4·20地震造成人员伤亡的原因分析

　　中国地质科学院地质研究所客座研究员嵇少丞认为,其实地震波本身杀不了人,充其量能将空旷之地的人颠趴下。他去过龙门山南段地区,了解那里的地形地貌,芦山地震与2008年汶川地震一样,直接杀手是倒塌的房屋、山体滑坡塌方和暴雨中的泥石流。在雅安地震发生后的第一时间,嵇少丞根据对大量地震灾害调查资料,分析了芦山地震造成人员伤亡的主要原因,这对灾区如何找寻受困灾民及灾后重建有一定的指导意义。

　　嵇少丞

　　部分房屋

　　建在断裂带上

　　断层是地震时地面变形的集中之地。断层的位移,包括水平和垂直位移。这次雅安芦山地震发生在龙门山南段的山前断裂,也叫彭灌断裂,是四川盆地与龙门山的分界线,这次7级地震的地表破裂可能从芦山一直通到大邑,断层错距从几十厘米到两米,跨越断层的房屋,其基础承受不了这么大的位移,房屋因而遭到破坏。凡是坐落在断裂带上的建筑物会全部倒塌,无一幸免。地表破裂或形变带的宽度一般小于20-30米,在这个范围内,各类房屋无论其建筑结构、所用材料、施工质量,几乎会全部倒塌损毁。

　　2008年5·12大地震中,建在中央断裂带上的映秀镇小学、邮电局、发电厂、天然气厂、阿坝州警务直属大队等单位,都被夷成平地。龙门山镇和银厂沟度假村直接位于中央断裂带上,其中小龙潭的瀑布滴水面本身就是断层面。2008年5·12大地震中,北川县城为什么死伤那么多人,关键是龙门山中央断裂带从整个县城通过,加之该断裂带在这里地表位移量很大,因此地震在这里释放的能量也大。北川中学的校园距中央断裂带也就20—30米,所以,北川中学在5·12地震中遭受灭顶之灾。

　　中国《建筑抗震设计规范(GB50011-2001)》规定丙类建筑(一般工业和民用建筑)在抗震设防烈度为8度时,地震活动断裂两侧的最小避让距离为200米。设防烈度为9度时,地震活动断裂两侧的最小避让距离为300米。这些规范在土地资源相对丰富的平原地区执行较好,在四川龙门山地区实行起来似乎非常困难,因为可用于重建的土地资源极其有限。在龙门山地区,河流沿着断裂带向下切割形成山谷,由于断裂带岩石被历次地震破碎研磨,风化成土壤,于是仅有的、可耕作的土地(平坝)零零散散地分布在这些山沟里,所以这里也是城镇、村寨的落脚点和交通的要道。平坝正是活动断层通过的地方,中间是条河,河两边有些土地。房屋一边是陡峭的山崖,另一边是滚滚的河流。灾后重建过程中,不仅要考虑地震断层的重新活动,而且还要考虑山体滑坡、山洪、泥石流等其他地质灾害。在四川灾区震后重建中,活动断层两侧的“避让距离”至少应不少于100米。在避让距离之内,绝对不能再建学校、医院等公共建筑。

　　建筑物

　　抗震能力低

　　在国家2001年公布的《中国地震动峰值加速度区划图》中,龙门山地区有的地方地震烈度是6度(地震动峰值加速度为0.05g左右,g为地表的重力加速度),如彭州、绵竹、都江堰等；有的地方地震烈度是7度(地震动峰值加速度为0.10g左右),如汶川、北川、青川等。这些抗震设防的标准是在缺少长时间(3000年以上)地震记录资料情况下制定的,完全没有预料到2008年的汶川8.0级特大地震与眼下发生的芦山7级地震,过去抗震设防的烈度比实际地震烈度低1—3度。

　　按照过去老的抗震规范,6度区基本无须特别设防,农村乡镇老百姓自己砌的民房,没有进行过抗震设计。学校和医院理论上按7度设防,即使实际施工质量达到设计要求,一座按烈度7度抗震设防的建筑,也就是在6度时不损坏,7度时可以维修重新使用,8度时不瞬间垮塌。这就是我们常说的“小震不坏、中震可修、大震不倒”。这次芦山地震中,破裂带经过的地方及其附近地区,地震烈度高达8-10度。如此看来,这次芦山地震造成一定的人员伤亡几乎是肯定的,因为灾区绝大多数老房子都未能达到抵抗7度以上地震烈度的要求。

　　经对汶川5·12地震灾区考察发现:(1)无筋砖柱抗震能力很差,带粗螺旋箍筋的钢筋混凝土柱,地震时表现较好。(2)钢筋混凝土框架结构房屋的倒塌几乎都和柱子的破坏有关。柱子的破坏主要包括:柱子顶端和底部水平破裂、柱子主筋压弯、外部保护层剥落、柱体剪切破坏等等。柱梁之间的节点尤其容易遭破坏。遭到破坏的钢筋混凝土柱子往往是:柱子里钢筋太少太细、箍筋间距过大、搭接长度不足、横向接头钢筋过少等等。(3)无筋承重墙主要被剪切断裂破坏。(4)对于砖混结构和钢筋混凝土框架结构的房屋来说,房屋越高,地震时破坏率越高。(5)采用基底隔震技术的楼房的抗震能力大大提高。(6)在乡镇、县城街面的房屋特别容易被地震毁坏。这类建筑往往采取强梁弱柱体系,而且结构布局不合理。底层临街一面,开洞很大,作为商店的门或窗户,而在背街的那一面墙开洞很小。房子的强度一边强、一边弱,“太偏心”。地震来时,房屋底层被破坏后向街心一侧倾倒。所以,地震时,在狭窄街道上行走的人员特别危险。

