“512”汶川地震后映卧公路边坡崩塌灾害形成机理与危险性评估研究.pdf.doc.doc
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1、 分类号:X14110710-2009026008博 士 学 位 论 文“5.12”汶川地震后映卧公路边坡崩塌灾害形成机理与危险性评估研究成 良 霞导师姓名职称苏生瑞教授申请学位级别工学博士 学科专业名称环境工程论文提交日期 2014年 4月25日 论文答辩日期2014年 6月17日学位授予单位长安大学 Study on Collapse Formation Mechanism and RiskAssessment of the slope near the Highway from Yingxiuto Wolong after “5.12”Wenchuan EarthquakeA Disse
2、rtation Submitted for the Degree of MasterCandidate:Cheng LiangxiaSupervisor:Prof. Su ShengruiChangan University, Xian, China 摘要崩塌,作为山区公路主要病害类型,经常会给山区公路工程建设和安全运营造成严重威胁,进一步恶化山区公路环境。一般情况下,崩塌诱发的原因多是重力和降雨。在山区,强烈地震引起的崩塌灾害所引发的后果,往往比重力和降雨诱发的崩塌灾害要严重得多,其速度之快和规模之大往往造成村毁人灭、道路毁坏、江河堵塞等,带来惨重的人员伤亡和巨大的经济损失。在 2008年“
3、5.12”大地震中,仅四川省境内就有 9条高速公路、16条重要公路干线和大量山区公路遭受不同程度的破坏,其中,地震直接引发的崩塌灾害使得四川省省道 S303线映秀至卧龙段(本文简称映卧公路)几乎全部瘫痪,导致公路交通中断,进而成为震后抗震救灾工作的瓶颈所在。对处于山区的映卧公路而言,震后崩塌是最为突出的地质灾害问题。所以,为保证山区公路被阻断后的快速抢通和后续安全,研究震后山区公路边坡崩塌灾害的特征是很有必要的。深入开展震后公路边坡崩塌灾害特征研究,可为日后山区公路的选址如何规避这同一类崩塌灾害提供理论基础。在此基础上,研究映卧公路边坡崩塌灾害的形成机理,对其危害性进行评估,其研究成果可以为岩
4、体变形破坏规律学方面的研究提供参考依据,为公路边坡崩塌灾害灾情预测和评估提供借鉴;同时对崩塌灾害防治工程的决策具有指导意义,以及于推动地震影响下交通基础设施的防灾减灾和生态环境的改造也有极其重要而深远的意义。本论文依托西部交通建设科技项目“震后公路边坡崩塌灾害评估与对策研究”中的机理与评估专题研究,以四川省震后重建的 S303线为依托工程,在对震后 S303公路沿线崩塌灾害进行系统调查分析的基础上,选取映秀至卧龙段(K0+000K45+500)作为研究对象,结合前人资料和现有研究成果,深入研究了震后公路边坡崩塌灾害的特征;应用整体观方法,从时空的角度分析了震后公路边坡崩塌灾害的时间特征和空间特
5、征;从系统论的角度分析了震后公路边坡崩塌灾害的发育特征,从运动学的角度分析了震后公路边坡崩塌灾害的运动特征;从辩证法的角度分析了震后公路边坡崩塌灾害的破坏特征。在总结得出震后映卧公路边坡崩塌灾害特征的基础上,归纳得出震后公路边坡崩塌灾害的形成机理,并采用 UDEC数值模拟软件反演了震后公路边坡崩塌灾害的演化过程,最后运用未确知理论进行了震后崩塌危害性分级研究;主要取得了以下结论:I (1)根据详细的震后公路地质调查,发现汶川强震引起的 99处崩塌,造成映卧公路严重损毁。位于北川映秀断裂和茂汶断裂之间的映秀耿达段是崩塌灾害发育极强烈区,崩塌灾害连续分布,70%以上公路被埋,公路几乎全部瘫痪。而在
6、耿达以西,崩塌灾害减少,零星分布。(2)通过崩塌灾害调查和分析,汶川地震后映卧公路边坡崩塌的形成演化过程包含四个阶段:原始结构面的形成阶段、潜在变形体的形成阶段、震裂岩体的形成阶段和震裂岩体失稳破坏阶段,前三个阶段的形成相对较为缓慢,而第四个阶段是一个量变到质变的过程,这一过程所需时间很短,有时瞬间即可完成。由此概括出震后映卧公路边坡崩塌灾害形成机理是拉裂滑移式、拉裂倾倒式、拉裂错断式、拉裂溃屈式和拉裂溃散式,其中以拉裂滑移式、拉裂倾倒式崩塌为主。(3)通过汶川地震后映卧公路边坡崩塌灾害的形成机理,利用 UDEC 软件对震后公路边坡拉裂滑移式、拉裂倾倒式崩塌灾害进行模拟,反演了崩塌灾害的发育过
7、程,得到了地震力的作用下拉裂滑移式和拉裂倾倒式边坡崩塌变形、应力分布的特点和动力响应规律。(4)综合地震崩塌的各类影响因素,从运动学角度研究了震后映卧公路边坡崩塌灾害中滚石的运动轨迹,在此基础上,结合现有的研究成果,对不同类型崩塌(滚石滑动、滚石抛射、滚石跳跃、滚石滚动)的运动轨迹进行了计算,为日后山区公路边坡滚石灾害的减灾防灾提供理论依据。(5)在对汶川地震公路沿线地震崩塌灾害进行系统调查分析的基础上,利用未确知理论对震后崩塌形成条件进行研究细分得出影响崩塌发生的 10个因素,结合 2个与公路相关的影响因素,分别进行定性赋值、定量计算,综合定性定量计算方法对选取评估单元内典型的崩塌单点进行危
8、险性评估分析,将震后崩塌危险性分为 4个级别:危险性极高区、危险性高区、危险性中等区和危险性低区,从而得到了震后公路边坡崩塌危险性分级划分图。关键词:汶川地震,映卧公路,震后崩塌,形成机理,数值模拟,危险性评估II Abstract Collapse, as a type of main disease on the highway in the mountainous area, oftencauses serious threat to the mountainous highway engineering construction and safety run.In general, t
9、he causes of the collapse are gravity and rain. In the mountainous area, destroysof collapse caused by the strong earthquake were much more serious than that caused bygravity and rain. The faster speed and greater scale of collapse induced by the earthquakedestroyed village and killed the people, da
10、maged roads and blocked rivers. Collapses lead toheavy casualties and huge economic losses.Nine highways, sixteen important arterial roads and a large number of mountainoushighways in Sichuan province have suffered severe damage in 5.12 Wenchuan earthquakein 2008, among them, the provincial highway
11、303 from Yingxiu to Wolong almost came to aparalysis, which led to highway traffic interruption and become the main bottleneck ofearthquake relief work after the earthquake.For highway from Yingxiu to Wolong in the mountainous area, collapse after theearthquake is the most prominent problem of geolo
12、gical disaster. So, in order to ensure therapid repair and subsequent safe of mountain highway and road traffic flow, it is verynecessary to study the characteristics of collapse after an earthquake on the mountainoushighway. In-depth study on the characteristics of highway slope collapse after Wenc
13、huanearthquake can be offer reference for the study of rock mass deformation and failure lawand provide theoretical basis for how to avoid the similar collapse and collapse disasterprediction and evaluation in the highway slope. At the same time, these research resultshave some guiding significance
14、for collapse disasters prevention and control of projectdecision-making, and also have an extremely important and far-reaching significance forpromoting disaster prevention and reduction of transportation infrastructure under theinfluence of the earthquake and the ecological environment transformati
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