按中国地震局《地震现场工作大纲和技术指南》(1998),结合震区的实际情况,我们将震区房屋分为4种类型:土木结构房屋、砖木结构房屋、砖混结构房屋和框架结构房屋。

土木结构房屋可分为两类。抗震较好的:两层,穿斗木屋架承重,土坯(或夯冲土)围护墙,墙厚60～80 cm,两面坡粘土瓦(或石棉瓦)屋顶; 抗震较差的:单层,土坯(或夯冲土)围护墙,墙厚60～80 cm,土搁梁屋顶,没有木屋架,由土墙承重。

砖木结构房屋:砖柱承重、土围护墙、人字形木屋架; 或者砖墙承重,人字形木屋架的房屋,少量带有由砖柱承重的前走廊。多数为一层,少数为二层,数量少于土木结构房屋,主要用作乡村学校、商店、仓库或宿舍用房。现在该类房屋的数量正逐年减少。

砖混结构房屋:砖墙承重,少数无圈梁和构造柱,二至五层,多数为城镇居民和企事业职工宿舍。在城镇,有少量房屋的底层为框架结构,其上为砖混结构。

框架结构房屋:钢筋混凝土框架承重,砖填充墙,二至五层。数量少于多层砌体结构房屋,多数建于1990年以后,主要用作办公楼、商店、教学楼和车间。

震区的生命线系统主要包括电力、交通、通讯、水利等设施。

供电系统主要有35kV、10kV、380/220V输电线路、电杆、塔架、电力变压器、电瓷型高压电气设备(主要包括断路器、隔离开关、避雷器、电流互感器、电压互感器、支柱绝缘子及变压器瓷套管等设备)。

震区的多数供水管道为钢管,少数为水泥管,部分管道较陈旧。管道接口分为刚性和柔性两种类型。其中刚性接口有焊接、丝扣连接和用青铅、自应力水泥、石棉水泥等作为填料的连接形式。柔性接口采用橡胶圈的承插式接口和法兰连接形式。地上构造物有水塔、水箱、架空管道、泵房等。

震区的交通设施主要是公路,其所包含的构造物有桥梁、路面、路基、路堑、涵洞。

通信构筑物包括电信局、中心电话站、电台、电视台的各种设施和天线塔架,架空明线、地下光缆。

水利设施主要有水库、坝塘、引水沟渠、涵洞、水窖、水池等。灾区的水库多数建于1960年前后,少数建于70年代,无抗震设防,均为均质(或心墙)土坝。 多数人畜引水渠为依山傍势挖掘后,三面用素混凝土砌筑的明渠(俗称三面光)。大蓄水池为钢筋混凝土砌筑,小的为素混凝土砌筑。

Ⅷ度区:个别房屋倒毁; 部分墙体有严重裂缝或大部倒塌; 大多数墙体有明显裂缝或局部倒塌; 梭瓦、掉瓦现象普遍; 多数房屋烟囱倒塌。

Ⅶ度区:个别房屋墙倒架歪; 部分墙体局部倒塌; 多数墙体有明显裂缝; 多数房屋梭瓦、掉瓦; 部分房屋烟囱倒塌。

Ⅵ度区:除个别年久失修房屋倒塌外,主要以轻微破坏和基本完好为主,震害现象主要为墙体轻微开裂,少量梭瓦,少数房屋烟囱倒塌。

土木结构房屋破坏程度和它的结构有直接的关系。该类房屋的土墙没有和柱、梁连接,而且比较高、重,容易倒塌; 就地取材的粘土的粘性差,导致土墙容易开裂; 贫困山区,经济条件差,房屋年久失修是导致个别房屋倒塌的重要原因。

土木结构房屋总的破坏特征是以墙体破坏为主。山墙的倒塌率高于纵墙,其原因是山墙比纵墙高,重心上升,易倒塌; 墙体的竖向裂缝多于横向裂缝,土木房屋墙体的开裂或倒塌是由于其强度低、自重大,地震时承受的地震作用较大,加之与构架无拉接,好似一个三边无约束的悬臂结构,因而易震酥、震裂或倒塌。

土木房屋墙体的破坏重于构架。木构架侧向刚度小,允许有较大的侧向位移,而墙体刚度较大,允许的侧向位移较小。在地震中,构架与墙体的运动不一致,因而墙体易损坏或倒塌; 特别在纵向,构架的位移比墙体大得多,导致山墙破坏偏重; 构架由于其纵向联系不足(一般只是檩条连接),空间刚度差,易倾斜或倾倒。

