理。比如狮子坪电站的基础灌浆廊道处理。混凝土结构的加固，应在结构评定的基础上进行，以达到结构强度加固、稳定性加固、刚度加固或抗裂性加固的目的。结构加固中，常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积；在构件的角部外包型钢；采用预应力法加固，粘贴钢板加固，增设支点加固以及浇筑混凝土补强加固。结构加固法还适用于处理对结构的承载能力、整体性、耐久性有较大影响的不均匀沉陷裂缝和较为严重的张拉裂缝。

3、滑坡处理

料场滑坡有剪切破坏、塑流破坏、液化破坏三种形式。可采用“上部减载”与“喷锚灌浆”法来处理。“上部减载”就是在滑坡体上部的裂缝上侧削坡，以保持稳定；“喷锚灌浆”就是固定下部边坡。库岸岩体加固，对于地震中松动的库岸岩体，应采取工程措施加固。地震后，首先需要对库岸岩石情况进行重新评估，选择加固方式。库岸加固通常采取锚固、支挡、排水相结合的方式。锚固措施是利用预应力锚索和锚杆固定不稳定岩层，适用于震后加固岩体滑坡和不稳定的局部岩体。通过一端与建筑物结构相连，一端打入岩体内部，在增强岩体抗拉强度的同时，改善库岸岩体的完整性。该方法在高边坡中被广泛应用。支挡方法是通过支挡体来平衡滑坡体的下滑力，确保滑坡体的稳定安全。支挡结构能有效地改善滑坡体的力学平衡条件，阻止滑坡、泥石流等。常用的方法有重力式挡墙、拉钉挡墙、加筋土挡墙、抗滑桩等。

此外，由于地震过后经常伴随暴雨，更易在松动岩石处产生滑坡、泥石流等灾害，因此需及时排水，包括地表水和地下水。

4、渗漏修复

应根据具体情况降低库水位，彻底修复防渗体。对由于浸润线过高而逸出坡面或者大面积浸引起的滑坡，除结合下游导渗设施外，还应考虑加强防渗。（1）劈裂灌浆。对于土石坝较严重的渗漏破坏，可以采取劈裂灌浆或加强防渗斜墙等方式解决。劈裂灌浆是指在垂直渗流的方向沿坝轴线劈开坝体，灌入稠泥或水泥砂浆，截断渗流通道，可以在短时间内降低坝体内的渗流，使大坝转危为安。（2）开挖置换。置换技术是土石坝震后修复中的一种重要手段，尤其对于心墙开裂的土石坝具有重要意义。首先需要通过探测技术检测到侵蚀的区域，然后在心墙的下游侧补填塑性混凝土，并用颗粒反滤层加以支持。最后，使用水泥膨润土混合物进行灌浆。置换技术可以有效阻止土石坝心墙的进一步破坏，达到防渗漏的目的。（3）排水设施。在阻止渗流发生的同时，需要做好排水工作。通过设置宽敞的排水带，使渗流能顺利排走，同时降低坝体内的浸润线，减小孔隙水压力。

五、典型水利工程修复实例

1、美国Hebgen坝

Hebgen土石坝位于美国Montana州，1915年建成，1959年8月遭受里氏7.1级的强烈地震，坝和水库所在处变形并整体下沉约3.1m，右岸溢洪道严重损坏，坝体沉陷开裂，水库岸坡坍塌，库水震荡并漫溢坝顶。当时此坝并无抗震设计，承受了地震的各种危害而未垮坝，其破坏模式和耐震经验极有借鉴意义。

当时业主Montana电力公司采取的以下紧急抢救措施：(1)立即将泄水底孔进水口原用迭梁封闭的二个孔口开启，以80m3/s的流量泄水降低库水位。(2)对半角沉陷区和被水流冲蚀的坝下游面填土修复。检查表明，心墙与溢洪道连接处的漏水并非通过心墙上的裂缝而是从被破坏的溢洪道流出。(3)在心墙的大裂缝处下游，打竖井检查和修补。同时修整下游河岸坍方区。此后于1960年4月开始，对溢洪道、坝体心墙和上游面进行了全面的修复和加固工作。至今运行完好。

2、美国Lower SanFernando坝

Lower SanFernando坝位于美国加州洛杉矶市北，1912年动工，最大坝高43.2m，坝顶宽6m，长634m。1971年2月在坝东北12.9km处发生里氏6.6级地震，致使主坝发生巨大滑坡，坝的上游部分带动坝上部9.2m高的坝体和坝顶一起坍落滑向水库20多m远。事故发生后，救援人员立即采取了如下措施：一方面立即运来砂袋加固筑高坝的低陷部位；另一方面紧急撤离坝下游地区8万居民；此外通过2条泄水道和3条引水管排放库水。

