艰险山区简单路网地质灾害易损性评价_郝润丹.pdf
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1、收稿日期:2023-01-24基金项目:国家自然科学基金委员会面上项目(41977213);科技部、中科院第二次青藏高原科考项目(2019QZKK0906);四川省交通运输科技项目(2021-A-03);中国路桥集团项目(P2220447)作者简介:郝润丹,女,在读硕士研究生,主要研究方向为岩土工程减灾。通讯作者:张迎宾,男,教授,博士,主要研究方向为岩土地震工程、防灾减灾工程。引文格式:郝润丹,张迎宾,魏涛,等.艰险山区简单路网地质灾害易损性评价 J.市政技术,2023,41(5):1-8.(HAO R D,ZHANG Y B,WEI T,et al.Geological hazard vu
2、lnerability assessment of simple road network in difficult mountainous areas J.Journal of municipaltechnology,2023,41(5):1-8.)文章编号:1009-7767(2023)05-0001-08第41卷第5期2023年5月Vol.41,No.5May 2023DOI:10.19922/j.1009-7767.2023.05.001Journal of Municipal Technology艰险山区简单路网地质灾害易损性评价郝润丹1,张迎宾1*,魏涛2,贺建先1,柳静1,杨昊天
3、1,杨昌凤3,何云勇3,孙璐3,徐鸿彪3(1.西南交通大学 土木工程学院,四川 成都 610031;2.中机国际工程设计研究院有限责任公司,湖南 长沙 410021;3.四川省公路规划勘察设计研究院有限公司,四川 成都 610041)摘要:在艰险山区多灾环境条件下,公路网的易损性与公路自身属性和区域环境属性密切相关。因此,提出以公路单元易损度为评价指标,从地震动特征、地质环境条件、次生地质灾害特征和自身属性出发,建立了公路桥梁、隧道、路段边坡单元评价指标体系,并考虑公路单元失效的相关性,对公路线路易损性展开了评价,在该基础上提出了山区简单路网易损性评价方法以及易损性分级标准;最后以都江堰至映秀
4、通道的简单路网为例进行了计算分析。其结果表明:都江堰至映秀通道的易损性为 0.214 2,易损等级为 D,说明路网抵抗灾害的能力较弱,如遇重大地质灾害可能会受到严重损坏,导致交通中断。该计算结果与 2008 年“5 12”汶川 8.0 级特大地震中 G213 线都江堰至映秀公路和都映高速公路严重受灾程度相一致。关键词:简单路网;地质灾害;公路单元;易损性中图分类号:U 419.3文献标志码:AGeological Hazard Vulnerability Assessment of Simple Road Network inDifficult Mountainous AreasHao Run
5、dan1,Zhang Yingbin1*,Wei Tao2,He Jianxian1,Liu Jing1,Yang Haotian1,Yang Changfeng3,He Yunyong3,Sun Lu3,Xu Hongbiao3(1.School of Civil Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China;2.China Machinery International Engineering Design&Research Institute Co.,Ltd.,Changsha 410021,China;3.
6、Sichuan Highway Planning Survey Design and Research Institute Limited,Chengdu 610041,China)Abstract:The vulnerability of highway network is closely related to the attributes of highway and regional environ鄄ment in the difficult mountainous area.Therefore,the vulnerability of highway unit is proposed
7、 as the evaluation in鄄dex.The evaluation index system of highway bridge,tunnel and slope unit of section is established based on groundmotion characteristics,geological environmental conditions,characteristics of secondary geological disasters and itsown attributes.Moreover,the correlation of highwa