照片1 姚安白鹤村土木房屋毁坏
Fig.1 Civil house damaged in Baihe village of Yao'an

Ⅷ度区:个别房屋毁坏; 部分墙体或砖柱倒塌; 大多数墙体有X形裂缝或局部倒塌; 普遍梭瓦、掉瓦。

Ⅶ度区:个别年久失修房屋倒塌; 少数墙体局部倒塌或出现X形裂缝; 多数墙体有明显裂缝; 多数房屋梭瓦,掉瓦。

Ⅵ度区:个别老朽房屋毁坏; 少数墙体有轻微裂缝; 少数房屋梭瓦、掉瓦。

砖柱或砖墙是砖木房屋承受地震作用的主要构件,砌块本身是脆性材料,其强度主要由砌筑的砂浆标号决定,如果砂浆标号偏低,在地震时砌体就容易剪裂。

从工艺的角度来看,砖柱或砖墙在楼层处是抗震的薄弱部位,除楼层木梁直接嵌入砖柱或砖墙,断面削弱过大引起应力集中外,在地震作用下,木梁对砖柱或墙的冲击使得砖柱或砖墙错位或断裂。

照片2 沙桥镇米娅井村排沙组砖木结构民房开裂
Fig.2 Brick-wood structure house cracking in Miya village of Shaqiao town

Ⅷ度区:部分墙体有严重裂缝(有X形裂缝和位于墙上部的水平裂缝); 多数墙体有明显裂缝(楼梯间墙体的裂缝多数位于层高处,室内的裂缝多数出现在纵墙上); 个别构造柱上端出现横向裂缝。

Ⅶ度区:个别墙体有严重裂缝; 少数墙体有明显裂缝; 多数墙体有轻微裂缝; 个别门、窗过梁有有轻微裂缝。

Ⅵ度区:少数墙体出现轻微裂缝、抹灰层脱落; 个别门、窗过梁细微裂缝。

多层砖混结构房屋是由纵、横墙和楼(屋)盖组成的空间整体“盒子”结构。这种“盒子”结构本来是抗震性能较好的型式。但由于砖砌体延性差,抗剪、抗拉强度低,对承受水平地震力极为不利(非明伦等,2002,2004; 付正新等,2005)。

砖混结构房屋墙体剪切破坏普遍。多层房屋呈现顶、底层破坏重,中间层破坏轻的趋势,这是因为水平地震力沿房屋的高度成倒三角形分布,地震剪力底层最大,底层破坏多出现X形或单斜裂缝,顶层以水平裂缝为主。墙体是砖混房屋的承重构件,墙体裂缝和质量有直接的关系。砌块是脆性材料,由砂浆将其互相粘结,有些墙体砂浆标号不达标,导致墙体的主拉应力不足,地震时产生裂缝。

部分砖混结构房屋没有构造柱和圈梁,因而破坏严重。个别房屋破坏重,是由于选址不当、地基处理不好,或平、立面布置不规整,地震扭转力矩过大。

鞭梢效应加重震害。突出屋面的房间、小亭或楼梯间破坏严重,因为这些建筑与主体结构刚度差异较大,地震时变形不协调,形成应力集中而破坏。

有些房屋建于淤泥和松散的粉砂、粉土等不良地层,因而加重了房屋震害。如姚安县大河口乡大松树村统建点,是在遭遇2000年6.5级地震后,于2001年恢复重建的居民点。房屋为二层砖混结构,每层有圈梁构造柱,三角形木屋架瓦顶。该点共43户,分为三排,其中二排建于河谷一级阶地的坡脚,一排建于河滩上。在这次地震中,建于河滩上的13户的房屋的多数纵墙和横墙在1.5米高左右出现水平通长裂缝,震害明显重于建于山脚的30户房屋的震害。此类水平通长裂缝的出现,是由于地震作用引起的地基失效造成的。2000年姚安地震发生后,因场地条件影响,其震害指数明显高于周围地区(施伟华等,2003; 周光全等,2006)。九年以后这种情况故地重演,这是一个典型的由场地条件差异引起的震害差异。

照片3 官屯村小学砖混结构教学楼墙体开裂
Fig.3 Wall cracking of thebrick structure classroom in Guantun village shool

Ⅶ度区:个别梁柱产生明显裂缝(多数为梁中部的纵向裂缝、柱上端与梁结合部的横向裂缝); 个别墙体产生严重裂缝(多数为填充墙上部与梁结合部位的横向裂缝,个别为X形裂缝)。