经初步调查和后期进一步挖槽、钻孔取样研究得出：坝内有大范围砂土在地震后液化，但液化区被外围强度较高的非液化土约束，直到液化区内有足够扩张力后，才促使外围土向外和向下移动，出现大规模滑动。

3、北京密云水库

密云水库位于北京密云县城北13km处，库容43.8亿m3，是北京市民用和工业用水的主要水源。水库始建于1958年9月，分白河、潮河、内湖三个库区，主要建筑有白河主坝(高66m，长1100m)、潮河主坝(高56m，长960m)和5道副坝等。

1976年7月28日，河北唐山发生里氏7.8级强烈地震，白河主坝强烈扭动，水面以下6万m2的块石坡和砂砾保护层滑落，受损严重。地震后，采取的主要措施有：(1)及时探测大坝裂缝，并派潜水员进行水下探测；(2)通过筑堰建闸，把密云水库分隔成两个库区，放空库水后，进行全面检查加固。清除白河主坝上的砂砾保护层，加厚铺盖粘土斜墙，改用碴石保护层，往水下填粘土及砂石达20万m2。随后，打通白河廊道、削坡清基进行坝体加固；(3)加固了3座副坝，并增建了3条泄水隧洞和1座溢洪道等。

白河主坝加固工程于1977年11月21日完成，达到了国家一级工程标准，至今完好。

六、水库诱发地震

1、水库诱发地震特点

水库诱发地震由于水库地应力和构造地应力叠加以及水库地震能量和构造地震能量叠加而诱发产生。水库诱发地震因素复杂，其形成机理及发生发展过程尚难准确控制，发生时间、空间及强度更难预测预报。水库诱发地震与一般天然地震相比有如下特点：

（1）分布范围。震中仅分布在水库及其周围5km范围内，震源深度大多在5km以内，很少超过10km。震源深度与水库库容有一定的相关性，一般库容愈大，震源愈深。

（2）发震时间。主震发震时间一般与水库蓄水密切相关。蓄水早期地震活动与库水位升降变化有较好的相关性。较强地震活动高潮大多出现在第一、二个蓄水期的高水位季节、水位回落或低水位时。但发震时间也无一定规律性，如我国湖南的南冲水库，19年夏蓄水，随即发震；而美国哥伦比亚河大古力水电

站，1941年蓄水发电，至今已年，尚未发震。

（3）发震趋势。由于水库蓄水引起内外条件变化，水库蓄水初期发震较多；随着时间的推移，逐步得到调整后趋于平衡。因而地震频度和强度将随时间的延长，呈明显下降趋势。

（4）地震特点。水库诱发地震以弱震和微震为主, 从国内外水库诱发地震统计资料看,6.0~ 6.5级强震仅有4例，占4%，即印度的柯依纳6.4级(1967-12-10)，希腊的克里马斯塔6.3级(1966-02-05)，赞比亚的卡里巴6.1级(1963-09-23)和我国的新丰江6.1级(1962-03-18)。诱发地震中5.0~5.9级中强震占14%，4.0~4.9级中强震占24%，3.0~3.9级地震占25%，小于3. 0级弱震和微震占32%。由于水库诱发地震震源较浅，与天然地震相比，具有较高的地振动频率，较高的地面峰值加速度和震中烈度；但极震区范围很小，烈度衰减较快。

2、水库诱发地震条件

（1）水库规模。从国内外水库诱发地震统计资料看，诱发地震的发生概率随着坝高、蓄水深度和库容的增大而明显增高。据Packer 1985年对蓄水深度大于92m，库容大于100亿m3的世界大型水库的统计分析，发震概率为12%。我国坝高100m以上的高坝大库，发震概率约为32%，远高于世界平均水平。

据统计资料，全世界共有大中型水电站及水库上万座，但发生诱发地震的比例不到3/1000。我国现有坝高15m以上的水库18000座，其中仅有13座发生大小水库诱发地震，约占7.2/10000。库容小于0.1亿m3的小型水库，其发震概率小于1/10000，0.1~1.0亿m3的中型水库，发震概率小于1/1000，1.0~10亿m 3的大中型水库，发震概率大于1/100，大于100亿m3的大型水库，发震概率大于1/10。

（2）岩性条件。据统计资料分析，组成库盆的岩性与水库诱发地震有一定的相关性。碳酸盐岩地区易于诱发岩溶性水库地震，其次为花岗岩、玄武岩和片麻岩类型坚硬脆性的结晶类岩石，易于诱发微弱的水库地震。碎屑岩和砂页岩构成库盆的水库，不易诱发地震。

