高烈度地震峽谷區(qū)公路選線理論與方法研究.pdf

1、我國是一個地震多發(fā)國家,地震帶來的地殼能量釋放會引起地球表面的強(qiáng)烈振動,對地質(zhì)條件較差的高山峽谷區(qū)道路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施造成了嚴(yán)重?fù)p害。同時,由于現(xiàn)有公路選線方法對高烈度地震峽谷區(qū)的地震風(fēng)險未做重點考慮,進(jìn)而加劇了區(qū)域生命線震時的受災(zāi)程度。因此,深入研究公路走廊帶震害空間分布特征,考慮并評估區(qū)域潛在地震風(fēng)險,建立高烈度地震峽谷區(qū)公路選線理論體系,不僅是保障交通設(shè)施地震安全的基礎(chǔ)性課題,也是實現(xiàn)公路與環(huán)境和諧相處、科學(xué)合理安排公路建設(shè)任務(wù)的

2、迫切需要。
　　論文依托交通部重大科技專項“汶川地震災(zāi)后重建公路抗震減災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)研究”和西部交通建設(shè)科技項目“武罐高速公路抗震優(yōu)化設(shè)計及災(zāi)害防治技術(shù)研究”,以公路路線為研究對象,以高烈度地震峽谷為前提條件,采用ArcGIS技術(shù)平臺,基于風(fēng)險分析與管理理論,重點進(jìn)行高烈度地震峽谷區(qū)公路選線理論與方法的研究,以期解決復(fù)雜條件下震區(qū)公路路線選擇與設(shè)計難題。
　　論文系統(tǒng)分析了國內(nèi)外相關(guān)研究成果,針對現(xiàn)有公路選線理論體系和方法的優(yōu)缺

3、點及適用性,提出了本文的研究思路和技術(shù)路線。采用地理信息系統(tǒng)、遙感解譯、全球定位系統(tǒng)等現(xiàn)代信息技術(shù),針對汶川地震災(zāi)區(qū),開展公路走廊帶震害調(diào)查。歸納總結(jié)震區(qū)公路的主要成災(zāi)模式,分析了公路走廊帶工程震害空間分布特征?？紤]公路震害地帶性分布規(guī)律分析需求,從概念、邏輯、物理三個方面對公路震害空間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計,基于GeoDatabase框架,建立了異源異質(zhì)公路震害空間數(shù)據(jù)庫。提出以ArcGIS為技術(shù)支撐,以空間數(shù)據(jù)挖掘理論為基礎(chǔ)的公路震害數(shù)

4、據(jù)屬性關(guān)聯(lián)方法,構(gòu)建了公路走廊帶地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境因子的屬性關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)模型,揭示了公路走廊帶地質(zhì)災(zāi)害地帶性分布規(guī)律。
　　針對高烈度地震峽谷區(qū)地震風(fēng)險突出的特點,開展面向風(fēng)險的高烈度地震峽谷區(qū)公路走廊帶選擇方法研究,并從系統(tǒng)工程思維的角度闡述了面向風(fēng)險選線方法的具體內(nèi)涵。采用主成分分析與專家調(diào)查相結(jié)合的方法進(jìn)行因子辨識,篩選出對區(qū)域地震風(fēng)險有顯著影響作用的峰值加速度、植被覆蓋率、地層巖性和坡度作為評價因子。基于云模型理論,提出云模型——

5、層次分析法的公路震害風(fēng)險評估賦權(quán)方法,建立了公路震害風(fēng)險評估模型,用以表征公路走廊帶區(qū)域潛在的地震風(fēng)險狀態(tài),提高了公路震害風(fēng)險評價的定量化程度。
　　論文通過深入分析影響地震峽谷區(qū)公路路線方案決策的關(guān)鍵因素,建立以風(fēng)險、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)境為目標(biāo)層,以9個單因子為指標(biāo)層的兩層次評價指標(biāo)體系。在ArcGIS支持下,考慮路線方案評價需求,構(gòu)建了路線方案評價單因子的計算方法和量化模型。引入最大限度考慮決策者交互要求的多屬性評價理論,提出了基

6、于方案綜合度和達(dá)成度的高烈度地震峽谷區(qū)路線方案多屬性評價方法,建立路線方案綜合度和達(dá)成度的求解模型,并闡述了具體的評價步驟和流程,為實現(xiàn)路線方案的合理選擇提供了技術(shù)支持。
　　論文對比分析了震區(qū)公路路線設(shè)計指標(biāo)及其大小與震害間的關(guān)系,明確了高烈度地震峽谷區(qū)公路路線關(guān)鍵設(shè)計指標(biāo),提出了平縱橫合理布設(shè)要素?；谡饡r救援車輛特性,參照公路地震風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn),制定了救援道路的具體設(shè)置方法。采用三維離散元數(shù)學(xué)建模,揭示不同頻率、振幅、持續(xù)

7、時間等地震波參數(shù)及巖層傾角條件下,邊坡高度、坡度對邊坡動力位移的影響規(guī)律,提出了震區(qū)公路邊坡坡度與高度的合理值域。從橋梁、隧道、支檔工程三個方面,歸納總結(jié)了高烈度地震區(qū)公路構(gòu)造物的合理布置方法。
　　最后,論文以武罐高速公路為依托,將提出的方法、指標(biāo)體系、模型具體應(yīng)用到路線選擇與設(shè)計實踐中,指導(dǎo)武罐高速公路的路線選擇與設(shè)計,驗證了研究成果的可行性。
　　高烈度地震峽谷區(qū)公路選線理論與方法研究采用現(xiàn)場調(diào)查、數(shù)學(xué)建模、理論分析、