公路地质灾害监测预警和减灾技术_精品文档.ppt
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公路地质灾害监测预警和减灾技术,王成华研究员孔纪名研究员中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所2010年10月,目录,1.公路地质灾害主要类型及与公路相互作用2.山区公路危险性区划3.山区公路地质灾害安全监测预警体系4.山区公路地质灾害防御体系,1公路地质灾害主要类型及与公路相互作用1.1地质灾害及主要类型
(1)什么是公路地质灾害由于地质作用引起的公路路基、边坡、桥涵等设施的毁坏和对相关人员生命财产造成损失的灾害
(2)地质灾害的主要类型,1.2泥石流灾害
(1)什么是泥石流指山区沟谷中,由暴雨、冰雪融水或库塘溃坝等水源激发,形成的一种挟带大量泥砂、石块等固体物质的特殊洪流。
往往突然爆发,浑浊的流体沿着陡峻的山沟奔腾咆哮而下,山谷犹如雷鸣,在很短时间内将大量泥沙石块冲出沟外,在宽阔的堆积区横冲直撞、漫流堆积,常常给人类生命财产造成很大危害,泥石流摧毁房屋和田地,51人死亡(四川丹巴,2003),
(2)泥石流分区汇水区(清水区)形成区流通区堆积区,(3)泥石流形成条件陡峻的山坡沟道充足的松散固体物质强大的水动力条件,(4)用沟谷微小地貌形态变化进行泥石流发生条件判别,1.3地质灾害与公路相互作用
(1)滑坡崩塌对公路的作用剪断公路损毁路面埋没公路,剪断公路,埋没公路,损毁路面,
(2)公路建设开挖引起滑坡崩塌,开挖坡脚引起滑坡,开挖坡脚引起崩塌,(3)泥石流对公路的作用泥石流冲毁路基泥石流埋没公路泥石流冲毁桥梁,泥石流冲毁路基,泥石流埋没路面,泥石流冲毁桥梁,(4)公路对泥石流的作用公路建设弃渣沟谷弃渣泥石流公路桥涵压缩过流断面阻碍泥石流通行,2山区公路斜坡危险性区划2.1区划的目的和必要性
(1)区划的目的全面了解和掌握公路灾害的分布与危险程度为公路安全管理和防治提供技术支持
(2)必要性公路安全管理部门需要公路防灾规划制定需要公路灾害监测预警需要,(3)分区原则1)针对性原则2)据实情原则3)科学性原则4)区内相似、区际相异原则5)求大同、存小异原则6)易操作适用性原则,2.2斜坡危险性分级与区划方法
(1)斜坡危险性分级极危险斜坡危险斜坡相对稳定斜坡
(2)斜坡危险性区划方法分区因子叠加法综合指标数值分析法专家系统分析法,2.3分区因子叠加法
(1)因子选择与分级,
(2)制作单因图(等比例尺)用线条表示:
水平、左斜、右斜、垂直4个方向表示上述4个因子。
用空白、虚线、细实线、粗实线表示每个因子分级。
用灰度表示(在计算机上用)用灰度0表示单因子最低级8表示单因子第二级16表示单因子第三级24表示单因子最高级(第四级),(3)单因子叠加(4)制作区划图按线条密度进行危险性分区按叠置后的灰度大小进行危险性分区绘制分区图,2.4综合指标数值分析法
(1)分区因子选择,
(2)分区因子指标体系因子作用指标:
每个因子在灾害形成中的作用大小作用指标确定方法专家打分、黄金分割法和因子贡献率法公路边坡危险性判别指标体系,危险斜坡判别的指标体系表,(3)分区模型建立模糊判别法神经网络法本文采用模糊评判法每一单元上述因子作用指数之和为将上式进行归一化处理,便转化成斜坡危险度DS,(4)具体做法制作区划单元网格图:
可采用等分法和非等分法调查计算每个网格单元的因子综合指数,并填绘在每个网格单元内。
确定分级界限指标绘制危险斜坡区划图到现场抽样检验调查、核实、修正,2.5专家系统法