（3）渗透条件。水库诱发地震的发生，必须有库水渗透参与，因此，库盆岩体的渗透条件是诱发地震重要条件之一。渗透性好的岩体，如碳酸盐岩、多裂隙脆性岩体等构成的库盆，较易诱发地震，而不利于库水渗透的砂页岩库盆，不易诱发地震。

（4）区域地震活动水平。区域地震活动水平总体上反映该区域的稳定状态，地震活动水平较高的地区，可能诱发较强的水库地震。

3、水库诱发地震类型

（1）内成成因型。由于水库蓄水导致地壳上层数百m至10km范围内的区域地应力场发生变化，从而改变了某些地块构造运动原先的进程，引起水库及邻近地区地震活动性发生明显变化的水库地震。

（2）外成成因型。由于水库蓄水导致浅表数百m局部范围内外动力地质作用发生变化，致使岩体或岩块相对位移或遭受破坏而伴生的水库地震。

（3）常见地震：①构造型：地震强度较高，常与一个地区构造条件、现代构造活跃程度及地震活动水平密切相关。②岩溶型：只出现在可溶性岩石分布的库段，特别是近水平的厚层碳酸盐岩大面积出露，且岩溶发育的地区，但其震级一般小于4级。③微破裂型：具有一定的随机性，在断裂发育、坚硬性脆的岩体中，具备一定的初始应力和水动力条件时即可发生，但其震级一般在3级左右。

七、水利工程抗震防震标准

欧美、日本、印度等国的大坝抗震设计以及国际大坝委员会的地震动参数设计导则均采用分级设防。如美国大坝采用运行基本地震OBE(Operating Basis Earthquake，相应的概率水准为100年基准期超越概率50%)和最大设计地震MDE(Maximum Design Earthquake)或最大可信地震MCE(Maximum Credible Earthquake)两级设防，并提出了相应于不同设防水准时大坝的性能要求。其中，OBE是从工程运行角度提出来的，对应于运行期工程保护期望水平的最大地震动，这时主要考虑地震引发的结构损坏、机械破损和经济损失，设防要求是震后结构易修复、设备可继续运行；MDE或MCE主要是从避免引发严重次生灾害的角度提出来的，设防要求为大坝不发生灾难性破坏，如不致使库水下泄失控。当大坝失事可能导致危及人身安全的严重后果时取MDE为MCE，否则MDE一般小于MCE。MCE为坝址区可能发生的最大地震，并假定发生在离坝址最近的断层点上。

我国的大坝采用最大设计地震MDE一级设防。对于有利地段,建筑物一般采用基本烈度设防(相当于50年基准期超越概率10%)，对于甲类设防的大坝在基本烈度基础上提高一度设防(相当于100年基准期超越概率2%)。性能要求为如有局部损坏，经一般处理后仍可正常运行。100年基准期超越概率2%的设防水准接近国外一些国家提出的最大可信地震(MCE)的水平，而其性能目标又与运行基本地震(OBE)的要求相近。

在水利工程抗震防震的标准方面，我国对于水工建筑物，诸如大坝、渡槽、桥梁隧道、涵洞、闸门等，曾依据其等级及其所在地的地震烈度，制定了明确的设计标准。但当地震袭来时，仍然有很多水利工程遭到破坏。究其原因，一方面是我们对地震灾害的认识还不足够，另一方面是我们现有的设计标准还不全面，存在着重大而轻小、重枢纽而轻库区、重重点建筑而轻堤防渠道等现象。

从人们对水利工程受地震灾害的认识角度看，我们应以保护人民群众生命财产安全为根本，以建立健全地震和地质灾害调查评价体系、监测预警体系、防治体系、应急体系为核心，进一步强化全社会防范地震和地质灾害的意识和能力，全面提高防治地震和地质灾害的水平。这一点，我们应该借鉴日本的一些做法和经验。日本是一个地震多发国家，每当一次大地震过后，他们都会认真地总结经验教训，适时的提高工程建筑、包括水利工程建筑的抗震标准，以防范多震和大震带来的灾害。对于我们来说，如何在总结震灾的教训、监测地震和地质灾害隐患、评价地震和地质灾害危险性等工作的基础上，适时地修订我们已有的水利工程抗震防震设计标准和规范，就显得十分迫切和十分重要了。

