0 引言

2017年8月8日21时19分, 四川省阿坝州九寨沟县(33.20°N, 103.82°E)发生7.0级地震, 震源深度20km。截至8月13日20时, 地震造成25人死亡, 525人受伤, 73671间房屋不同程度受损^①。此次地震发生地区地处青藏高原东缘、巴彦喀拉地块东北边界, 位于塔藏断裂、岷江断裂、虎牙断裂交汇处^②。陈运泰院士研究小组认为, 此次地震的发震断层相当于NW向的节面, 主破裂尺度约30km, 矩心深度约15km, 主破裂持续时间约15s ^③。

①四川日报, 2017, 九寨沟地震致25死525伤, 人员搜救工作基本结束

② 中国地震局地质研究所, 2017, 对2017. 8. 8日四川九寨沟7. 0级地震发震构造的初步认识

③ 中国地震局地球物理研究所, 2017, 用于核实九寨沟7. 0级地震灾情的地震学结论

中国地震局现场工作组在充分分析现场震害调查结果、遥感影像解译、震源机制解及强震动观测资料等的基础上综合研判, 确定了此次地震的烈度分布图。此次地震等震线长轴呈NNW向, 最大烈度为Ⅸ度, 位于漳扎镇, 面积139km²; Ⅵ度及以上区总面积18295km^2④。

④中国地震局官方网站, 20170812, 四川九寨沟7. 0级地震烈度图

本文工作组沿国道G213、省道S301对松潘县城至九寨沟县的甘海子骑马场等地进行了震害调查。由于G213国道及S301省道大致呈NNE向, 与此次地震烈度长轴方向斜交, 因此, 本工作组的调查路线穿越了此次地震的各烈度区(图 1)。本文对此次地震松潘至九寨沟各个烈度区的震害特点及相关问题进行了分析和讨论。

1 震害特征 1.1 Ⅵ度区

松潘县城街道两侧建筑主要为2~4层框架结构(图 2), 少数山边建筑为砖木结构(图 3)。据当地百姓反映, 地震时震感强烈, 挂在墙外侧的广告牌及路灯等设施晃动剧烈, 砖木结构房屋的门窗发出“嘎吱”的响声, 但未发现由地震造成的建筑及设施的损害。

位于松潘县城凤鸣桥街上的祥和惠民超市为3层框架结构, 第1层为大开间超市, 第2、3层主要是卧室和储物间(图 4、5)。据店主反映, 地震时他们正在第2层休息, 震感强烈, 窗户玻璃晃动剧烈, 他们惊醒后跑到户外。超市第1层货架轻微晃动, 但是货物并未掉落, 天花板和灯管晃动不明显, 悬挂着的灯笼摆动明显, 收银台上的货物发生了较小的移位。该处居民反映的情况符合地震时建筑物反应的基本特征, 符合Ⅵ度区的震害现象。

距松潘县城约3km的十里回族乡主要建筑类型为砖木结构, 震害明显。十里回族乡人民政府的受灾情况报告显示, 整个乡有209户砖木房屋出现轻微裂缝, 个别房屋有瓦片掉落, 高屯子村小寨子下玛房后(32.709°N, 103.606°E)出现宽度约2cm地裂缝。

十里回族乡火烧屯清真寺为一层砖木结构, 面积约120m²。清真寺后面窗户与上部木结构相连接的墙体出现了约3mm的裂缝(图 6、7), 北面墙体出现一条贯穿整个墙体的约2mm裂缝, 轻微破坏。大沟村一户2层砖木结构(木柱与墙体基本无连接, 墙柱共同承重)共出现了11条裂纹(包含1条地面地砖的裂缝), 其中, 3~4处裂缝贯穿墙体, 由梁架往下延伸(图 8、9)。屋内墙体涂料脱落, 悬挂照片倾斜, 桌椅轻微移动, 达到中等破坏程度。此种结构抗震性能较差, 墙柱共同承重, 但是柱子和墙体之间没有连接, 缺乏整体性, 在地震作用下容易松垮。木质屋顶与墙体之间也没有连接, 梁架砌筑在承重墙体中, 依靠重力作用放置于墙柱之上, 地震时易发生移位。

