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极端降雨诱发山地公路地质灾害风险评价及应用研究

薛凯喜  
【摘要】:我国幅员辽阔,地形复杂多样,山地面积约占全国土地总面积的2/3以上。山地具有相对复杂的地质结构,因此往往是地质灾害的易发区。伴随着全球气候变化,“继续强降雨”、“大暴雨”、“持续干旱后降雨”等极端气象频繁出现,由此诱发的地质灾害给山地公路的通行带来了巨大困难,如何应对极端天气诱发的地质灾害对山区公路交通的影响,已成为我国山地公路维护与保通亟需解决的问题。基于此,笔者认为当前情况下迫切需要结合山地公路的工程实际,开展主要干线公路的地质灾害风险评价和区划研究工作,从而为建立公路地质灾害监测网络、制定应急措施并保障生命和财产安全提供工作基础。 本文的撰写以西部交通建设科技项目“三峡库区极端气候衍生公路灾害监测预警技术研究”为支撑,依托课题组对重庆市国省干线公路地质灾害相关调查资料,研究探索了一套切实可行的、服务于山地公路等大型线性工程的地质灾害风险评价理论与方法体系,并应用于重庆市国省干线公路的滑坡、崩塌地质灾害风险评价。通过本文的研究,得到如下成果: ①以重庆市国省干线公路为例进行山地公路地质灾害实地调研,总调研里程9346.84Km,编录历史灾害点1695处,潜在灾害点3283处;对山地公路地质灾害的发育类型及破坏模式进行了辨识,认为滑坡灾害与崩塌灾害是山地公路地质灾害的主要类型,其破坏模式包括碎屑流渐进式滑坡、崩积层滑坡、砂泥岩、页岩互层崩塌和陡倾砂岩、泥岩、灰岩互层崩塌等四类。 ②对山地公路地质灾害孕育环境地质表征因素进行识别,分别从地形地貌、地层岩性、斜坡类型、地质构造、水文地质条件及植被覆盖等方面研究了山地公路滑坡、崩塌地质灾害的发育规律,并初步划分出各单因素条件下地质灾害危险性等级。 ③历史及潜在灾害点的分布规律一定程度上影响未来山地公路地质灾害的发育,本文以重庆市公路地质灾害为例,对249个国省干线路段的滑坡、崩塌地质灾害从数量分布密度和规模分布密度两个方面进行专门研究,得出了相应的分布规律,并进行了初步的等级划分。 ④综合运用多种统计分析方法研究了山地公路地质灾害与极端降雨的相关性。分别拟合了诱发山地公路滑坡、崩塌地质灾害的累积有效降雨量计算公式,并以此作为极端降雨事件的识别模型,并通过Logistic回归分析构建了山地公路地质灾害预测模型,同时给出了两种数学模型在风险评价中的应用方法。 ⑤山地公路地质灾害危险性评价的目的在于探讨评价区域内各种地质灾害危险性程度。本文对危险性评价的原理进行了阐述,确定了危险性评价的基本步骤,构建了评价指标体系和基于可拓学与模糊理论的综合集成方法的评价模型,最后以重庆市国省干线公路地质灾害为例进行了危险性评价。 ⑥在前人研究的基础上重新定义了山地公路地质灾害的易损性,即易损性用于描述特定灾害类型对承灾体进行损毁或破坏的直接效应,它表征了承灾体和灾害之间的相互作用程度,本质上是承灾体遭受破坏时表现出的固有属性;另一方面,针对某种特定灾害类型,易损性间接衡量人类社会为抗击灾害而采取防控措施、设置防灾工程的效能,是承灾体被动防控和人类社会主动防控而付出直接或间接投入的综合。 ⑦山地公路地质灾害的易损性评价不同于危险性评价,本文应用基于观测值K-均值聚类的方法对山地公路地质灾害的易损性进行了研究,通过虚设聚类中心划分了易损性等级,并对重庆市国省干线公路滑坡、崩塌灾害易损性进行了区划。 ⑧在对山地公路地质灾害复杂系统进行分析的基础上,详细阐述了山地公路地质灾害风险管理系统,提出了风险线评价的理念,构建了山地公路地质灾害风险线评价指标体系,同时对指标体系内诸要素进行了定义性描述。指出宜采用综合集成方法对地质灾害进行风险评价,运用风险矩阵图的进行各路段风险值的测算与评价,为解决风险矩阵图直观性较差的问题,应用ARCGIS的图显功能对风险进行了区划。


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