在我国汶川大地震中，曾有2000余座水库（主要为水电站）和1000多公里堤防受损，其中受损的主要是电站厂房、机组、引水渠道以及一些附属建筑物，而水库、电站的大坝基本都完好无恙。在震区内，百米以上高坝如紫坪铺、沙牌、碧口、宝珠寺等电站大坝均未受损，而堤防和渠道等工程出现破坏的现象比比皆是。日本1995年阪神大地震时，水利工程受损的也主要是堤防和渠道，其中50%的堤防发生了地基和基础液化，进而导致堤防沉陷裂缝，出现了迎水坡护岸破裂和直立挡墙倒塌现象。这就充分说明大型水工建筑物，如水库大坝等，设防标准一般较高，建筑质量一般较好，所以较少发生水利枢纽（特别是大型枢纽）受震破坏的情况，而堤防和渠道等水工建筑物由于设防标准相对较低，则极易发生受震破坏现象。如果堤防和渠道受震破坏，或正在雨季或正值通水，则必然会发生堤防溃决、渠道决口并造成更为危险的次生灾害。

因此，适时修订并合理提高已有的水利工程抗震防震设计标准，重视并规范对于线长、面广、量大的

水工建筑物（诸如堤防、渠道、隧洞等）的抗震防震设计标准，將能有效地规避地震和地质灾害风险，确保水利工程建筑抗震防震安全，减少因水利工程受损破坏造成的人员伤亡和财产损失。

八、高坝抗震

随着我国国民经济和社会的稳步发展，能源紧张和作为二次能源的电力短缺现象已日益突出，受资源等条件的，我国一次能源以煤为主的格局在相当长的时期内难以改变，能源结构优化比较突出。截至2006年底，全国发电装机容量达到62200万kW，其中火电达到48405万kW，约占容量77.82%，水电达到12857万kW，约占容量20.67%。因此，水电是目前最有可能规模开发利用的可再生清洁优质能源，并且具有防洪、灌溉、供水、航运等综合效益。

我国水能资源的80%分布在西部地区，且开发利用量仅为16%，开发潜力巨大，开发前景广阔，是推进“西部大开发”战略决策，实现“西电东送”，推动西部社会经济发展的重要优势资源。西部地区多呈高山峻岭峡谷，且水量充沛、利用水头集中，易于修建调节性能好的高坝大库水利水电工程，这些工程不仅可提供优质电能,还可调节径流，十分有利于水资源的综合利用，有利于减轻下游地区干旱和洪涝灾害。但西部地区是我国主要地震区,地震强度和发震频度都很高，近代我国近80%的强震都发生在该地区。因此，在该地区修建水库大坝工程，地震安全问题不容忽视，尤其是对于“高坝、大库、强地震”的工程，地震安全问题更应作为工程的关键技术问题进行深入研究并予以稳妥解决。

我国非常重视建设工程的地震安全问题，尤其是可能造成严重次生灾害的水库大坝工程。先后出台了不少有关的法律法规、国家标准和行业规范，对我国的大坝设计与建设起到了非常重要的指导作用。然而，我国目前水电建设正处于高潮，在水能资源富集的西部地区，正在修建和近期拟建一系列200～300m级的高坝，如双江口(坝高H=315m)、锦屏一级(H=305m)、小湾(H=295m)、两河口(H=293m)、龙盘(H=286m)、白鹤滩(H=284m)、溪洛渡(H=278m)、乌东德(H=265m)、糯扎渡(H=261.5m)、拉西瓦(H=250m)、长河坝(H=240m)、大岗山(H=210m)，以及松塔(H=307m)、马吉(H=300m)、古水(H=300m)、苗家坝(H=263m)、茨哈峡(H=253m)等，大坝的规模及其相应的抗震设计难度超过了已有经验的范围，且大坝抗震安全问题是一个涉及多部门、多行业、多学科交叉的十分复杂的问题，随着国民经济和社会的发展,以及相关基础科学的进步和对有关问题认识的进步，大坝抗震安全问题有不少的方面需要进一步研究和完善。

高坝抗震安全评价准则：

1、混凝土坝地震安全评价主要内容有坝肩(坝基)稳定性、坝体应力、横缝开度等。混凝土坝的抗震安全准则至少包括：（1）肩(坝基)具有足够的抗滑稳定性，变形较小且不产生引起坝体破坏的变形；（2）横缝开度在止水结构的允许变形范围以内，不造成库水大量下泄，对于拱坝而言，坝体的整体性(梁拱共同作用)有保证；（3）体混凝土损伤范围有限，坝体(坝段)的挡水功能可保证，不会造成库水下泄失控。

