灾害自古以来就是人类经历的一部分，并且对人类发展和文明产生了重大影响。从现代科学的角度来看，灾难是导致人类生命、财产、资源或环境福祉损失的突发事件，超过了承灾体的能力。
灾害确实是灾害与承灾体相互作用的结果。当危险行为超过了承受危险的身体的抵抗能力时，灾难就发生了。当危险行为在承受危险体的抵抗能力范围内时，就不会发生灾难性事件。灾害的作用只是灾害的一方面，往往被过分强调。
从现代科学的角度来看，虽然灾害仍然是灾害的一个重要方面，但绝不是灾害范围的决定性因素，决定性因素是承受危险的身体的抵抗能力。在这种情况下，并非所有危险都会导致灾难。灾害只是灾害的一个子集，是灾害和灾害承载体之间的交集。
灾害类型
根据土木工程失败的外部原因，土木工程灾害可分为自然灾害相关和人为灾害相关。
如上所述，土木工程灾害除了由地震诱发外，还可能与强风、洪水、山体滑坡、大雪和冰冻天气等多种其他自然灾害有关。例如，供电塔可能会在强风下倒塌，从而因电力供应中断而造成经济损失。
2008年，华南地区出现异常寒冷的天气和大雪，导致许多工业建筑倒塌，造成人员和经济损失。相比之下，与人为灾害相关的土木工程灾害通常是由技术不足和错误、一般人为过失和敌对行为造成的。
图1
结构缺陷的原因
土木工程是由人类设计、建造、占用和维护的。因此，所有土木工程灾难的根本原因，无论是与自然灾害还是人为灾害有关，都是土木工程工作中的结构缺陷，而这总是可以归因于人为因素，例如缺乏知识或错误。在此背景下，土木工程结构缺陷的原因可归纳如下。
选址不当。位于活动断层上、暴露于山体滑坡或泥石流中或易受不均匀沉降影响的场地是不适合土木工程建设的几个场地示例。
目前，要在这些地点的建筑物和基础设施中实现足够的抗灾能力在技术上是不可能的，否则这样做的成本会高得不合理。因此，一种实用的策略是避免此类不正确的站点。在汶川地震灾区，北川镇地处滑坡泥石流易发区，是典型的土木建筑工地不当的典型例子。
地震中，仅北川就有15646人遇难，1023人失踪。这约占这场灾难造成的总人员损失的20%。北川山城不仅被地震完全摧毁和掩埋，还被随之而来的山体滑坡、洪水和泥石流摧毁和掩埋。（如图2）
图2
建设地点的适宜性是多变的。2015年12月20日，中国深圳某工业园区的33栋建筑物因山体滑坡被掩埋或不同程度损坏，影响面积 38 万平方米，造成 69 人死亡（图3）。
调查显示，山体滑坡并非来自工业园区后面的原始山体，而是从2014年开始倾倒在该处的堆积如山的建筑垃圾。这些致命的碎片在工业园区建造时并不存在，而是人类行为造成的，使该地点面临山体滑坡的危险。
图3
危害评估不当。通过设计适当的危险等级的结构，可以有效减轻土木工程灾害。由于自建市以来就忽视了市区的地震隐患，中国唐山市对1976年发生的地震毫无防备。该市的土木工程（包括建筑物和基础设施）均未采用抗震设计和建造。
因此，大部分建筑物在地震中倒塌，城市被完全摧毁。海地首都太子港也对2010年海地地震毫无准备，这场地震夺去了数万人的生命。这两次灾害的共同点是大量非抗震设计的土木工程的破坏，构成了灾害的主要危害，但地震受到的关注度更高（图4）。
图4
即使在设计土木工程时已考虑到危险因素，但对危险程度的评估不当仍可能导致建造不适当的结构。2005年12月，中国山东省的许多工业建筑在百年一遇的降雪中倒塌（图5）。
图5
在中国建筑结构荷载规范中，当地50年一遇雪的标准荷载为0.4～0.45 kN/m2。 2005年12月3日至17日期间，积雪厚度为80.2毫米，对应的荷载为0.8kN/m2，几乎是设计值的两倍。这是直接造成门式钢架厂倒塌的原因。
设计不当。在结构设计期间正确分配危险级别需要对危险有全面的了解。此外，针对给定危险级别的结构的适当设计需要对承受危险的物体有充分的了解。
2012年，中国哈尔滨阳明潭大桥的一个坡道因四辆重型卡车同时沿着同一条外侧车道行驶而倒塌。虽然该事件被官方定性为货车超载引发的交通事故，但坡道结构设计的不足也不容忽视。
倒塌部分是由四个单墩支撑的三跨段（图6（a）和（b）），两个中间墩的承台与该段两端的承台截然不同。在该段的两端，桥面板靠在与桥墩顶部刚性连接的托架梁上（图6（c））。
该段内的甲板通过位于中间的单个橡胶轴承简单地由两个桥墩支撑宽度，配置对甲板的倾覆几乎没有阻力（图6（d））。当四辆货车同时沿同一条外侧车道行驶时，甲板因偏载而受到较大的倾覆力矩。桥面的抗倾覆能力不足，很可能导致该节段的坠落。
图6
设计缺陷也常常是由于整个土木工程界的知识或经验不足造成的。例如，随着土木工程界从每次造成巨大损失的大地震中获得知识，抗震设计在上个世纪逐渐发展。
在1968年日本十胜冲地震之后，许多钢筋混凝土(RC)框架结构的柱发生脆性破坏（图7），日本工程师认识到横向钢筋对实现延性屈服的重要性RC 成员。
1971年日本抗震规定的修订中，规定在RC柱的某些节段使用更密布的箍筋。这已成为延性抗弯RC框架设计的标准做法，并已被许多国家的抗震规范采用。
