1.概述
我國地處世界上兩個地震集中發(fā)生地帶——環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，地震較多，大多是發(fā)生在大陸的淺源地震，震源深度在20km以內(nèi)。位于青藏高原南緣的川滇地區(qū)，主要發(fā)育有北西向的鮮水河-安寧河-小江斷裂、金沙江-紅河斷裂、怒江-瀾滄江斷裂和北東向的龍門山-錦屏山-玉龍雪山斷裂等大型斷裂帶[1].該區(qū)新構(gòu)造活動劇烈，絕大多數(shù)屬構(gòu)造地震，地震活動頻度高、強度大，是中國大陸最顯著的強震活動區(qū)域[2].
而西南地區(qū)蘊藏了我國68％的水力資源，水利工程較多，且主要集中在川滇地區(qū)。據(jù)2005年數(shù)據(jù)，四川省有大中小型水庫約6000余座[3].2008年5月12日的四川省汶川大地震，初步統(tǒng)計，已導(dǎo)致803座水庫出險，受損的大型水庫有紫坪鋪電站和魯班水庫，中型水庫36座，小一型水庫154座，小二型水庫611座[3].此外，地震還致使湖北和重慶地區(qū)各79座水庫出現(xiàn)險情[4，5].為保證水利工程的安全運行，地震之后及時對水利工程進(jìn)行檢測，并對受損工程進(jìn)行監(jiān)測和修復(fù)是必要的。有關(guān)震災(zāi)受損水利工程修復(fù)方面的文獻(xiàn)不多，散見于各種期刊或研究報告，為便于應(yīng)用參考，本文搜集、篩選了一些震災(zāi)受損水利工程的案例，并對一些實用技術(shù)進(jìn)行了介紹。
2.地震對水利工程的危害
由于地震烈度、地震形態(tài)以及水庫本身工程質(zhì)量的不同，地震對于水利工程的危害也有所區(qū)別。高建國[6]對我國因地震受損水利工程進(jìn)行分類整理，認(rèn)為水庫壩體險情主要可分為3級：1級，一般性破壞，不產(chǎn)生滲漏；2級，嚴(yán)重性破壞，壩體開裂滲漏；3級，垮壩（崩塌），水庫水全部流走。
我國因地震引起的水庫垮壩并不多見，總結(jié)國內(nèi)外地震對水利工程的危害，主要有以下幾種形式：
2.1壩體裂縫
地震作為外力荷載將會導(dǎo)致大壩尤其是土石壩整體性降低，防滲結(jié)構(gòu)破壞，引起大量裂縫。地震會產(chǎn)生水平和垂直兩個方向的運動，并使周期性荷載增大，壩體和壩基中可能會形成過高的孔隙水壓力，從而導(dǎo)致抗剪強度與變形模量的降低，引起永久性（塑性）變形的累積，進(jìn)而導(dǎo)致壩體沉降與壩頂裂開。
2003年10月甘肅民樂—山丹6.1級地震引起雙樹寺水庫大壩、翟寨子水庫大壩，壩頂均出現(xiàn)一條縱向裂縫，長約401~560m，寬度2cm左右，并有多處不同長度斷續(xù)裂縫，
防浪墻局部錯動約0.5cm.大壩右側(cè)出現(xiàn)山體滑坡，形成長條帶及凹陷，滑坡長37m左右，凹陷坑深2.5~3m、寬7m左右，凹陷處上部山體有多條斜向裂縫，縫寬20cm左右。李橋水庫壩頂有縱向裂縫，多處縫寬在2~5mm，其中一條長約100m左右，出現(xiàn)橫向貫通裂縫，防浪墻出現(xiàn)多處豎向裂縫。這些裂縫在壩體漏水、自然降水和溫度作用下，又將產(chǎn)生新的凍融、凍脹破壞，影響大壩的整體性和穩(wěn)定[7].
托洪臺水庫位于新疆布爾津縣境內(nèi)，1995年被列為險庫，1996年新疆阿勒泰地震（6.1級），使攔水壩出現(xiàn)10處橫向裂縫，3處縱向裂縫，最寬處達(dá)16cm，長17m，防浪墻垂直裂縫27處。經(jīng)評估，水庫震后只能在低水位運行，致使發(fā)電系統(tǒng)癱瘓，同時對于下游構(gòu)成潛在威脅[6].