(1)基本原理收集整理专家经验进行分析梳理、编制危险斜坡专家判别综合表将此表与将要判别的斜坡进行对照分析属何级别的斜坡
(2)公路危险斜坡专家判别综合表,2.6公路斜坡危险性分区范例以贵州省三凯公路为例,贵阳凯里三穗,长260多公里,其中凯里三穗160km为新建,位于贵阳以东,黔东南州北部,属西部黔中高原丘陵地形向东湘西山地过渡的中高山、中低山地形。
地层:
贵阳凯里以二叠系碳酸盐为主,山地丘陵上有中生代、新生代砂、页、泥岩出露。
凯里三穗为二叠系以前的老地层为主,有变质砂岩、页岩、板岩、千枚岩等,呈强风化状。
分布滑坡7个,崩塌1个,危险斜坡38个。
3山区公路地质灾害安全监测预警体系3.1现行公路管理体制
(1)
(2)县交通局为国家基层管理中心,本监测预警体系是基于县公路管理中心论述的。
3.2监测预警体系建设
(1)监测预警体系建设的原则科学性原则研究公路线性工程特征,依据监测的目的,收集国内外有关资料,规划本县(地区)公路安全监测网络针对性原则针对公路,保障公路安全运行简单易操作性原则,
(2)监测预警保护的重点国道、高速公路省道、省内高速公路县道重要地段,中、大型桥梁保护,(3)监测预警网络建设依据我国公路管理体制,建议建立以县公路局为中心的县、养护工区、沿线村民参与的“三级公路安全监测网络”,他们的职责如下。
铁道部已列专题研究铁路灾害多发地段安全监测预警网络建设。
县级公路地质灾害监测网络结构及职能划分,3.3山区公路地质灾害预警
(1)公路地质灾害预警体系,县监测预警体系框图,
(2)公路地质灾害预警报分类依据某类灾害可能发生的时间分为:
长期预报又称灾害发生趋势预测,一般预测在三年以后发生中期预报预测时段一般在13年内发生短期预报预报时段1年左右发生临发预报一般在3个月内发生。
可分为三阶段发布一级警报预报时段三个月,可能在三个月内发生二级警报预报时段三天,可能在三天内发生三级警报预报时段一天,可能在一天内发生,3.4公路地质灾害监测预警智能系统
(1)智能系统的结构基础信息数据库动态信息数据库信息综合处理,灾害预警报决策分析软件包信息输入输出(发布)系统,
(2)智能系统的功能信息获取输入的功能信息存储的功能信息自动查询的功能信息更替的功能(资料数据陈旧了,用新的资料替换)信息分析、处理、决策的功能(由一系列分析软件来完成)信息决策输出的功能,(3)智能系统的运行输入某公路环境、灾害现状、隐患点特征、监测网布设、首次监测等基础资料数据输入专家研究的灾害预警报分析决策模型、类比曲线、图形输入隐患点监测的适时数据随时检查智能系统的运行情况专家组随时分析智能系统输出的信息,一旦出现某隐患点加剧变形或临发的前兆,县监测预警中心应立即组织专家考察确认是否报请县灾害防御中心发出警报。
3.5重点泥石流隐患点监测预警
(1)泥石流监测的主要内容和方法重点监测泥石流沟的松散固体物质储量和水动力条件(暴雨、冰湖溃决),
(2)泥石流监测预警网络(以四川省汶川县城南沟泥石流为例)南沟自然环境特征南沟(中、上游为茨里沟)位于县城东南,岷江左岸一条小支沟,长6km,流域面积8km2,主峰3201.1m,沟口位于县城,213国道通过。
两岸坡高陡:
上游2030,中游2025,下游35以上。
主沟纵坡比降:
上游325,中游280,下游333.8。
沟谷两岸出露地层以泥盆系(Dyl2)千枚岩为主,中、上游松散堆积物厚515m。
沟谷中游两岸分布有大型老滑坡4个,估算方量近2000万m3,1滑坡近20年滑动。
降雨量:
下游岷江河谷500600mm/年,中、上游8001200mm/年,多暴雨。
