公路自然災(zāi)害風(fēng)險評價實例研究

　　本篇針對目前我國地震災(zāi)害多發(fā)及地震對公路危害嚴(yán)重的現(xiàn)實，以公路地震災(zāi)害為研究對象，開展平原區(qū)路堤地震災(zāi)害風(fēng)險評價研究，旨在全面認(rèn)識路堤遭受地震災(zāi)害的危險程度和抗震薄弱部位，達(dá)到減少公路地震災(zāi)害損失，實現(xiàn)人、車、路和自然環(huán)境和諧友好的目的。本篇在歸納總結(jié)國內(nèi)外公路地震災(zāi)害風(fēng)險評價研究成果的基礎(chǔ)上，以西安—寶雞高速公路（簡稱“西寶高速公路”）為例，進(jìn)行了西寶高速公路研究區(qū)域和近場區(qū)地震地質(zhì)和地震活動性評價，按照風(fēng)險評價的理論和步驟，針對平原區(qū)公路開展了地震危險性、路堤震害易損性和風(fēng)險評價研究，取得了以下研究成果：（1）通過對西寶高速公路的現(xiàn)場調(diào)查和資料收集，分析了西寶高速公路的基本概況及沿線區(qū)域的地形地貌、氣象條件、水文地質(zhì)和地震區(qū)劃概況。將路線沿線區(qū)域劃分為研究區(qū)域和近場區(qū)，分析了研究區(qū)域和近場區(qū)的地震活動構(gòu)造和歷史地震概況，并對研究區(qū)域和近場區(qū)的地震地質(zhì)條件和地震活動性進(jìn)行了評價。（2）在地震災(zāi)害影響因素分析的基礎(chǔ)上，選取地震動峰值加速度（PGA）作為公路地震危險性評價指標(biāo)，建立了包括研究區(qū)域地震區(qū)帶劃分、震源機(jī)制模型和地震發(fā)生預(yù)測模型的概率性地震危險性評價模型，并確定了震源機(jī)制模型中的a、b值、震級上限Mu、起算震級M0、地震年平均發(fā)生率νMj和地震空間分布函數(shù)fi，Mj等地震動參數(shù)。在PGA衰減關(guān)系、地震危險性概率計算方法和場地地震動影響分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了西寶高速公路地震危險性分析計算，基于ArcGIS100軟件，繪制了西寶高速公路地震危險性分區(qū)圖。結(jié)果顯示：西寶高速公路沿線區(qū)域跨越Ⅶ度和Ⅷ度基本烈度區(qū)，評價結(jié)果略高于我國第四代地震區(qū)劃圖，這是與目前渭河斷陷盆地地震活躍的現(xiàn)實是一致的。（3）選取理論性震害易損性評價方法對西寶高速公路K1074 520處路堤進(jìn)行易損性評價，通過分析路堤震害的成因、分類和影響因素，將路堤震害劃分為基本完好、輕微損傷、中等損傷、嚴(yán)重?fù)p傷和毀壞5級并選取路堤頂面橫向最大位移率（εmax）和路堤頂面最大沉降率（ζmax）作為震害損傷參數(shù)。在確定路堤填土、土基和擋土墻各項力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，依托Flac3D軟件，建立了無支擋結(jié)構(gòu)和有支擋結(jié)構(gòu)路堤的三維有限差分模型。選取美國太平洋地震工程研究中心（PEER）提供的15條地震動記錄作為增量動力分析（IDA）的輸入，得到了一系列（IDA，εmax）和（IDA，ζmax）樣本，采用回歸分析得到IDA與εmax和ζmax的統(tǒng)計關(guān)系，假設(shè)εmax和ζmax服從對數(shù)正態(tài)分布并對其進(jìn)行概率性地震需求分析（PSDA），計算了一定PGA作用下無支擋結(jié)構(gòu)和有支擋結(jié)構(gòu)路堤發(fā)生各等級震害的概率并繪制了震害易損性曲線。（4）分析了風(fēng)險的定義和應(yīng)對策略，將路堤震害風(fēng)險定義為未來一段時間內(nèi)，路堤發(fā)生各等級震害的概率，并給出了路堤震害風(fēng)險的表達(dá)式。通過研究場地地震烈度的概率分布和地震烈度與PGA的轉(zhuǎn)換關(guān)系，建立了場地PGA的概率分布模型，通過對場地未來50年內(nèi)PGA的抽樣，采用Monte Carlo方法對無支擋結(jié)構(gòu)和有支擋結(jié)構(gòu)路堤的震害風(fēng)險進(jìn)行了計算。根據(jù)西寶高速公路地震危險性評價結(jié)果，通過回歸方法擬合了研究場地的地震危險性曲線，推導(dǎo)了采用危險性曲線方法計算路堤震害風(fēng)險的公式，通過該公式計算了無支擋結(jié)構(gòu)和有支擋結(jié)構(gòu)路堤在未來50年內(nèi)發(fā)生各等級震害的概率，在此基礎(chǔ)上，分別提出了Monte Carlo方法和危險性曲線方法計算路堤震害風(fēng)險的工作內(nèi)容和適用范圍。根據(jù)路堤在未來50年內(nèi)發(fā)生毀壞的概率，將路堤震害風(fēng)險劃分為高風(fēng)險、中等風(fēng)險和低風(fēng)險3級，確定了路堤震害風(fēng)險可接受度，即高風(fēng)險是不可接受的，中等風(fēng)險和低風(fēng)險是可接受的，從規(guī)劃控制、編制應(yīng)急預(yù)案、物資和裝備儲備及工程防護(hù)4方面提出了路堤震害風(fēng)險處置對策。

　　尹超（1987-），男，漢族，中 員，2015年6月獲長安大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)為山東理工大學(xué)建筑工程與空間信息學(xué)院副教授、碩士生導(dǎo)師、檢測中心主任，具備跨學(xué)科研究背景，主持 自然科學(xué)基金青年項目1項（基于三維激光掃描的山區(qū)公路邊坡災(zāi)害變形監(jiān)測與危險性評價方法研究，51808327）、省部級縱向項目3項，其他項目4項，以 作者或通訊作者在 外重要學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，其中SCI/EI檢索13篇。