岷江上的紫坪鋪水利工程位于都江堰市與汶川縣交界處，2006年投產(chǎn)，是中國實施西部大開發(fā)首批開工建設(shè)的十大標(biāo)志性工程之一。2008年5月12日的汶川地震造成紫坪鋪大壩面板發(fā)生裂縫，廠房等其他建筑物墻體發(fā)生垮塌，局部沉陷，整個電站機組全部停機。[3].此外，地震對泄水輸水建筑物也將造成巨大危害。2003年8月16日赤峰發(fā)生里氏5.9級地震，使沙那水庫混凝土泄洪灌溉洞產(chǎn)生縱向裂縫，長15m，裂縫15mm；環(huán)向裂縫22m，裂縫寬度1.8mm；洞出口消力池兩側(cè)邊墻產(chǎn)生豎向裂縫，總長15m，裂縫寬度25mm.大冷山水庫溢洪道兩側(cè)導(dǎo)流墻產(chǎn)生裂縫，以縱向裂縫為主，縫寬12mm[8].
2.2壩體失穩(wěn)
地震可能引起壩基液化，從而導(dǎo)致大壩失穩(wěn)。地震時，受到周期性或波動性荷載作用，土石壩內(nèi)土體將產(chǎn)生遞增的孔隙水壓力和遞增的變形。粘性土體構(gòu)成的土石壩在地震中相對安全。但相對密度低于75%的粉砂土和砂土，在幾個循環(huán)之后孔隙水壓力就會顯著上升，當(dāng)達(dá)到危險應(yīng)力水平時，土體在周期性荷載作用下顯示出極大的變形位移，壩內(nèi)土體就會呈現(xiàn)出液化的流態(tài)，導(dǎo)致壩體失穩(wěn)[9].
喀什一級大壩1982年施工時，其壩體及防滲墻都未進(jìn)行碾壓，致使密實度降低，1985年地震時，由于液化和沉陷，導(dǎo)致該壩整體失穩(wěn)破壞。
美國加州的Sheffield壩，1917年建成，壩高7.63m，壩頂寬6.1m，長219.6m，水庫庫容17萬立方米.1925年6月距壩11.2km處發(fā)生里氏6.3級地震，長約128m的壩中段突然整體滑向下游。事后，經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，壩體潰決的主要原因是地震使飽和土內(nèi)的孔隙水壓力增大，造成壩下部和壩基內(nèi)的細(xì)顆料無凝聚性土發(fā)生液化。
地震還會造成土石壩體脫落或堆石體沉陷，從而引起壩體失穩(wěn)。在庫水位較高的情況下，堆石體沉陷會造成壩體受力不均，更嚴(yán)重的會引起庫水漫頂，引發(fā)壩體垮塌。1961年4月
13日在距西克爾水庫庫區(qū)約30km處發(fā)生里氏6.5級地震，該水庫位于VIII度區(qū)[10]，壩體出現(xiàn)了嚴(yán)重的堆石體沉陷現(xiàn)象，一段220m長的壩體沉陷值達(dá)到2~2.5m，崩塌范圍在從壩軸線上游3~10m到下游的35~50m[11].
前面述及的沙那水庫土壩和朝陽水庫因地震致使土壩排水體砌石脫落，經(jīng)抗震復(fù)核下游壩坡不穩(wěn)定[8].
2.3岸坡坍塌
若水庫兩岸有高邊坡和危巖、松散的風(fēng)化物質(zhì)存在，地震發(fā)生后，造成的巖體松動，可誘發(fā)產(chǎn)生崩塌、滑坡和泥石流，甚至形成堰塞湖等現(xiàn)象。
烏江渡水庫處于地震多發(fā)區(qū)，1982年6月地震中，化覺鄉(xiāng)東部厚層灰?guī)r和白云巖地層中發(fā)生大面積崩塌。同年8月，化覺、柏坪一帶又發(fā)生較大規(guī)模的地層滑動，影響面積約18k平方米[12].
5.12汶川大地震造成四川多處山體滑坡，堵塞河道，形成34處堰塞湖。其中唐家山堰塞湖蓄水過1億立方米，另外水量在300萬立方米以上的大型堰塞湖有8處[13]，對下游地區(qū)造成嚴(yán)重威脅。
另外，地震還可能對水利工程一些其它部分造成損壞。如1995年1月日本阪神淡路7.2級地震[14，15]中，使堤防基礎(chǔ)液化發(fā)生側(cè)向流動，造成堤防破壞以及護(hù)岸受損。我國歷次地震中，出現(xiàn)較嚴(yán)重險情的多為土石壩，且多為年代較久遠(yuǎn)的土石壩，如果發(fā)生強地震就更容易造成損壞[16].
