山區(qū)沿河公路水毀評(píng)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(shí)也承擔(dān)為搶險(xiǎn)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(xiǎn)研究有重要意義。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(xiǎn)為研究對(duì)象，通過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)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(xiǎn)形成機(jī)制、評(píng)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(hù)需求，從山區(qū)沿河公路水毀災(zāi)害分類、水毀風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制、評(píng)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(xiǎn)評(píng)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(xiǎn)評(píng)估的理念，豐富了公路養(yǎng)護(hù)科學(xué)內(nèi)涵。重視小流域山洪、河道洪水對(duì)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(jìn)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(jī)制。通過(guò)有限元數(shù)值模擬對(duì)典型公路水毀類型破壞公路的機(jī)制進(jìn)行了研究，數(shù)值模擬研究重點(diǎn)針對(duì)滑坡推擠、滑坡牽拉、落石沖擊、沖蝕槽擴(kuò)展、泥石流淤埋、涵洞滲流等作用對(duì)公路的毀損規(guī)律進(jìn)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(xiǎn)的耦合對(duì)抗形成機(jī)制，即公路水毀風(fēng)險(xiǎn)是水毀災(zāi)害體危險(xiǎn)性

4、與公路承災(zāi)體易損性之間時(shí)空耦合對(duì)抗的結(jié)果。認(rèn)為水毀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是關(guān)于多因素非線性災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)問(wèn)題。根據(jù)水毀風(fēng)險(xiǎn)形成的耦合機(jī)制，提出了采用解耦措施來(lái)逆向控制公路水毀風(fēng)險(xiǎn)形成演化過(guò)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(jī)理?；诠烦袨?zāi)體健康的理念，認(rèn)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(jì)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(duì)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(xiǎn)性、承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)到水毀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的思路與一般函數(shù)表達(dá)式。
　　 5)建立了小流域山洪對(duì)溝口段公路的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)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(xiǎn)性的關(guān)系，分級(jí)量化小流域山洪對(duì)溝口公路的危險(xiǎn)性大小。
　　 6)構(gòu)建了山區(qū)沿河公路崩滑災(zāi)害危險(xiǎn)

6、性評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)權(quán)重計(jì)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(jī)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(biāo)遴選、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建立、崩滑信息指數(shù)和指標(biāo)權(quán)重計(jì)算的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了山區(qū)沿河公路崩滑災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法。基于歷史崩滑災(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(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)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(xiǎn)性評(píng)價(jià)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(xiǎn)性等級(jí)之間的映射關(guān)系，可據(jù)此進(jìn)行泥石流地貌災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。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(gè)過(guò)程中，泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性總的變化趨勢(shì)是先增高再降低，在壯年偏幼年期泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)最高為極危險(xiǎn);各發(fā)育階段根據(jù)泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)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(jìn)行了小流域山洪對(duì)溝口公路危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、崩滑災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、公路泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，驗(yàn)證了本文建立的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法的有效性，得出了研究區(qū)公路水毀風(fēng)險(xiǎn)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(dòng)力學(xué)、紊流力學(xué)、泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)的角度研究了山區(qū)沿河公路洪水毀損過(guò)程及機(jī)理、路基沖失機(jī)制、路基缺口形成機(jī)制。以河道洪水毀損山區(qū)沿河公路承災(zāi)體機(jī)制研究為基礎(chǔ)，遴選典型承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)，并進(jìn)行指標(biāo)

9、分級(jí)量化后，進(jìn)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(xiǎn)評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐值幕A(chǔ)上，對(duì)山區(qū)沿河公路線形評(píng)價(jià)單元在潛在多災(zāi)種作用下的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)給出了危險(xiǎn)度計(jì)算方法。對(duì)山區(qū)沿河公路評(píng)價(jià)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(duì)山區(qū)沿河公路水毀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，耦合危險(xiǎn)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(xiǎn)計(jì)算的隱式表達(dá)式，并就水毀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的顯式計(jì)算模型進(jìn)行了探討。