佑所屯清真寺, 面积约420m², 第1层为用于聚会的大开间框架结构(图 10), 填充墙出现轻微裂纹。第2层以上为砖木结构, 一面以6根木柱(直径约30cm, 高6m)承重(图 11)。地震造成柱体的漆皮掉落, 并发生同方向约2cm的移位(图 12)。柱体与屋盖卯榫连接, 这是一种具有较好减震耗能效果的连接方式(徐超等, 2013), 故基本完好。寺外面的脆性岩体栏杆出现约2cm的断裂缝(图 13), 可能是不同高度的地震动水平不一致造成的栏杆高低处位移差异而导致的栏杆脆性破裂。

川主寺镇黑斯村有2户砖木结构发生损坏。一户墙体在2个窗户相接处出现约3mm的裂缝(图 14)。此种类型的破坏一般是地震动引起的应力集中作用于墙体薄弱环节造成的(李碧雄等, 2009)。因此, 在设计、施工中需要加强窗户连接处等薄弱位置的强度。另一户窗户下缘至墙角处出现多条裂缝, 并且部分裂缝灰土脱落(图 15)。该处破坏位于接近地面的窗户下口, 可能是开窗过大导致窗户下部承重墙抗剪能力减弱引起的。

川主寺镇山巴乡山巴寺的一幢砖木结构寺房, 屋檐瓦片掉落(图 16), 廊房屋顶“梭瓦”(图 17), 具有类似的“鞭梢效应”。砖木结构一般未经过抗震设计, 房屋延性弱, 抗剪强度低, 抗震性能较差(秦松涛等, 2010), 但是, 该处建筑的连接处采用了扒钉加固, 符合相关规程(中华人民共和国住房和城乡建设部, 2008)。除掉瓦外, 未发现其他震害现象。

川主寺镇水晶乡寒盼村多数房屋出现了裂缝。图 18为寒盼村一组53号砖木结构房屋墙体连接处出现上下贯穿裂缝, 表现形式为山墙与后墙的张性裂缝, 主要是由于横纵墙之间缺乏可靠的拉结(刘建达等, 2012, 郑山锁等, 2016)。墙外窗户角处出现的裂缝如图 19所示, 同时, 该户院子1.5m高围墙出现多处裂缝。

从松潘县十里回族乡至川主寺沿线震害明显, 符合Ⅵ度区的震害特征。而在松潘县城附近, 建筑物未见明显的震害现象, 松潘县城多为“5 · 12”汶川地震后新建的框架结构类型房屋, 抗震性能优良; 少数山边房屋为木结构, 地震时震感强烈, 但无明显的破坏。

1.2 Ⅶ度区

九寨沟县干海子社区一组53号(32.872°N, 103.650°E)为1层14间的砖木结构房屋, 是九寨沟公路管理分局的便民服务点。全部房屋均出现了不同程度的裂缝, 其中, 最大裂缝超过了1cm。多数房间的连接墙体出现了贯穿性破坏裂缝(图 20、21), 同时, 屋檐出现不同程度的掉瓦现象。该处房屋整体性也比较差, 墙体与墙体之间没有有效的连接。据居民李女士反映, 地震时房屋晃动强烈, 她从床上惊醒, 屋内的电视机晃动掉落, 倚立在墙边的木板倾倒, 地震后房屋后面山体有落石滚落。距该处建筑约30m处的电信通讯信号塔基本未破坏, 但地震造成信号塔供电中断, 工作停止。由强震记录分析可知, 加速度反应谱在大于1s的中长周期部分只有几个gal, 甚至接近于0(王文才等, 2017), 中长周期的地震动强度弱是信号塔完好的主要原因。

1.3 Ⅷ度区

南坪林场职工宿舍(33.224°N, 103.740°E)为2层未经抗震设计的砖砌体结构, 第1层出现大量的“X”形裂缝和局部的倒塌(图 22)。第1层在上部第2层的重力和水平向地震动的共同作用下, 易出现“X”形裂缝, 而第2层位于顶部, 易出现“鞭梢效应”类型的破坏。据职工杨先生介绍, 地震时屋内7人全部安全撤离, 屋内的电视机、橱柜等倾倒掉落。距该建筑约20m的一层砖木结构的小卖部出现垮塌(图 23), 而在马路对面的“5 · 12”汶川大地震后经抗震设计的框架结构仅出现墙面掉漆现象。可见, 经过抗震设计的结构类型可以大量减轻建筑物在地震中受到的损害(周正华等, 2008a; 韦锋等, 2009)。