我國地處世界上兩個地震集中發(fā)生地帶——環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，地震較多，大多是發(fā)生在大陸的淺源地震，震源深度在20km以內(nèi)。位于青藏高原南緣的川滇地區(qū)，主要發(fā)育有北西向的鮮水河-安寧河-小江斷裂、金沙江-紅河斷裂、怒江-瀾滄江斷裂和北東向的龍門山-錦屏山-玉龍雪山斷裂等大型斷裂帶[1].該區(qū)新構(gòu)造活動劇烈，絕大多數(shù)屬構(gòu)造地震，地震活動頻度高、強度大，是中國大陸最顯著的強震活動區(qū)域[2].
而西南地區(qū)蘊藏了我國68％的水力資源，水利工程較多，且主要集中在川滇地區(qū)。據(jù)2005年數(shù)據(jù)，四川省有大中小型水庫約6000余座[3].2008年5月12日的四川省汶川大地震，初步統(tǒng)計，已導(dǎo)致803座水庫出險，受損的大型水庫有紫坪鋪電站和魯班水庫，中型水庫36座，小一型水庫154座，小二型水庫611座[3].此外，地震還致使湖北和重慶地區(qū)各79座水庫出現(xiàn)險情[4，5].為保證水利工程的安全運行，地震之后及時對水利工程進(jìn)行檢測，并對受損工程進(jìn)行監(jiān)測和修復(fù)是必要的。有關(guān)震災(zāi)受損水利工程修復(fù)方面的文獻(xiàn)不多，散見于各種期刊或研究報告，為便于應(yīng)用參考，本文搜集、篩選了一些震災(zāi)受損水利工程的案例，并對一些實用技術(shù)進(jìn)行了介紹。
2.地震對水利工程的危害
由于地震烈度、地震形態(tài)以及水庫本身工程質(zhì)量的不同，地震對于水利工程的危害也有所區(qū)別。高建國[6]對我國因地震受損水利工程進(jìn)行分類整理，認(rèn)為水庫壩體險情主要可分為3級：1級，一般性破壞，不產(chǎn)生滲漏；2級，嚴(yán)重性破壞，壩體開裂滲漏；3級，垮壩（崩塌），水庫水全部流走。
我國因地震引起的水庫垮壩并不多見，總結(jié)國內(nèi)外地震對水利工程的危害，主要有以下幾種形式：
2.1壩體裂縫
地震作為外力荷載將會導(dǎo)致大壩尤其是土石壩整體性降低，防滲結(jié)構(gòu)破壞，引起大量裂縫。地震會產(chǎn)生水平和垂直兩個方向的運動，并使周期性荷載增大，壩體和壩基中可能會形成過高的孔隙水壓力，從而導(dǎo)致抗剪強度與變形模量的降低，引起永久性（塑性）變形的累積，進(jìn)而導(dǎo)致壩體沉降與壩頂裂開。
2003年10月甘肅民樂—山丹6.1級地震引起雙樹寺水庫大壩、翟寨子水庫大壩，壩頂均出現(xiàn)一條縱向裂縫，長約401~560m，寬度2cm左右，并有多處不同長度斷續(xù)裂縫，
防浪墻局部錯動約0.5cm.大壩右側(cè)出現(xiàn)山體滑坡，形成長條帶及凹陷，滑坡長37m左右，凹陷坑深2.5~3m、寬7m左右，凹陷處上部山體有多條斜向裂縫，縫寬20cm左右。李橋水庫壩頂有縱向裂縫，多處縫寬在2~5mm，其中一條長約100m左右，出現(xiàn)橫向貫通裂縫，防浪墻出現(xiàn)多處豎向裂縫。這些裂縫在壩體漏水、自然降水和溫度作用下，又將產(chǎn)生新的凍融、凍脹破壞，影響大壩的整體性和穩(wěn)定[7].
托洪臺水庫位于新疆布爾津縣境內(nèi)，1995年被列為險庫，1996年新疆阿勒泰地震（6.1級），使攔水壩出現(xiàn)10處橫向裂縫，3處縱向裂縫，最寬處達(dá)16cm，長17m，防浪墻垂直裂縫27處。經(jīng)評估，水庫震后只能在低水位運行，致使發(fā)電系統(tǒng)癱瘓，同時對于下游構(gòu)成潛在威脅[6].
