震区房屋分布按建筑结构类型大致可分为5类:石混、土木、砖木、砖混和框架结构(非明伦等,2002)。

(1)石混结构:由石块砌筑而成,砂浆标号低,粘性差,无构造柱,无圈梁,混凝土屋盖,1～2层,抗震性能极差。震区农村大量分布。

(2)土木结构:穿斗木架承重,木柱置于石墩上,墙体由夯土或土坯砌成,坡瓦顶,多为三开间,上下两层或单层。包括用墙体承重,土搁梁的瓦顶房,抗震性能差。

(3)砖木结构:砖柱、砖墙承重,“人”字木屋架置于砖柱上,瓦顶或石棉瓦顶。或穿斗架承重,围护墙体由砖砌成,瓦顶房,少数采用木板隔墙。震区少量分布。

(4)砖混结构:主要由砖墙承重,预制板或钢筋混凝土浇注楼板及屋顶。多数设有构造柱及圈梁,抗震性能好,破坏轻。震区分布较少。

(5)框架结构:包括钢筋混凝土剪力墙结构、框架剪力墙结构、框架结构,内框架结构、钢筋混凝土厂房。常见的为钢筋混凝土框架结构,以框架梁柱承重,砖填充墙体,预制板或现浇楼板和屋顶,抗震性能好。主要分布在县城,有轻微损坏。

本次地震造成房屋建筑和工程结构不同程度的破坏,Ⅷ度区内大量山体滑坡、崩塌和滚石,干硬地表出现裂缝。

Ⅷ度区:石混结构房屋部分倒塌,多数墙体局部倒塌或基础变形、酥裂; 土木结构房屋部分倒毁,部分墙体倒塌、整体倾斜,多数墙体开裂变形,梭、掉瓦普遍; 砖木结构房屋整体倾斜或少数倒塌,部分墙体局部倒塌或严重开裂、梭、掉瓦开天窗较普遍; 砖混结构房屋少数构造柱断裂、墙体开裂、位错,部分房屋地基开裂或轻微下沉、个别倒塌; 框架结构少数填充墙局部倒塌,部分开裂、抹灰层脱落。

Ⅶ度区:石混结构房屋少数倒塌或局部倒塌,部分墙体、基础开裂; 土木及砖木结构多数墙体开裂,梭、掉瓦,部分墙体局部倒塌,个别房屋倾斜; 砖混结构房屋个别地基不均匀沉降,少数墙体开裂明显,墙体贯通裂缝; 框架结构少数房屋填充墙开裂、抹灰层脱落。

Ⅵ度区:石混结构房屋个别倒塌,少数墙体开裂; 部分房屋墙体开裂,梭、掉瓦,少数房屋局部倒塌,个别年久失修的土木和砖木结构倒塌; 砖混结构个别房屋墙体开裂; 框架结构部分填充墙开裂,极个别房屋承重梁可见细微裂纹。

(1)Ⅵ度异常区:大关县天星镇田坝村—寿山村—小河村一带为Ⅵ度异常区。异常区内的田坝、大园子、大关楼、寿山、小河等居民点均处于山梁、边坡或陡坎边上,结构类型主要有土木、石混结构房屋。个别房屋墙体有局部倒塌现象,少数房屋墙体出现明显裂缝。

(2)Ⅶ度异常区:在Ⅵ度区内南西一侧,北起大平子,南至白坡,西自长利,东到塘房,呈NNE向带状分布。调查发现,该异常区多位于小山包上,部分区域位于新近纪含煤地层上(地层含膨闰土),软弱岩土效应和地形效应(可使地震波放大)是导致该区震害明显加重的主要原因。

Ⅵ度异常区内共调查8个点(含一个地质灾害调查点)、1 955户; Ⅶ度异常区共调查10个点,2 295户。各调查点的详细震害情况见表1、表2。

表1 Ⅵ度异常区房屋震害
Tab.1 Building seismic damages in Ⅵ intensity abnormal area

表2 Ⅶ度异常区房屋震害
Tab.2 Building damages in Ⅶ intensity abnormal area

(1)基本情况

按地震现场房屋建筑类别划分,此次异常区房屋结构类型可分为土木、石混、砖木、砖混结构。

土木结构大量分布,在Ⅶ度异常区占房屋总量的75%以上; 砖混结构少数分布,在Ⅶ度异常区占房屋总量的20%以上; 砖木结构少量分布,占房屋总量的1.3%多; 石混结构在Ⅵ度异常区分布较多,在Ⅶ度异常区个别分布,占房屋总量的0.13%以上; 其它结构如石木结构、土坯房屋(夯土墙草顶房)在Ⅵ度异常区少量分布。

(2)震害特点

Ⅵ度异常区房屋结构主要有土木、石混结构。个别房屋墙体有局部倒塌现象,少数房屋墙体出现明显裂缝。土木结构屋顶出现少量梭、掉瓦现象,震害比周边居民点严重。对照中国地震烈度表A类房屋评定烈度的判定条件,大关县田坝、大园子、大关楼、寿山、小河5 个居民点的震害指数为0.0～0.1,经计算得到震害指数值分别为0.11、0.10、0.08、0.08、0.06,5个点震害指数均符合Ⅵ度烈度条件(卢永坤等,2007; 陈坤华等,2012; 施伟华等,2011)。

Ⅶ度异常区房屋结构主要有土木、砖混结构,其震害统计见表3。

表3 Ⅶ度异常区房屋震害统计
Tab.3 Statistics of building seismic damages in VII intensity abnormal area