岩质滑坡点(33.106°N, 103.710°E)宽约40m, 高约24m, 坡度约47°(图 24)。滑坡体冲积到河谷, 冲毁路基, 大量树木倾倒, 初步估计滑坡体量约20万m³(图 25)。随着震中距的减小, 滑坡的数量与规模逐渐加大。四川地区属于强震区, 地震频度大(陈国兴等, 2009), 地形上高山峡谷, 坡度大, 在多次地震后岩体松动, 易发生滑坡、崩塌等地质灾害(陈宁生等, 2013)。

甲蕃古城(33.239°N, 103.741°E)中建筑多数为框架结构, 多数填充墙破坏严重, 局部非承重构建倒塌, 酒店外墙装饰及玻璃幕墙局部脱落(图 26、27)。图 26显示的填充墙砌块大多为砾石, 只有少量砖块, 它们之间胶结较差, 易松散。同时, 填充墙与框架结构之间没有拉筋, 与框架结构缺乏整体性, 破坏严重。

1.4 Ⅸ度区

从漳扎镇往九寨沟景区崩塌数量和规模逐渐加大, 损害严重。落石砸坏汽车和转经筒(图 28、29)。图 29显示的崩塌垂直落差近200m, 水平距离5~40m不等, 崩塌岩石宽度40~150cm不等。对于这样大型的崩塌, 建构筑物应避让足够的安全距离。

漳扎镇朗寨村(33.305°N, 103.816°E)一处框架结构房屋柱梁错断(图 30)。柱端混凝土剥落, 主筋屈服外露, 破坏严重, 可能施工中钢筋配置不足(吕伟荣等, 2012)。图 31所示朗寨村砖木结构房屋, 第2层倒塌、毁坏。这种破坏现象与图 23显示的南平林场小卖部破坏现象类似, 边侧的墙体与整个建筑物的整体性较差, 在地震作用下两面墙体完全倾倒。

漳扎镇漳扎村3组一处单层砖木结构, 横墙与纵墙之间没有有效的连接(熊立红等, 2008), 南侧一面墙体整体倾倒, 严重破坏(图 32)。由这种破坏形式可见, 水平沿纵墙方向地震动较大。九寨沟售票大厅的砖混承重外墙出现典型的“X”形剪切裂缝, 窗角应力集中区域发生破坏, 破坏严重(图 33)。以上的破坏以脆性破坏为主, 这是由于建筑材料为砖石, 具有很低的抗拉、抗剪和抗弯能力(周晓等, 2013)。

从松潘至九寨沟建筑类型主要以砖木、砖混和框架结构为主, 仅有少量的土木结构, 越接近震中区, 震害越显著, 符合一般震害规律。砖木、砖混建筑在类型上比较混乱, 墙体、柱体等设置不合理, 缺乏抗震设计, 普遍整体性较差, 在此次地震中损害较重。框架结构填充墙与结构之间普遍缺乏拉筋, 与结构整体性较差, 地震中框架结构损害主要是填充墙体倒塌, 极少数框架结构垮塌(九寨天堂酒店)。因此, 建议在建筑结构的关键节点如构造柱的顶端、墙体的连接处如横纵墙连接处及填充墙与框架结构之间设置加强筋, 以提高结构整体性; 在窗角等应力集中区域以及相邻窗户的墙体处提高材料强度。滑坡和崩塌主要集中在九寨沟景区内, 数量较多, 由于地形地貌特征, 其呈现出高位、角度大、体量大、冲击距离远的特点。

沿省道S301进入九寨沟县后, 沿途偶见小型滑坡和崩塌, 建筑物数量急剧减少, 仅在Ⅶ度区发现干海子社区一组的几幢建筑, 同时, Ⅶ度区与Ⅷ度区(甲蕃古城)之间也几乎没有建筑物。这使得烈度评定工作增加了难度, 工作组未能从建筑物震害方面确定Ⅶ度区与Ⅷ度区的分界点(线)。

2 震害指数计算

根据震害基本情况, 选取部分典型的震害点, 依据各级震害建筑的面积所占比例与其震害指数的乘积之和, 得到平均震害指数(国家质量监督检验检疫总局等, 2012)(表 1)。其中, 框架结构只计算平均震害指数, 不参与该调查点的评定烈度。针对部分调查点框架结构占建筑类型的绝大多数的情况, 同时提高框架结构的平均震害指数与砖混结构的平均震害指数的可比性, 使框架结构震害指数的选取与砖混结构一致, 而破坏等级评定则较砖混结构破坏等级的评定更严苛。