岷江上的紫坪鋪水利工程位于都江堰市與汶川縣交界處，2006年投產(chǎn)，是中國實施西部大開發(fā)首批開工建設(shè)的十大標(biāo)志性工程之一。2008年5月12日的汶川地震造成紫坪鋪大壩面板發(fā)生裂縫，廠房等其他建筑物墻體發(fā)生垮塌，局部沉陷，整個電站機組全部停機。[3].此外，地震對泄水輸水建筑物也將造成巨大危害。2003年8月16日赤峰發(fā)生里氏5.9級地震，使沙那水庫混凝土泄洪灌溉洞產(chǎn)生縱向裂縫，長15m，裂縫15mm；環(huán)向裂縫22m，裂縫寬度1.8mm；洞出口消力池兩側(cè)邊墻產(chǎn)生豎向裂縫，總長15m，裂縫寬度25mm.大冷山水庫溢洪道兩側(cè)導(dǎo)流墻產(chǎn)生裂縫，以縱向裂縫為主，縫寬12mm[8].
2.2壩體失穩(wěn)
地震可能引起壩基液化，從而導(dǎo)致大壩失穩(wěn)。地震時，受到周期性或波動性荷載作用，土石壩內(nèi)土體將產(chǎn)生遞增的孔隙水壓力和遞增的變形。粘性土體構(gòu)成的土石壩在地震中相對安全。但相對密度低于75%的粉砂土和砂土，在幾個循環(huán)之后孔隙水壓力就會顯著上升，當(dāng)達(dá)到危險應(yīng)力水平時，土體在周期性荷載作用下顯示出極大的變形位移，壩內(nèi)土體就會呈現(xiàn)出液化的流態(tài)，導(dǎo)致壩體失穩(wěn)[9].
喀什一級大壩1982年施工時，其壩體及防滲墻都未進(jìn)行碾壓，致使密實度降低，1985年地震時，由于液化和沉陷，導(dǎo)致該壩整體失穩(wěn)破壞。
美國加州的Sheffield壩，1917年建成，壩高7.63m，壩頂寬6.1m，長219.6m，水庫庫容17萬立方米.1925年6月距壩11.2km處發(fā)生里氏6.3級地震，長約128m的壩中段突然整體滑向下游。事后，經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，壩體潰決的主要原因是地震使飽和土內(nèi)的孔隙水壓力增大，造成壩下部和壩基內(nèi)的細(xì)顆料無凝聚性土發(fā)生液化。
地震還會造成土石壩體脫落或堆石體沉陷，從而引起壩體失穩(wěn)。在庫水位較高的情況下，堆石體沉陷會造成壩體受力不均，更嚴(yán)重的會引起庫水漫頂，引發(fā)壩體垮塌。1961年4月
13日在距西克爾水庫庫區(qū)約30km處發(fā)生里氏6.5級地震，該水庫位于VIII度區(qū)[10]，壩體出現(xiàn)了嚴(yán)重的堆石體沉陷現(xiàn)象，一段220m長的壩體沉陷值達(dá)到2~2.5m，崩塌范圍在從壩軸線上游3~10m到下游的35~50m[11].
前面述及的沙那水庫土壩和朝陽水庫因地震致使土壩排水體砌石脫落，經(jīng)抗震復(fù)核下游壩坡不穩(wěn)定[8].
2.3岸坡坍塌
若水庫兩岸有高邊坡和危巖、松散的風(fēng)化物質(zhì)存在，地震發(fā)生后，造成的巖體松動，可誘發(fā)產(chǎn)生崩塌、滑坡和泥石流，甚至形成堰塞湖等現(xiàn)象。
烏江渡水庫處于地震多發(fā)區(qū)，1982年6月地震中，化覺鄉(xiāng)東部厚層灰?guī)r和白云巖地層中發(fā)生大面積崩塌。同年8月，化覺、柏坪一帶又發(fā)生較大規(guī)模的地層滑動，影響面積約18k平方米[12].
5.12汶川大地震造成四川多處山體滑坡，堵塞河道，形成34處堰塞湖。其中唐家山堰塞湖蓄水過1億立方米，另外水量在300萬立方米以上的大型堰塞湖有8處[13]，對下游地區(qū)造成嚴(yán)重威脅。
另外，地震還可能對水利工程一些其它部分造成損壞。如1995年1月日本阪神淡路7.2級地震[14，15]中，使堤防基礎(chǔ)液化發(fā)生側(cè)向流動，造成堤防破壞以及護(hù)岸受損。我國歷次地震中，出現(xiàn)較嚴(yán)重險情的多為土石壩，且多為年代較久遠(yuǎn)的土石壩，如果發(fā)生強地震就更容易造成損壞[16].