山區(qū)沿河公路水毀評估與減災(zāi)方法研究.pdf

1、在當(dāng)前全球氣候變化和災(zāi)害頻發(fā)的背景下，作為分布最廣泛、最便捷的公路基礎(chǔ)設(shè)施，公路本身即是受災(zāi)害作用的客體，同時也承擔(dān)為搶險救災(zāi)提供交通支持的任務(wù)，因此開展山區(qū)沿河公路水毀風(fēng)險研究有重要意義。風(fēng)險評估是防災(zāi)減災(zāi)學(xué)科的重要方面，可為山區(qū)公路地質(zhì)安全提供決策支持。本文以山區(qū)沿河公路水毀風(fēng)險為研究對象，通過大量現(xiàn)場調(diào)查，采用災(zāi)害學(xué)、公路水毀學(xué)、災(zāi)害地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)、巖土力學(xué)、水力學(xué)、GIS技術(shù)、數(shù)值模擬等多學(xué)科交叉和綜合研究手段，研究山區(qū)沿河公路

2、水毀風(fēng)險形成機制、評估及減災(zāi)方法，取得的主要研究成果如下:
　　 1)立足山區(qū)沿河公路建設(shè)及養(yǎng)護需求，從山區(qū)沿河公路水毀災(zāi)害分類、水毀風(fēng)險形成機制、評估和減災(zāi)措施等方面構(gòu)建了山區(qū)沿河公路水毀風(fēng)險評估理論和減災(zāi)技術(shù)框架。提出了山區(qū)沿河公路地質(zhì)安全和水毀風(fēng)險評估的理念，豐富了公路養(yǎng)護科學(xué)內(nèi)涵。重視小流域山洪、河道洪水對山區(qū)沿河公路的致災(zāi)作用，提出了水毀災(zāi)害體的概念。
　　 2)基于水毀災(zāi)害體毀損山區(qū)沿河公路的受力模式，將山區(qū)

3、沿河公路水毀災(zāi)害類型概化為推擠、牽拉、“沖”、“淤”、“滲”五大類型，便于進一步深入研究水毀災(zāi)害體毀損山區(qū)沿河公路的力學(xué)機制。通過有限元數(shù)值模擬對典型公路水毀類型破壞公路的機制進行了研究，數(shù)值模擬研究重點針對滑坡推擠、滑坡牽拉、落石沖擊、沖蝕槽擴展、泥石流淤埋、涵洞滲流等作用對公路的毀損規(guī)律進行了研究，得出了典型水毀災(zāi)害類型毀損公路的變形破壞規(guī)律。
　　 3)提出了公路水毀風(fēng)險的耦合對抗形成機制，即公路水毀風(fēng)險是水毀災(zāi)害體危險性

4、與公路承災(zāi)體易損性之間時空耦合對抗的結(jié)果。認為水毀風(fēng)險評估是關(guān)于多因素非線性災(zāi)害風(fēng)險系統(tǒng)的預(yù)測評價問題。根據(jù)水毀風(fēng)險形成的耦合機制，提出了采用解耦措施來逆向控制公路水毀風(fēng)險形成演化過程的減災(zāi)思路。
　　 4)提出了水毀災(zāi)害體的孕災(zāi)環(huán)境與致災(zāi)因子異相耦合發(fā)育機理?；诠烦袨?zāi)體健康的理念，認為公路承災(zāi)體易損性主要受控于公路結(jié)構(gòu)本身的健康性態(tài)，采取技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的技術(shù)措施使結(jié)構(gòu)健康復(fù)原是工程性減災(zāi)措施的目的。將公路承災(zāi)體類型分為

5、結(jié)構(gòu)性承災(zāi)體和功能性承災(zāi)體兩類。針對山區(qū)沿河公路，給出了從孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、水毀災(zāi)害體危險性、承災(zāi)體易損性評價到水毀風(fēng)險評估的思路與一般函數(shù)表達式。
　　 5)建立了小流域山洪對溝口段公路的危險性評價方法?；诹饔虻孛卜治?，提取分岔比、河流頻數(shù)、RHO系數(shù)、形狀系數(shù)等典型地貌特征參數(shù)，綜合考慮提取的地貌量化參數(shù)與小流域山洪危險性的關(guān)系，分級量化小流域山洪對溝口公路的危險性大小。
　　 6)構(gòu)建了山區(qū)沿河公路崩滑災(zāi)害危險

6、性評價方法和指標權(quán)重計算方法?；诒阑瑸?zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境和致災(zāi)因子異相耦合發(fā)育機理，采用地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)手段，在因素分析、指標遴選、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建立、崩滑信息指數(shù)和指標權(quán)重計算的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了山區(qū)沿河公路崩滑災(zāi)害危險性評價方法?；跉v史崩滑災(zāi)害面積分布信息熵，建立了山區(qū)沿河公路崩滑災(zāi)害危險性評價指標權(quán)重的計算方法，確定的權(quán)重具有一定的客觀性。
　　 7)建立了基于泥石流溝地貌演化階段的公路泥石流災(zāi)害危險性評價方法。根據(jù)泥石流溝不

7、同地貌演化階段與泥石流災(zāi)害規(guī)模、頻率的關(guān)系，建立了泥石流溝不同發(fā)育階段與泥石流災(zāi)害危險性等級之間的映射關(guān)系，可據(jù)此進行泥石流地貌災(zāi)害危險性評價。一般情況下，泥石流溝谷地貌演化從幼年期到老年期的整個過程中，泥石流災(zāi)害危險性總的變化趨勢是先增高再降低，在壯年偏幼年期泥石流災(zāi)害危險性等級最高為極危險;各發(fā)育階段根據(jù)泥石流災(zāi)害危險性由高到低排序，依次為:壯年偏幼年期、壯年期、幼年期、壯年偏老年期、老年期。
　　 8)以橫斷山區(qū)美姑河流域

8、沿河公路為例進行了小流域山洪對溝口公路危險性評價、崩滑災(zāi)害危險性評價、公路泥石流災(zāi)害危險性評價，驗證了本文建立的危險性評價方法的有效性，得出了研究區(qū)公路水毀風(fēng)險相關(guān)的一些結(jié)論，可供研究區(qū)公路管養(yǎng)部門防災(zāi)減災(zāi)決策參考。
　　 9)從流固耦合動力學(xué)、紊流力學(xué)、泥沙運動力學(xué)的角度研究了山區(qū)沿河公路洪水毀損過程及機理、路基沖失機制、路基缺口形成機制。以河道洪水毀損山區(qū)沿河公路承災(zāi)體機制研究為基礎(chǔ)，遴選典型承災(zāi)體易損性評價指標，并進行指標

9、分級量化后，進行山區(qū)沿河公路主要承災(zāi)體易損性分析。
　　 10)在山區(qū)沿河公路水毀風(fēng)險評價單元劃分的基礎(chǔ)上，對山區(qū)沿河公路線形評價單元在潛在多災(zāi)種作用下的危險性評價給出了危險度計算方法。對山區(qū)沿河公路評價單元綜合易損性和潛在公路災(zāi)害損失分別給出了易損度和潛在損失估算方法。針對山區(qū)沿河公路水毀風(fēng)險評估，耦合危險度、易損度和潛在公路災(zāi)害損失得出了山區(qū)沿河公路水毀風(fēng)險計算的隱式表達式，并就水毀風(fēng)險評估的顯式計算模型進行了探討。