　　据本人对龙门山地震带灾区的考察发现,瞬息即塌的楼房大多是使用空心混凝土预制板作为楼板的砖混建筑物,这些混凝土预制板被直接搁置在横梁上或承重墙上,板体和梁体没有固定连接。地震波本身不杀人,杀人的是一震即塌的房屋。只要建筑质量好(结构设计合理、建材质量好、施工质量高),即使遇上8级地震,楼房也不会一震即塌,里面的人就有时间逃出来。

　　山体滑坡

　　和岩石崩塌

　　龙门山地区的特点是地势起伏大、山坡陡峭、山高谷深,人们只能居住和活动于沟谷之中,而沟谷正是断裂带通过之处。这个地貌特点决定龙门山是地震次生灾害山体滑坡和岩石崩塌非常严重的地区。与汶川地震一样,芦山地震必然会造成地面隆起和陷落、道路错裂、山崩、滑坡、塌方等严重的次生地质灾害,摧毁交通、通讯等生命线系统,给营救工作带来困难。

　　本人在汶川地震后考察得知,2008年5月12日下午,北川县城商业中心本来有不少人已逃出危房来到门前广场,地震后10分钟却又被随之到来的山体塌方埋到地下。北川县陈家坝乡也是山体滑坡塌方的重灾区,在乡政府所在的谷口,滑坡体长1.2千米、宽2.0千米。陈家坝乡的杜家坝村,滑坡体长800米,宽1000米。

　　芦山地震所在龙门山的山前断裂以逆冲为主。强震时,处于断层上盘山顶或悬崖上的岩石就可能滑落下来,飞到路上或村庄,这些“地震飞来石”,有的摧毁房屋,有的击毁汽车,有的砸死行人。

　　今后在芦山地震灾区要特别注意的是暴雨后的泥石流。地震已使山中断裂带内部岩石支离破碎,许多公路是沿着断裂带修建的,即使平时,暴雨之后也滚石不断,泥石流司空见惯,更何况连续发生了汶川地震与芦山地震之后。

　　近几十年来,龙门山地区为了满足日益增长的经济需要,人为地挖掉大量自然形成的长期平衡稳定的山坡底角,贴着陡立的山体修建房屋和公路。山坡的稳定性被人为地破坏之后,增加了地震中滑坡、塌方、泥石流的危害,会造成临山而建的房屋和公路被毁,甚至造成人员伤亡和交通瘫痪。

　　建筑物坐落在

　　松散沉积物之上

　　松散沉积物包括古河道、古湖泊的沉积物、流沙土以及人工回填土等。这类松散沉积物空隙度大,具触变性。在静态情况下,水饱和的沉积物尚具有一定的稳定性,但在动态情况下,例如地震波晃动下,这种水饱和的松散沉积物就会瞬间失去稳定性,呈现出液态的物理性质(即沙土液化),使得坐落其上的建筑物在流沙中不均匀下沉,造成建筑物倾倒。这就是建筑学上所说的场地效应和地基失效。举个例子,把一块方糖放在一碗小米上,然后来回晃碗,方糖很快沉入小米之中。

　　另外,一些房屋坐落在河岸边,地震使房屋倾倒或坠落河底。所以,灾后重建中住房选址一定要远离河岸和不稳定的边坡。这方面,国外也有不少经验教训。

　　1985年9月19日墨西哥海岸连续发生8.1级和7.6级两次强烈地震,造成西部太平洋沿岸4个州和离震中约400千米的首都墨西哥城近万幢高层楼房倒塌,近40000人死亡。震后调查表明,墨西哥城建造在古湖泊相沉积之上,地面震动导致地基失效而建筑物倒塌。1989年10月17日美国加州洛玛普里艾塔发生7.1级地震,由于震区的建筑物总体抗震能力较好,建筑物破坏并不严重,但是,在靠近旧金山湾附近,由于多是人工回填土,建筑物多遭破坏,包括多座高速公路立交桥坍塌。2001年1月26日印度古吉拉特邦发生7.9级强烈地震,导致16480人死亡,约15万人受伤。这次地震几乎摧毁了该邦首府库奇镇所有的建筑物,因库奇镇正好建筑在印度河的古河道上。

　　无数事实证明,直接建在坚固基岩上的房屋更耐震。唐山地震中唯一仅存的两座古庙,就是因建在坚固基岩上而大难不毁。

　　沿着发震的山前断裂,锁闭深处的地下水会沿破裂上升,通过近表的松散沉积物最终到达地表,出现冒水和喷沙现象,喷出来的泥沙还会掩埋农田和庄稼。喷沙冒水也会造成地面上房屋由于不均匀下沉而倾斜的现象。

　　(本文转自《科学网》,作者为加拿大蒙特利尔大学工学院教授、中国地质科学院地质研究所客座研究员；主要研究领域为流变学、岩石物理、构造地质学和大陆动力学等)