断层地质构造的存在使地质体连续性和完整性受到破坏。发震断层一方面会因地震地表破裂造成横跨断层结构的损坏,另一方面会因两侧地震动强度不同造成断层两侧一定范围内震害的显著差异(吴章明,袁岩光,1990)。一般认为,高烈度区的震害特征与发震断裂的展布及动力学特征密切相关。刘必灯(2011)认为中强震附近的构造对地表震害有不同影响,如除断裂错动造成的直接破坏外,破裂带场地条件差使震害加重; 断裂上下盘地震波传播叠加或隔震使震害加重或减轻等。

震区地处扬子准地台(Ⅰ级)滇东台褶带(Ⅱ级)的滇东北台褶束(Ⅲ级),属于川滇菱形块体东侧的华南块体(代博洋等,2011)。震区构造复杂,主体构造为北东向断裂、褶皱,次要构造为北西向、南北向断裂。主要断裂构造为北东向昭鲁断裂及会泽断裂(吕勇等,2009)。

昭鲁断裂带由2～3条次级断裂组成,北西起自彝良牛街西,向南西经昭通、鲁甸,止于牛栏江西南,全长约160 km,总体走向30°,倾向南东,倾角60°～80°。该断裂在航、卫片上线性影像清晰,沿断裂发育有昭通、鲁甸等新生代盆地,断裂断错的最新地层为中更新统,反映该断裂是一条第四纪活动断裂。会泽断裂南西起于小江断裂,向北东经会泽、石门坎、下寨,进入贵州后,经白碗、小营盘、拖姑梅止于花溪,全长约170 km,总体走向40°,倾向北西,倾角大于70°。该断裂在航、卫片上线性影像清晰,断裂沿线断层槽谷、断错山脊、断错水系等发育,显示右旋走滑运动特征。断裂断错的最新地层为中更新统,表明该断裂是一条第四纪活动断裂。历史上这两条断裂均发生过多次5级以上中强地震,本次双震就发生在两条断裂之间。

由彝良5.7、5.6级地震烈度分布图(图1)所示:Ⅶ度异常区处于昭鲁主断裂带边上,Ⅵ度异常区处于昭鲁次级断裂带边上。有研究表明,与主发震断裂关系密切的活动断裂往往使烈度增高,断层破碎带上震害往往也加重等。

鲁甸至昭通一带有大型褐煤矿床分布,煤层埋深仅数米,含煤层厚约80 m。昭通盆地主要由新近系粘土及褐煤组成(含膨润土),新生代沉积物最厚达490 m,而Ⅶ度异常区南边的长利、白坡、红路、沟边、北闸等5个调查点均位于昭鲁盆地内。在Ⅶ度异常区中,白坡、北闸、沟边、红路、塘房5个点地下有新生代含煤地层,由于含煤地层软弱,易风化、破碎而导致震害加重。

大平子、新桥四组和青岗岭3个调查点处于松散沉积物较厚的山间盆地内,岩性主要由新近系粘土、砂质粘土组成。

巨厚煤层的地震波放大效应加重震害的现象在本次地震中异常突出,据陈光明(1981)的研究结果,煤层的厚度变化与煤层顶、底板反射波振幅有一定的相依关系,即与煤层有关的反射波,当煤层变厚时振幅增强,煤层变薄时振幅减弱。

Ⅵ度异常区田坝、大园子、大关楼、寿山、小河5个居民点均处于高约2 000 m的山梁、边坡或陡坎边上,这里沟壑纵横、山高坡陡,山体岩石破碎,沟谷与山梁海拔高差达1 000 m。历史地震震害考察经验的结果表明,对山高坡陡且处于山梁、边坡和陡坎边上的建(构)筑物震害有明显加剧现象,地震动观测研究结果也表明孤突山梁地形的地震动峰值有放大效应。

彝良县区域地质属扬子地台沉积盖层发育的中心地带,岩性以侏罗、白垩系“红层”砂页岩为主,其次为玄武岩、碳酸盐岩夹页岩、煤,构造以褶皱为主,断裂次之,构造线走向中部以北东向为主,南、北以北北西向为主。

异常区大多数居民点均座落在基岩薄覆盖层上,由于岩性的强度和抗风化的程度不同,建筑物的震害表现并不相同。

表4 Ⅵ异常区抽样点地形地貌及地层岩性描述
Tab.4 Discription of the topography and geomorphology and formation lithology of sampling points in VI intensity abnormal area

表5 Ⅶ异常区抽样点地形地貌及地层岩性描述
Tab.5 Discription of the topography and geomorphology and formation lithology of sampling points in Ⅶ intensity abnormal area

从表4、表5可以看出,这些烈度异常区主要分布在断裂控制的断陷盆地、河谷阶地、边坡及山梁一侧等断裂破碎带附近。这些区域烈度异常与断层控制的局部特殊地质构造有关,因而断层和地基土层对震害的影响很难分开,局部场地的覆盖土层、地表地形或基岩面都成为震害异常的重要因素(张彦琪等,2008)。

(1)震区一般房屋建筑没有采取抗震措施,房屋的结构形式、材料、砌筑方法等一般都不利于抗震。

(2)异常区土木结构和石混结构房屋大量存在。

土木结构房屋破坏程度和它的结构有直接的关系,该类房屋结构简易,属墙抬梁,地震时容易倒塌; 就地取材的粘土的粘性较差,导致土墙容易开裂而降低了房屋承载; 这也是次异常区土木结构房屋墙体多数遭到破坏的重要原因之一。

石混结构房屋由于组成特点和砌筑特点,承重墙体采用乱石与泥浆彻筑,泥浆标号极低,砌体基本没有形成整体强度,加之多数屋顶采用混凝土屋盖,加大了房屋自身的重量,整体性较差。震区由于经济和技术水平有限,在建造房屋中,只凭经验,未经设计计算,况且施工方法不理想,施工质量差,大多数石混结构房屋整体性和抗震能力极差,在地震灾害中破坏严重(林建华等,1998; 郭子雄等,2009)。