8、y unit failure also is evaluated considering.On these basis,thevulnerability evaluation method and vulnerability classification standard of simple road network in mountainous ar鄄eas are proposed;Finally,the simple road network from Dujiangyan to Yingxiu(Du-Ying)is taken as an example tocalculate and
9、 analyze.The results show that the vulnerability of Du-Ying simple road network is 0.214 2,and thevulnerability level is D,indicating that the road network has a weak ability to resist disasters.In case of major geo鄄logical disasters,it may be seriously damaged so that traffic interruption will be c
10、aused.The calculated results areJournal of Municipal Technology第41卷艰险山区公路交通是我国地质条件脆弱地区的主要运输方式之一,但由于我国西南地区特殊的地理环境,地震与地质灾害频发导致西南地区每年发生多起交通事故和公路损毁事件,给当地社会、经济和生产生活造成了巨大损失。而公路作为山地地区重要的“生命线工程”,对抗震救灾和灾后人民生活起着至关重要的交通保障作用。因此,通过对多灾山区公路易损性的评价,分析公路在遭受地震及地质灾害时公路单元的易损度,对具体公路灾损情况做出判断,可对今后公路的建设运营安全、防灾减灾应急预案提供指导意见。近
11、年来国内外学者对灾害的成因、发展演化机理和减灾防灾策略等进行了深入研究并已取得丰富的研究成果,其中关于公路易损性的评价研究主要集中于对公路承灾体的易损性进行分析和评价1-4,对于公路网易损性评价的研究相对较少。由于国内外灾害学界对灾害易损性的定义给出了多种不同的解释5-7,使得评价方法和评价模型的建立目前没有统一的标准,针对公路网灾害的易损性评价方法与成果还相对薄弱。而公路网作为一个系统,如何从公路单元的角度出发建立综合的山区路网易损性评价模型与方法,是笔者研究的重点内容。1艰险山区简单路网地质灾害易损性评价方法路网地质灾害易损性是指公路沿线发生的各种地质灾害对公路承灾体的影响程度,即在地质灾
12、害危险性等其他因素相同的条件下,公路遭受地质灾害破坏的可能性大小与发生损毁的难易水平。路网易损性等级越低,说明路网越不容易受到地质灾害的破坏,抵抗灾害的能力越强,反之则说明路网越容易受到地质灾害的破坏,抵抗灾害的能力越弱,易损性等级越高。1.1公路易损性评价指标体系1.1.1公路易损性影响因素艰险山区公路易损性一方面与公路自身属性有关,另一方面也受到公路所处的地质条件等外部环境的影响。因此,艰险山区公路易损性的影响因素总体上可分为内部和外部两个方面。内部影响因素是指公路自身属性对地质灾害的抵抗能力,即公路承灾体的抗灾能力,包括公路结构类型、公路自身等级、防护形式的完善程度等方面。外部影响因素主
13、要是指公路在受到地质灾害破坏时所处的外部环境对路网易损性的影响,可分为区域地质环境和区域社会环境两方面,区域地质环境包括地质灾害、地貌影响和水文灾害等方面;区域社会环境包括应急抢险能力、抢险维修费用、防灾减灾措施等方面。1.1.2易损性评价指标体系构建为分析艰险山区公路的易损性,笔者按公路结构类型将公路承灾体分为桥梁、隧道和路段边坡3类单元,从公路单元本身属性、所处地质环境及其所表现的遭受地震及次生地质灾害的可能影响程度出发,对公路单元的正常使用和建设运营环境进行评价,为公路线路和路网整体结构易损性评价建立基础。因此,笔者利用公路单元的易损度来表示公路的易损性,所选取的具体评价指标如表1所示。
14、consistent with the severe damage degree of Du-Ying section of G213 Highway and Du-Ying Highway in the 8.0-magnitude earthquake in Wenchuan on May 12,2008.Keywords:simple road network;geological disaster;highway unit;vulnerability表1公路易损性评价指标体系Tab.1 Vulnerability evaluation indices system of highway目
15、标一级指标二级指标三级指标艰险山区公路易损性评价易损性桥梁易损度地震烈度场地土分类地基可能失效程度(地基土液化、不均匀沉降和边坡失稳)地质条件和次生地质灾害的可能影响程度桥梁上部结构支座类型桥梁长度2第5期1.2公路单元易损度计算模型1.2.1公路桥梁易损度计算模型桥梁是公路工程的重要组成部分。根据历史灾害经验,公路桥梁在地震和地质灾害发生时遭受破坏是造成公路交通中断的主要原因之一。通过对公路桥梁进行合理的易损度计算,可建立桥梁单元易损性评价模型。笔者根据历史震害研究中预测公路桥梁损毁程度的方法,选取以朱美珍为代表的统计回归方法对桥梁易损性进行评价,并对桥梁易损性影响因素进行分级与定量化赋值(