Ⅵ度区:少数墙体出现轻微裂缝,部分抹灰层脱落。

框架房屋的最大问题在于填充墙和柱、梁无拉接。先浇灌框架,再砌填充墙,墙和梁、柱无连接,导致填充墙和梁、柱结合部位开裂。特别是墙上部与梁结合部位在地震力的推动下,最易开裂。

楼梯梁放置在楼梯间的墙上,梁与墙变形不协调,楼梯与楼板连接处由于刚度突变,构造上未设加密分布钢筋,混凝土强度不足造成破坏。

框架柱、梁的混凝土不达标,使得柱、梁的抗剪力弱,造成柱、梁的裂缝。

照片4 姚安县水保局框架结构墙体开裂
Fig.4 The Water Resourses Protection Bureau of Yao'an frame structure housing wall cracking

姚安县的仁和水厂、百花冲水厂以及县城的供排水管道震裂,接头渗漏,混合反应池墙体开裂。

大姚县供排水管网遭受损坏,地震后城区出现供水压力下降,多处输水管道、供水管网断裂、变形漏水。

南华县自来水厂两组2 000 m³反应沉淀池管道开裂漏水,县城供水管道震裂、脱节。

地下管线是地震易损性元件,它不仅在高烈度区发生严重的破坏,在低烈度区也有发生破坏的可能。通常场地破坏会加重地下管道的震害。地震动引起地表变形是供水管道破坏的主要原因,而刚性接口的水泥管和年代久远的钢管容易遭到破坏。地震引起地下管道破坏的原因可分为两类:一类是因场地破坏造成的,主要原因是在地震中引起的断层错动、地层上升或沉陷、砂土液化、土体震密、土层震裂等; 另一类是由于地震波传播使其产生相对位移造成的。

属于地上结构的构筑物,它的破坏通常是由地震产生的惯性力和其他荷载共同作用引起。

照片5 左脚舞广场西北侧自来水管爆裂涌水
Fig.5 The pipe burst and water gushing on the northwest of the Zuojiaowu square

供电线电杆倒塌、线路拉断,变电站阻波器引流及刀闸引流线故障,个别变压器基座震毁致使变压器悬挂空中,电表、变压器损坏,部分村镇停电。

姚安县的35 kV、10 kV、380/220 V线路多处受损,主要表现为电杆倒塌,线路拉断。配电变压器损坏,变电站设施受损,发电站设施受损。

大姚县的10 kV仓七线路和10 kV石西线路等输电线路受到一定损坏,部分发电站水工设施受损,部分供电线路电杆、变压器发生倾斜。

电力变压器的破坏是由于地震使其产生位移、扭转、跳出轨道或倾倒,以致拉坏顶部瓷套管,撩坏散热器和潜油泵等附件。震害的主要原因是电力变压器浮放在轨道或基础台上,末采取固定措施或虽采取了固定措施,但方式不当或强度不足,地震时将固定螺栓剪断,拉脱或将焊缝拉开,使固定装置失效导致震害发生。尤其是带滚轮安装的电力变压器,更易产生较大的位移和脱轨倾斜。地震时继电器保护误动作也会使变压器破坏。

电瓷型高压电气设备的震害的主要特点是绝缘瓷柱断裂,使设备倾斜或跌落,断裂大多发生往瓷柱的根部。震害的主要原因是:瓷柱为脆性材料,其储耗能力较小,加上设备的结构形状特殊,不仅又细又高,且上部重量较大,地震时瓷柱根部承受很大的弯矩,使瓷柱强度不足而发生断裂,尤其是在瓷柱与其他材料连接处,变形互不协调更易使脆性瓷柱裂损。

架空明线路自身抗震能力差,加之在复杂地段加固措施不当,在地震波、地基液化、不均匀沉降等作用下,电杆下沉、移位、歪倾、倾倒,造成线路混线、断线等,致使电力中断。

照片6 姚安县官屯乡民用电杆受损
Fig.6 Civilian power-line pole damaged in Guantun town

姚安县网络公司的网络器材(供电器、光发机、光收机等)损坏、光缆损坏,电杆倒塌、拉线损坏。中国移动公司的电杆倾斜,电缆断电。中国电信公司的电话会议系统损坏,造成少量的数字终端、电源等通讯设备和通讯线路受损。中国联通公司的部分网络杆路受损。姚安县广播电视局的中波天线塔拉线受损、中频接入模式“村村通”工程部分设备受损。

