公路自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)例研究

　　本篇針對(duì)目前我國(guó)地震災(zāi)害多發(fā)及地震對(duì)公路危害嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)，以公路地震災(zāi)害為研究對(duì)象，開(kāi)展平原區(qū)路堤地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，旨在全面認(rèn)識(shí)路堤遭受地震災(zāi)害的危險(xiǎn)程度和抗震薄弱部位，達(dá)到減少公路地震災(zāi)害損失，實(shí)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(guó)內(nèi)外公路地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究成果的基礎(chǔ)上，以西安—寶雞高速公路（簡(jiǎn)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(chǎng)區(qū)地震地質(zhì)和地震活動(dòng)性評(píng)價(jià)，按照風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的理論和步驟，針對(duì)平原區(qū)公路開(kāi)展了地震危險(xiǎn)性、路堤震害易損性和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，取得了以下研究成果：（1）通過(guò)對(duì)西寶高速公路的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)區(qū)，分析了研究區(qū)域和近場(chǎng)區(qū)的地震活動(dòng)構(gòu)造和歷史地震概況，并對(duì)研究區(qū)域和近場(chǎng)區(qū)的地震地質(zhì)條件和地震活動(dòng)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。（2）在地震災(zāi)害影響因素分析的基礎(chǔ)上，選取地震動(dòng)峰值加速度（PGA）作為公路地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)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(cè)模型的概率性地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型，并確定了震源機(jī)制模型中的a、b值、震級(jí)上限Mu、起算震級(jí)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(dòng)參數(shù)。在PGA衰減關(guān)系、地震危險(xiǎn)性概率計(jì)算方法和場(chǎng)地地震動(dòng)影響分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了西寶高速公路地震危險(xiǎn)性分析計(jì)算，基于ArcGIS100軟件，繪制了西寶高速公路地震危險(xiǎn)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(píng)價(jià)結(jié)果略高于我國(guó)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(shí)是一致的。（3）選取理論性震害易損性評(píng)價(jià)方法對(duì)西寶高速公路K1074 520處路堤進(jìn)行易損性評(píng)價(jià)，通過(guò)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(jí)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(xiàng)力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，依托Flac3D軟件，建立了無(wú)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(guó)太平洋地震工程研究中心（PEER）提供的15條地震動(dòng)記錄作為增量動(dòng)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(jì)關(guān)系，假設(shè)εmax和ζmax服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布并對(duì)其進(jìn)行概率性地震需求分析（PSDA），計(jì)算了一定PGA作用下無(wú)支擋結(jié)構(gòu)和有支擋結(jié)構(gòu)路堤發(fā)生各等級(jí)震害的概率并繪制了震害易損性曲線。（4）分析了風(fēng)險(xiǎn)的定義和應(yīng)對(duì)策略，將路堤震害風(fēng)險(xiǎn)定義為未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，路堤發(fā)生各等級(jí)震害的概率，并給出了路堤震害風(fēng)險(xiǎn)的表達(dá)式。通過(guò)研究場(chǎng)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(chǎng)地PGA的概率分布模型，通過(guò)對(duì)場(chǎng)地未來(lái)50年內(nèi)PGA的抽樣，采用Monte Carlo方法對(duì)無(wú)支擋結(jié)構(gòu)和有支擋結(jié)構(gòu)路堤的震害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了計(jì)算。根據(jù)西寶高速公路地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果，通過(guò)回歸方法擬合了研究場(chǎng)地的地震危險(xiǎn)性曲線，推導(dǎo)了采用危險(xiǎn)性曲線方法計(jì)算路堤震害風(fēng)險(xiǎn)的公式，通過(guò)該公式計(jì)算了無(wú)支擋結(jié)構(gòu)和有支擋結(jié)構(gòu)路堤在未來(lái)50年內(nèi)發(fā)生各等級(jí)震害的概率，在此基礎(chǔ)上，分別提出了Monte Carlo方法和危險(xiǎn)性曲線方法計(jì)算路堤震害風(fēng)險(xiǎn)的工作內(nèi)容和適用范圍。根據(jù)路堤在未來(lái)50年內(nèi)發(fā)生毀壞的概率，將路堤震害風(fēng)險(xiǎn)劃分為高風(fēng)險(xiǎn)、中等風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)3級(jí)，確定了路堤震害風(fēng)險(xiǎn)可接受度，即高風(fēng)險(xiǎn)是不可接受的，中等風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)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(chǔ)備及工程防護(hù)4方面提出了路堤震害風(fēng)險(xiǎn)處置對(duì)策。

　　尹超（1987-），男，漢族，中 員，2015年6月獲長(zhǎng)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(cè)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(xiàng)目1項(xiàng)（基于三維激光掃描的山區(qū)公路邊坡災(zāi)害變形監(jiān)測(cè)與危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法研究，51808327）、省部級(jí)縱向項(xiàng)目3項(xiàng)，其他項(xiàng)目4項(xiàng)，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。