16、如表2所示),然后根据设定的桥梁易损度等级(如表3所示)进行划分,便可以对公路桥梁易损度进行判别。k损毁程度易损等级1.32(1.32,2.12(2.12,3.28(3.28,4.564.56无损毁轻微损毁中等损毁严重损毁完全损毁ABCDE表3桥梁易损度等级划分Tab.3 Classification of bridge vulnerability degrees续表目标一级指标二级指标三级指标隧道易损度路段边坡易损度地震烈度隧道抗震设防措施支护情况围岩级别不良地质现象断裂影响程度洞口边坡稳定性和次生地质灾害的可能影响程度地质条件坡角影响坡高影响降水强度地震烈度分类三级指标类别地震动特征地质环
17、境条件和次生地质灾害特征桥梁特征定量赋值wij地震烈度场地土分类地基可能失效程度地质条件和次生地质灾害的可能影响程度桥梁上部结构支座类型桥梁长度/m地基未失效不具备产生滑坡等地质灾害的地层岩性、构造等环境条件,地震引起次生地质灾害可能性小刚架、单拱橡胶支座跨度3,跨长101.0地基部分失效具备产生小型地质灾害的地层岩性、构造等环境条件,地震可能引起次生地质灾害的发生连续梁、板梁、连孔拱钢板支座或其他支座3跨度10,10跨长301.1地基完全失效具备产生大中型地质灾害的地层岩性、构造等环境条件,地震引起次生地质灾害可能性极大简支梁、悬臂梁无支座跨度10,跨长301.2表2桥梁易损性评价指标定性影
18、响因素及定量化赋值Tab.2 Qualitative influencing factors and quantitative assignment of bridge vulnerability evaluation indices公路桥梁的易损度计算公式如下:k=mi=1仪nj=1仪wij。(1)式中:k为公路桥梁易损度值;wij为计算系数,可按表2中定性影响因素的定量化赋值系数确定;m为计算指标总数;n为各指标的类别总数。1.2.2公路隧道易损度计算模型地下结构在多灾山区公路建设中应用得比较广泛,对提高公路抗灾能力也起到了良好的作用。对于给定相同危险性的公路地质灾害来说,公路隧道由于其自
19、身结构及其所处环境比较特殊,所以比地面结构更安全。但当隧道处于不良地质地段、复杂地质构造等条件时,可能会出现不利于隧道安全的滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害,导致隧道出现洞口堵塞、隧道内泥砂淤积或积水、隧道结构形式严重破坏等郝润丹等:艰险山区简单路网地质灾害易损性评价3Journal of Municipal Technology第41卷公路隧道的易损度计算公式如下:b=mi=1移nj=1移wij。(2)式中:b为公路隧道易损度值;wij为计算系数,可按表4中定性影响因素的定量化赋值系数确定;m为计算指标总数;n为各指标的类别总数。1.2.3公路路段边坡易损度计算模型艰险山区公路多坐落于山体斜坡或
20、人工边坡等地带,在地质灾害作用下边坡稳定性将受到影响,导致掩埋路段、堵塞交通甚至威胁人民生命财产安全。通过计算公路路段边坡的易损度,可以为建立公路路段边坡工程易损性评价模型奠定基础。笔者采用目前常用的边坡崩滑预测方法中的综合指标法对路段边坡易损性影响因素进行分级与定量化赋值(如表6所示),然后根据设定的路段边坡易损度等级(如表7所示)进行划分,可以对路段边坡易损度进行判别。b损毁程度易损等级0.15(0.15,0.45(0.45,0.75(0.75,1.201.20无损毁轻微损毁中等损毁严重损毁完全损毁ABCDE表5隧道易损度等级划分Tab.5 Classification of tunnel
21、 vulnerability degrees表4隧道易损性评价指标定性影响因素及定量化赋值Tab.4 Qualitative influencing factors and quantitative assignment of tunnel vulnerability evaluation indices分类三级指标类别围岩级别不良地质现象轻微中等严重地震动和抗震设防特征隧道特征地震烈度隧道抗震设防措施支护情况强(910度设防)初期支护和二次衬砌均有,支护程度强中(68度设防)仅有初期支护,支护程度中等弱(不设防)无衬砌和支护,支护程度弱断裂影响程度隧址区基本无断裂分布,隧道距区域活动断裂带较
22、远,隧道基本不受断裂的影响隧址区有少数断裂分布,隧道距区域活动断裂带较近,断裂对隧道的稳定性影响中等隧址区断裂较为发育,隧道穿过或靠近区域活动断裂带,断裂对隧道的稳定性影响大地质环境条件和次生地质灾害特征定量赋值wij00.150.3洞口边坡稳定性和次生地质灾害的可能影响程度洞口边坡的稳定性好,在地震力的作用下,发生滑坡、崩塌等地质灾害的可能性小洞口边坡的稳定性较差,在地震力的作用下,易发生小规模滑坡、崩塌等地质灾害洞口边坡的稳定性差,在地震力的作用下,易发生规模较大的滑坡、崩塌等地质灾害分类三级指标类别地震烈度地质环境条件和次生地质灾害特征路段边坡特征地质条件降水强度/mm坡角影响/()坡高
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