险情分析、治理现状和存在问题威胁40多个单位、1700多人的安全、固定资产1亿元威胁213国道20042006年进行勘测治理:
沟中游1滑坡抗滑桩治理,中下游顺沟道建1000多米长的排导槽排除泥石流,排导槽上端修了高近5米的拦挡坝。
存在问题:
通过城区段排导槽太小,不能排除大型泥石流,2、3、4滑坡未治理,有可能在长降雨,特大暴雨中起动,阻断茨里沟,发生大型泥石流。
南沟泥石流监测预警网布设,沟口建监测站,沟内上、中、下建三个监测点。
上游点清水区中游点固体物质下游点泥石流流态、堆积、成灾,4山区公路地质灾害防御对策4.1公路选线科研阶段的防御对策公路建设规划中的选线定线是公路地质灾害防治的源头、第一关,总结近40年的经验,公路选线应遵循以下原则。
(1)遵循与山系正交的原则,以高桥、长隧道垂直爬上第三地势阶梯。
据估算:
山坡平均坡度为30,越岭隧道长度增加1km,两端就可缩短展线57.7km。
川藏公路二郎山隧道长4.160km,比展线至二郎山垭口缩短线路长20km,和三小时车程。
(2)遵循分段展线的原则,尽早脱离河上行至高原(台地)上。
(3)遵循绕避灾害为主的原则,沿河线路利用桥、洞避让灾害多发段。
(4)遵循宁高勿低原则,沿河线路按灾害多发段上界高度以上定线。
(5)遵循地质灾害坡向分异规律,沿河线路多走阴坡(南岸),少经阳坡(北岸)。
据川藏公路然乌108道班,长270km沿河路段,崩塌、滑坡分布在北岸49处,南岸14处;泥石流北岸80条,南岸45条。
(6)遵循多填少挖原则,高原高寒地区按最佳填方高度定线。
(7)遵循少挖少填原则,低山丘陵地区多用旱桥、棚洞通过。
4.2公路勘察设计中的减灾防灾措施对无法避让的地质灾害点,应与公路主体工程同时勘察,同时设计,按以下原则选择防护措施:
(1)有可能发生崩塌、落石的陡坡(陡岸)段,多采用清除危岩,棚、洞、网防护。
(2)对开挖后有可能引起滑动的危险斜坡、老滑坡,应设计相应的抗滑工程,如:
抗滑挡土墙、抗滑桩、预应力锚固抗滑体系。
(3)公路穿越泥石流沟的方法对已经消亡的泥石流沟,公路可布设在泥石流堆积扇前缘对正在发展中的泥石流沟,分以下情况进行布线防治处理:
泥石流沟口位置低,堆积扇坡度较大,并有相对固定天然排导槽,公路布设在出沟口附近,用高桥跨过,上、下游修排导槽。
泥石流沟口位置较高,堆积扇高大,公路可从沟口泥石流堆积体下穿棚、洞通过。
有条件者,提高线路,从泥石流沟下游流通段大跨桥通过。
4.3公路施工过程中的防灾减灾对策
(1)公路边坡(滑坡)开挖的超前支护开挖边坡(滑坡)的超前防治。
公路内坡跳槽开挖,土质2m、岩质5m以下不做支护,2m、5m以上边开挖边支护。
高切坡分级开挖从上到下边开挖边支护,
(2)公路泥石流超前治理施工临时住所不能设在沟口,2009年7月23日康定县瓦丹路姑咱段发生大型泥石流,造成严重灾害。
确定治理的泥石流沟应超前(或同时)施工。
(3)沿河路基(堤)防冲加固工程超前施工,防冲护坡挡土墙工程,填防路堤工程,沿山沿河半挖半填抗滑护坡工程,4.4公路运行中减灾防灾对策
(1)公路竣工后进行地质灾害危险性分区复核调查,确定地灾隐患点,重点监测点(段)。
(2)编制地灾近期(三年)防治规划。
(3)对重要地灾隐患点近期未列入防治计划的设立监测预警网加强监测。
(4)每年汛前进行公路沿线地灾排查,制定当年减灾防灾计划。
(5)组建应急地灾防御队伍,准备必须的物资器材。
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