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2010年新西兰基督城7.1级地震的几点思考

发布时间:2020-09-04 09:00:00 来源:中国地震局公共服务司(法规司)
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  中国地震局工程力学研究所  余世舟

  2010年9月4日凌晨,新西兰南岛发生里氏7.1级地震,震中位于基督城(克莱斯特彻奇,Christchurch)以西45公里处,震源深度10公里。地震造成2人重伤,另有数人受轻伤。新西兰总理约翰·基4日午后飞抵克赖斯特彻奇视察灾情。他说,无人在地震中丧生“绝对是个奇迹”。

  然而,几个月后。2011年2月21日当地时间,12时51分43秒,位于新西兰南岛的基督城(克莱斯特彻奇,Christchurch)东南10公里的利特尔顿(Lyttelton)发生了里氏6.3级地震,震源深度4公里,地震造成185人死亡。当时的新西兰总理约翰·基将其形容为“可能是新西兰历史上最黑暗的一天”。

  同一地区的两次强震,为什么震级小了反而损失和伤亡更大了?

  

  图1  基督城及周边的地形图

  破坏性地震的发生是小概率事件,但其造成的损失却是巨大的。因此,对已发生的地震进行震害分析,总结经验教训,并采取应对措施就显得尤为重要,也是有效减轻未来地震灾害损失的一个重要途径。

  一、地震作用的大小

  虽然没有人员死亡,但由于震级大,发生在10年前的这次7.1级地震仍造成基督城主要基础设施严重受损,75%的城区供电、供水中断,排污系统遭受严重破坏,机场关闭。城内到处是断壁残垣,部分建筑完全损毁。

  地震的震级是表征地震强弱的量度标准,是划分震源放出的能量大小的等级。但对某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度,则用地震烈度来度量;当有地震记录时,也可对比地震动强度参数。对比这两次地震在基督城地区的地震动记录,后一次地震记录到的地表加速度强度要大很多。

  1)这主要是由于震源深度和震中距的不同,2011年6.3级地震的震源深度浅,距离震中近。震级虽小,但能量衰减程度要远小于前一次,进而作用到工程结构上,造成严重的震害。

  同时,2011年6.3级地震产生的砂土液化现象普遍,造成地表空洞、塌陷,并对结构基础产生一定影响,进而导致上部结构的倾斜、破坏。有学者研究指出,大量砂土液化现象也会放大地震对某些长周期工程结构的作用。

  

  图2  2011年6.3级地震后砂土液化喷出的水充斥街道

  二、地震次生灾害

  破坏性地震经常伴随着如砂土液化等地震地质灾害的发生,同时,爆炸、火灾、有毒物质泄漏等地震次生灾害也时有发生。有时地震次生灾害的损失甚至要远高于地震本身产生的直接灾害,并给震后应急救援带来极大的困难。基督城中一条河流(Avon River)沿西东偏北方向贯穿城区,本次地震在河道两旁的砂土液化现象十分严重,随处可见砂土液化现象。另外,2011年6.3级地震中,CTV大楼是死亡人数最多的一处,有115人在此丧生,占了全部遇难人数的60%。倒塌的CTV大楼又因煤气泄漏而发生爆炸、燃烧,剥夺了被压埋人员生存的可能。也是这一年紧接着发生的日本3.11大地震,震后的海啸、核泄漏、火灾等次生灾害造成的损失及影响更是远远超过了地震的直接灾害造成的破坏。

  近年来的地震,常会引发次生灾害的发生,复合型灾情的特点明显。随着社会经济的发展,潜在的地震次生灾害风险激增趋势会越加严峻。

  

  图3  2011年地震后完全倒塌的CTV大楼,火灾的烟气未散

  三、承灾体分布

  影响损失的另一个主要因素是承灾体的分布情况。虽然基督城是新西兰第三大城市,但人口仅30多万,地势平坦。民众多居住在郊区以单层木结构房屋和2层装配式混凝土结构房屋为主,抗震性能好。除少量木结构房屋采用的砖围护墙倒塌外,较严重的震害现象较少。

  在城内的商业区,新建的房屋采用的结构形式抗震性能好,以3-4层居多,高层建筑数量较少。同时还有一定数量的老旧房屋,多为不设防的砖砌体房屋和石头砌筑的教堂等,抗震性能差,在这次地震中损毁严重。

  建筑分布具有一定的区域特点,结构形式、层高、使用年限等都对其抗震性能有很大的影响。而建筑的分布及其使用功能的不同,又决定了人员分布的差异。商业和办公为主的城区,工作时间相对人员密集,夜晚人员回到市区外的住所,城区人口剧减,人口具有很大的流动性。2010年7.1级地震发生在凌晨,而2011年的6.3级地震发生在中午时分,城区人口密度差异很大,这也是两次地震造成人员伤亡数量相差较大的一个原因。

  

  图4 新建中的装配式混凝土结构房屋

  

  图5 百年历史的教堂,2011年6.3级地震后高耸的塔楼已经倒塌

  四、震后排险与恢复重建

  短短的5个多月时间内,基督城接连遭受两次强震的作用,对工程结构的震害叠加作用也不容忽。10年前的7.1级地震虽然没有造成人员死亡,但还是对建筑造成了一定的破坏。这时候需要对灾区建筑开展安全鉴定工作,在确定安全的情况下才能继续使用;对于有震损的房屋建筑进行及时的修复和抗震加固,修复前应限制使用并做好安全警示。强震后会有大量的余震发生,震损建筑因抗震能力大幅降低,很容易造成二次破坏,特别是强余震的破坏就更应该注意了。

  震后安全鉴定工作中尤其应重视没有明显震损现象的房屋建筑,由于房屋的装饰、装修,没有明显震损的房屋仅凭借外观是很难判别其结构安全状态的,需要采用专业设备和技术手段,按规范的要求加以鉴定。

  2011年6.3级地震的震害调查中,会发现很多上次7.1级地震震损的建筑还没有修复完工,就再一次遭受破坏,甚至发生倒塌。

  

  图6 处于修复中的老旧砖砌体房屋

  新西兰是一个强震多发的国家,一直非常重视建筑抗震工作。工程结构的抗震能力普遍较高,并持续开展相关的抗震技术研发工作。新西兰科研人员早在20世纪70年代左右就已将特制的橡胶垫用于基础隔震。一些重要的建筑物及桥梁也采用了隔震减震装置。政府加强了立法,严控工程质量,加强科普宣传,科学应对灾情。新西兰国家民防部印制了防御各种灾害的宣传品,分发给所有公民。

  但地震破坏具有很强的不确定性,会有被忽视的问题,应从历史震害中总结经验教训,不断提高抗震能力,减少震害损失。(前三张图片来源于网络)

(责任编辑:尚立坚)

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