大姚县的中国电信公司部分通信线路倒杆断线。中国移动公司的中继板、时钟板、电源板等仪器损坏,部分通信线路倒杆断线。中国联通公司的交换板、电源板等仪器损坏,部分通信线路倒杆断线。广播电视局、有线电视网络公司的天线馈管和音视频处理器损坏、部分通信线路倒杆断线,可寻址集线器损坏和接受机损坏、干线放大器损坏、供电器和数据交换机损坏。

通信设备因底部固结不牢,上部连接方式不妥,或因设备所依靠的支架、楼板或墙体破坏而受到影响。主要震害现象为:设备移位、变形.甩出、翻倒,被墙体或楼板砸毁,以及设备在变形过程中产生机械电路故障等。

架空明线路自身抗震能力差,加之在复杂地段加固措施不当,在地震波、地基液化、不均匀沉降等作用下,使电杆下沉、移位、歪倾、倾倒,造成线路混线、断线等,致使通讯中断。

地下电缆、光缆在断层运动、地塌陷、砂土液化等作用下,造成损坏。

照片7 广播电视信息传输网络股份有限公司姚安支公司电源、光机、放大器损坏
Fig.7 The Yao'an branch Corp.of Radio and Television information Network Co. Ltd.'s transmission power light machines and amplifiers have been damaged

震区交通运输以公路运输为主,公路多为山区公路,有少量国、省道。震后部分公路桥梁、涵洞和挡土墙遭到不同程度的破坏,主要表现为桥、涵洞、挡土墙开裂、路面开裂或塌陷、路基下沉或坍塌、边坡崩塌等。

受损最重的是姚安县的8条县(乡)公路(官屯大村公路、大河口公路、姚小公路、光左公路、前适公路、牟姚公路、仁吴公路)路基坍塌、下陷,路面开裂,涵洞开裂、挡墙开裂、桥梁的桥面开裂。

大姚县的仓街至七街等9条县道受损,路面开裂,涵洞、挡墙开裂,路基塌陷。

路基的建筑材料对其抗震性能有很大的影响。一般来说,用碎石建造的路基抗震性能高,而用砂质土建造的路基容易遭到地震的破坏。用含水砂土或对震动敏感的粘结性土建造的路基,地震时可能发生液化,有时还会发生液化砂土从路堤中流出造成路基彻底破坏的现象(卢永坤等,2006; 解丽等,2007; 非明伦等,2008)。因此,如果排水性能差,当路基被饱和或是在长时间降雨后路基含有大量水时,其抗震性能就会大大降低。因此,建造路基时应尽量选择性能良好的材料并注意排水。桥头路基特别容易遭受震害。路面的破坏是由于地基或作为路面基础的路基发生变形造成的。路基的沉陷、断裂等往往是路面破坏的直接原因。

照片8 马游公路路面塌方
Fig.8 Surface collapse of Mayou road

水利系统主要的破坏现象有:水库坝塘坝体开裂渗水,输水道闸门变形,不能正常启闭; 输水道闸门竖井震裂,溢洪道开裂、局部跨塌,输水洞漏水。极震区各乡(镇)的管引、水窖、水池受到不同程度破坏,主要表现为开裂漏水或失效。

如姚安县官屯乡马游水库、光禄镇大康朗水库和太平镇下口坝水库,主要破坏情况有:大坝坝肩出现横向和纵向裂缝; 迎水坡和背水坡出现纵向裂缝; 排水沟渠出现交叉裂缝; 泄洪通道山体滑坡; 排水涵洞出现裂缝。

大姚县白鹤水库大坝防浪墙右坝顶出现多条裂缝、大坝右顶纵裂缝明显,长约20 m,宽1.5 cm; 操作闸门右边漏水。初步分析是闸门水封损坏导致。马家坝水库的底涵输水隧洞断裂; 小花园水库底涵闸门变形出现渗漏。

坝肩横裂缝的形成,一方面由于在坝肩的结合处,其密实程度和结合程度均较差; 另一方面,坝的两端基岩坡度较大,在平时就容易产生不均匀沉降,地震时,特别是在震中附近,由于地震垂直分量的作用,易在坝肩出现横裂缝。纵裂缝(大致和土坝轴线方向一致)属于地震作用下的张性裂缝,与坝的走向有关。引水沟和排水沟的开裂、塌方,主要和地形、岩石破碎程度有关,地震加速了这一过程的发展。

水库建造年代早,无抗震设防,年久失修,是其遭到破坏的另一主要原因。

照片9 马游水库坝顶出现裂缝
Fig.9 Dam cracking of Mayou reservoir