结果表明, 各调查点的震害指数符合相应烈度区的建筑物或地质损害特点; 框架结构震害指数在Ⅵ度、Ⅷ度区、Ⅸ度区分别为0、0.21、0.29, 具有随烈度增加而剧烈加大, 但增加幅度减小的特点。不参与烈度评定的框架结构类型的震害指数普遍小于相同烈度区砖木、砖混结构类型的震害指数, 与广泛认识的抗震性能相符, 因此, 建议将框架结构类型添加到参与烈度评定的结构类型中来。

3 结论与讨论

本文调查的震害特征与中国地震局发布的烈度图相吻合。松潘县城至九寨沟漳扎镇, 建筑结构复杂, 多种类型建筑并存。城镇建筑抗震性能优于农村建筑, 新改造区域的建筑抗震性能优于未改造区域。例如, 松潘县羌寨村落——立壳村基本没有震害, 该处农居内部设立构造柱和圈梁, 外墙按照羌族的风格装饰, 这样既保留了民族特色, 也提高了农居抗震性能。同时, 该地区建筑的整体性普遍较差, 大量砖木、砖混和框架结构的主要承重部分与辅助承重部分或填充部分之间没有有效的连接, 常见非主要承重部分严重破坏。例如, 山巴寺的木柱之间有简易的扒钉连接, 损害就轻很多, 而没有连接的墙体均出现不同程度的裂缝。建议相关部门继续加强对建筑物抗震设防的管理, 加大对抗震设计、施工的管理力度(非明伦等, 2006), 在现有基础上加强对建筑物整体性的要求。同时, 针对严重的地质灾害隐患成立专门的调查组, 仔细排查地质灾害隐患点并给出相关的治理意见。

由表 1可见, 本次现场震害调查中框架结构数量较多。框架结构的平均震害指数较砖木、砖混结构的低, 随着烈度的增加, 框架结构的平均震害指数增加, 但是增加的幅度逐渐减小。这主要是由于框架结构抗震性能优于砖混、砖木结构。在Ⅵ、Ⅶ度区框架结构可能基本完好, 而砖混、砖木结构可能轻微至中等破坏; 在Ⅷ、Ⅸ烈度区框架结构可能轻微破坏, 而砖混、砖木结构可能严重破坏甚至毁坏, 如南平林场的砖木、砖混结构破坏严重至倒塌, 而框架结构仅仅出现掉墙皮掉漆现象。对于多层建筑物, 结构类型应首选框架结构(郭婷婷等, 2010)。《中国地震烈度表》(国家质量监督检验检疫总局等, 2009)规定, 当采用质量特别好或者特别差的建筑以及采用低于或高于Ⅶ度抗震设计的建筑物作为评定烈度的依据时, 烈度评定的结果应当做适当的调整, 但没有提供具体的调整方法, 为经验性的, 这对于只有框架结构的地区的烈度评定工作增加了难度。因此, 建议增加用于评定地震烈度的建筑类型(现阶段为3类), 将现阶段应用广泛的结构类型, 如框架结构纳入到评定烈度中来(周正华等, 2008b), 研究此类结构的破坏等级与地震烈度间的定量关系。其次, 建议相关单位建立建筑结构类型、材料、年代等建筑属性及与抗震设防情况相关的数据库, 以便评定地震烈度时参考。

沿图 1的调查路线方向上, 由于建筑数量少, 工作组未发现此次地震的Ⅶ度区与Ⅵ度区的分界点(线)。如何在建筑物数量稀少地区评定地震烈度, 值得探究。现阶段, 在建筑物缺乏情况下评定烈度主要是依据地表的破坏现象, 如地裂缝、崩塌、滑坡等。采用地表破坏程度评定地震烈度时应充分考虑地表地质体、地形地貌等的具体特征, 该工作综合性强, 对调查人员的专业要求高, 难度也较大。同时, 在四川这样植被覆盖良好的地区, 地表破坏明显的地区烈度一般较高(如此次地震规模较大的滑坡、崩塌集中于Ⅸ度区), 对于低烈度区的评定比较困难。因此, 在建筑稀少地区调查震害, 还应参考地震动的特性, 结合地震动模拟、Shake Map、震害预测等的相关研究, 综合确定烈度特征。

致谢: 部分图片和资料取自四川九寨沟7.0级地震中国地震局现场指挥部, 衷心感谢四川省地震局周志华同志提供资料, 感谢全体现场工作队员的辛勤工作。