1994年的Northridge地震还揭示了钢抗弯框架中梁柱接头的脆性断裂问题，以前认为钢框架的延展性很强。这一发现促使地震工程界不断努力开发不会发生脆性破坏的新型梁柱节点。
2008年中国汶川地震导致许多RC弱层结构抗弯框架倒塌，包括那些采用最新抗震规定设计的框架。这促使中国土木工程界重新考虑确保RC框架中强柱弱梁机制的规范措施。
2015 年芦山地震期间观察到的钢空间结构损坏也表明此类结构的抗震分析和设计可能会有所改进。需要强调的是，结构设计的改进是一个循序渐进的长期过程，土木工程灾害对最新的创新进行了实际检验，同时也为进一步的设计改进提供了线索。
图7
施工不当。适当的施工管理和使用适当质量的建筑材料对于有效实现结构设计至关重要。不幸的是，土木工程灾害往往是由于施工不当造成的。
2009年6月27日，上海一幢13层住宅楼在施工中突然倒塌（图8）。一项调查得出的结论是，倒塌是在地基桩处开始的，地基桩被建筑物两侧土压力的巨大差异切断了。
建筑物基础的南侧被削弱一个正在建设中的地下车库，而建筑物的北侧则堆放着大量的泥土。北侧基础上的高土压力最终导致桩体断裂，导致基础向低压南侧滑动。
图8
施工质量差还经常引发土木工程灾害。
2008年1月22日，中国湖南省一座在建石桥突然坍塌，造成64人死亡、22人受伤（图9）。这座328.45米长的桥梁由一系列石拱支撑，这是一种结构体系，坚固性差，对施工质量的依赖性很强。经检查，主拱所用材料质量不合格，施工质量不符合相关规范要求。
图9
维护管理不当。土木工程完成后，适当的占用、维护和管理对于避免土木工程灾难很重要。
2007年6月15日，中国广东省一座斜拉桥被重达 2000 吨的运砂车击中，导致约200米长的桥面倒塌（图10）。桥上4辆汽车坠入河中，9人失踪，当地交通受到很大影响。事后检查发现桥梁的设计和施工没有缺陷，运砂车的误操作被认为是事故的主要原因。
图10
应当指出，许多土木工程灾难不能归因于单一原因。例如，钢门式框架的倒塌中的大雪也可能部分归因于结构系统的鲁棒性差和屋顶刚度低，这与结构设计不当有关。土木工程灾难的起因有时是相互关联的。
以深圳工业园区山体滑坡为例，倾倒物的滑动虽然是明显的危害，但并不像地震等自然事件那样难以预测。灾难的起因更多是人为行为，因为如果正确评估建筑垃圾的风险并采取预防措施，灾难是可以避免的。
因此，灾难是由于工业园区建设后选址不当和管理不善的结合。
尽管土木工程灾害的潜在原因千差万别，但只能通过土木工程措施加以预防或减轻。良好的土木工程实践尤其能保证避免上述五种结构缺陷原因。
换句话说，如果选址正确，危害评估得当，土木工程设计、建造、维护和管理得当，土木工程灾害是可以减轻的。值得注意的是，如前所述，建筑物火灾造成的损失不能仅仅通过加强结构的土木工程措施来减少，因此火灾不是土木工程灾害。
土木工程灾害及其减灾研究
危险行为的特征。以地震为例，危险动作是地面的震动。在过去的100多年里，人们对地震作用的理解逐渐提高。
20世纪初，地震作用被认为等同于对建筑物施加水平静力。这为建筑物的抗震设计奠定了基础。后来人们认识到地震作用取决于建筑物的动态特性。
当前使用反应谱分析、时程分析和非线性动力分析极大地扩展了对地震作用的理解。通过利用快速增长的真实地震地面运动记录数据库，对地震作用的研究也取得了迅速的进展。
全世界的研究人员提出了数十个用于量化地震作用的参数，他们证明了问题的复杂性，并有助于提高地震工程界的理解。
危险行为分区和风险分析。灾害分区的目的是为工程设计提供灾害的时间和空间分布。尽管在这方面做出了很多努力，但任务非常具有挑战性。
在地震情况下，地震动参数的分区是抗震设计的基础，涉及许多与地震危险性分析、地震动衰减建模和局部场地效应相关的科学过程和因素。这些问题的处理还存在较大的分散性和不确定性。
在不断努力减少不确定性的同时，还需要付出更多努力来了解许多危险行为和风险的内在不确定性，并开发稳健的土木工程解决方案以最大限度地减少此类不确定性的影响。
危险作用下土木工程响应特征及破坏机制。对土木工程的响应特征和损伤机制的理解有所提高，其行为范围从线性弹性到非线性。已经提出了许多基于力、位移、能量或这些的组合的参数来定量描述土木工程在危险作用下的失效机制和动态行为。
在此过程中，发展了许多物理模型和数值模型，其中数值模型具有明显的优势，有望应用于土木工程破坏的模拟。
提高土木工程抗灾能力的工程措施及设计规范。新技术和设计规范是提高土木工程抗灾能力的最重要依据。与科学研究不同，工程实践考虑的是安全性、成本、简单性、有效性和标准化。
以合理的成本为土木工程问题提供有效的解决方案有时比详细参数的科学量化更重要。此外，研究成果需要在土木工程建设中得到应用，才能造福于社区。为此，制定了设计规范和标准，以利用科学和技术创新来保护处于危险作用下的土木工程。
土木工程灾害研究的两个目标是了解土木工程失效的演化机制和减轻灾害以保护人类社区。前者的目标只能通过准确再现工程的故障来实现，而后者则需要对工程进行全面的提升。
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