2、土石坝抗震安全评价内容比较广泛，其中包括坝体及坝基材料液化的危险性及液化变形的大小；坝坡稳定性，特别是震后稳定；坝顶超高的安全度；抵抗内部渗流侵蚀的安全性；大坝防渗体及地基的抗裂(含土心墙料的水力劈裂)稳定性；混凝土面板坝面板的抗裂能力与面板稳定性，伸缩缝与周边缝变形的大小等。因此，土石坝的抗震安全准则至少包括：(1)在防渗体中不发生贯穿性裂缝；(2)不发生库水漫顶；(3)坝和地基中的震害不引起坝体破坏。

工程上惯用拟静力刚体极限平衡法进行抗滑稳定分析来进行土石坝及地基的抗震安全评价，然而，传统的拟静力法不能很好地考虑与地震动特性密切相关的土体的内部应力—应变关系和实际工作状态，求出的安全系数只是所假定的潜在滑裂面上的所谓安全度，无法得到实际内力分布和确定土体变形，也就无法预测土体失稳的发生和发展过程，更不能考虑局部变形对坝体稳定的影响。土石坝的抗震分析转向以地震变形为主，从稳定和变形等方面进行安全评价的发展趋势则是必然的。

九、水利工程地震评估及抗震措施

1、做好坝址及库区大地构造评估。大地构造学硕士探讨关于地壳构造及其发生和发展规律，分布组合关系，形成机制以及地壳运动的方式和动力来源的学说，其研究者，有的主张地壳运动以垂直运动为主，以地槽——地台说为典型代表；有的主张地壳运动以水平运动为主，以漂移、板块构造说和地质力学为典型代表。因而要邀请各方面专家对坝址与库区范围做好大地构造和工程地质评价。

2、做好坝址及库区范围历史上发生的地震频次与震级，确定其烈度级别评定。 3、针对地震烈度，考虑各种运行条件的最不利情况，提高设计安全等级。 4、经多种方案比较，择优选取合适的坝型与设计标准及工程结构技术措施。 5、做好发生设计烈度的抗灾害预测与消险安全措施及震后安置处理措施。

6、规划设计中，做好建库后可能产生的诱发地震山体滑坡、泥石流评价。运行后加强工程范围的地震观测，做好库区山体在不同水位运行情况下的状况观察评估。

十、水利工程的地震监测

我国是一个多地震和地震灾害较严重的国家，地震区建设高坝大库时一定要对地震引起的灾害和风险有足够的认识。地震是随机事件且发震机理、传播机制十分复杂，国际上地震的预测预报也都不够准确。因此，在地震区建设高坝大库工程时，除了做好有关的勘探试验和抗震设计外，还应加强地震监测，重视国内外有关地震和震害实测资料的收集、整理和反馈分析，深化对地震动和结构地震响应的认识，改进分析研究方法，更新设计理念，并在工程建设和运行管理中加以应用。

水利工程抗震监测包括仪器监测和震后宏观检查两部分内容，而仪器监测又可分为地震观测和强震观测。地震观测通过设置在基岩露头上连续运行的地震位移计，测定地震波到达的绝对时间和初动方向，旨在了解坝址和库区一定范围内的地震活动，提供各种地震参数，作为检验设计地震(包括水库诱发地震在内)的依据之一。为监测水库诱发地震，应至少在大坝截流蓄水前二年，在库区设置1一3个台站，以取得库区蓄水前微震活动背景的定量资料和监测区内各活动断层的微震活动；蓄水后，如有诱发地震迹象，再进行加密，形成临时或固定的台网。台网布设应根据库区天然地震活动水平、水库面积和形状、库区地质与地形等条件而定。通常各台相距30一50公里为宜，以监测地震的频度和震级，并测定库区及邻近地区震中的空间分布。

中国水利工程中主要选用单分向多道电流光记录型加速度仪。震后宏观检查在有临震预报或遭受有感地震后，水利工程管理部门应立即对工程进行裂缝、位移、滑动、崩坍、下沉、冒水及渗漏等项目的宏观检查，并作详细记录；检查地震监测仪器并及时处理已获得的记录；增加对工程其他各项常规观测项目的

测读次数；保持和主管部门及地震部门的联系。在发现工程遭受一定程度的震害时，管理部门除应根据情况立即采取必要的减轻或防止震害继续恶化的紧急措施外，并应从速将震情向主管部门报告。

十一、结语

人类对客观世界、自然环境及发展规律认识还不够，特别是对地震机理、机制，地球板块运动，以及深达数十、数百千米的震源及其活动规律等，远未认识。必须加强对地震的监测，促进对地震机理、机制、地球板块运动、震源活动规律及趋势的探讨、认识与科学研究，逐步提高对地震的预警与预报。预防地震及地质灾害，保护人民生命和财产安全，保障社会主义建设顺利进行，坚持可持续发展，构建和谐社会，确保长治久安。