馮馨瑩呼和浩特鐵路局包頭工務(wù)段

探究鐵路水害致災(zāi)模式與預(yù)警預(yù)報方法

馮馨瑩
呼和浩特鐵路局包頭工務(wù)段

摘要：鐵路是我國交通運輸系統(tǒng)的重要組成部分，對于人們的日常出行和生命財產(chǎn)安全都有著重要影響，因此，保證鐵路運行的安全穩(wěn)定十分重要。但是，在實際當(dāng)中，存在著許多容易導(dǎo)致鐵路受災(zāi)的隱患，比如水害等，會給鐵路運行安全造成不良影響。本文就以水害為研究對象，對其導(dǎo)致鐵路災(zāi)害的模式進(jìn)行分析，并探究了預(yù)警預(yù)報的方法，以提高鐵路運行的安全性。

關(guān)鍵詞：鐵路；水害致災(zāi)模式；預(yù)警預(yù)報方法

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鐵路作為交通運輸?shù)闹饕緩剑渲匾匀找嫱伙@，確保鐵路安全運行是當(dāng)前鐵路工作的重點內(nèi)容。水害是引起鐵路災(zāi)害的主要原因之一，對于水害致災(zāi)模式進(jìn)行研究，探索科學(xué)的預(yù)警預(yù)報方法，有著十分重要的現(xiàn)實意義。

一、鐵路水害致災(zāi)模式

（一）溜坍和滑坡引起鐵路災(zāi)害

由于鐵路的路基和路塹相對角度較為緩、施工邊坡中的風(fēng)化或結(jié)構(gòu)松散的部分與基巖出現(xiàn)分離，給溜坍問題的發(fā)生提供了條件，在大雨時邊坡滲入水，穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致溜坍問題的發(fā)生，最終危害鐵路[1]部分鐵路位于山區(qū)破碎帶地形，在施工過程中，會暴露軟弱巖層，使其形成滑床軟弱面，加上坡前的牽引力增大，邊坡的穩(wěn)定性降低，出現(xiàn)水害時，導(dǎo)致邊坡坡體失去穩(wěn)定后發(fā)生下滑，給鐵路造成災(zāi)害。

（二）泥石流和崩塌引起鐵路災(zāi)害

若是鐵路邊坡含有大量的風(fēng)化破碎巖體或者松散堆積物，當(dāng)出現(xiàn)大量降水時，大量的地表水就會攜帶邊坡巖體，形成泥石流災(zāi)害，給鐵路造成沖擊，發(fā)生掩埋、毀壞等災(zāi)害。

由于施工中降低了基巖和危巖之間的緊密性，給邊坡的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)造成破壞，出現(xiàn)水害時，膠結(jié)面摩擦阻力會被進(jìn)一步降低，當(dāng)這個阻力值下降到坡體下滑力以下時，就會導(dǎo)致崩塌災(zāi)害的發(fā)生，給鐵路造成影響。

二、鐵路水害致災(zāi)預(yù)警預(yù)報方法

水害引起鐵路災(zāi)害的最主要原因是大量降水或者水流導(dǎo)致鐵路邊坡的穩(wěn)定性降低，因此，在預(yù)警預(yù)報時，就需要對降水量進(jìn)行預(yù)警。為保證該方法的效果，可以采取“精細(xì)化”預(yù)警的方式，其是通過對預(yù)警雨量閾值的“精”、“細(xì)”化處理，保證預(yù)警目標(biāo)的準(zhǔn)確性，從而提高預(yù)警預(yù)報的效果。本文就分別針對上述四種水災(zāi)致災(zāi)模式，對于區(qū)域內(nèi)預(yù)警雨量閾值計算方法進(jìn)行分析。

（一）滑坡和溜坍的預(yù)警雨量閾值計算

滑坡和溜坍的預(yù)警雨量閾值計算方法主要有土工參數(shù)反演、擬合土工參數(shù)與含水率公式以及模糊BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法三種，其基礎(chǔ)為監(jiān)測到防洪區(qū)域內(nèi)20％的雨量滑坡；對于剩下未能監(jiān)測到的80％雨量滑坡，通常采用反算含水率值，然后利用閾值模型計算閾值。

1.土工參數(shù)反演法

土工參數(shù)反演法的具體措施是先對鐵路邊坡工程的相關(guān)文件和水災(zāi)現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，然后分析出邊坡的參數(shù)、滑動面的剖面圖，再根據(jù)原先勘查數(shù)據(jù)得到滑坡發(fā)育的各個過程和性質(zhì)，從而選取適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性系數(shù)，最后通過極限平衡的公式計算得到滑坡的土體參數(shù)，將其控制在合理范圍之內(nèi)[2]。

極限平衡采取是瑞典圓弧法，其公式為：

2.擬合土工參數(shù)與含水率公式法

土工參數(shù)c和Ф代表的分別是粘聚力和內(nèi)摩擦角，與含水率之間有著非線性關(guān)系，當(dāng)坡體中的含水率著增大時，在c和Ф作用下的坡體抗剪強(qiáng)度會出現(xiàn)下降。根據(jù)土工參數(shù)和含水率公式之間的關(guān)系，可以利用最小二乘法來計算得到鐵路邊坡“最可能”表現(xiàn)和“最佳”結(jié)果，從而得到預(yù)警的雨量閾值，進(jìn)行預(yù)警預(yù)報。其中，土工參數(shù)是通過土工試驗得到的，含水率為水重于水土總重的比值。

3.模糊BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法

在鐵路水害致災(zāi)過程中，水害對于鐵路災(zāi)害的影響過程是非常復(fù)雜的，降水滲入邊坡會受降雨量大小、邊坡的土質(zhì)和坡度以及周邊植被情況等許多因素的影響，在現(xiàn)有的模型試驗和理論推導(dǎo)兩種計算方法下，都無法精確計算得到土體受降水影響的準(zhǔn)確值。而模糊BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法具有適應(yīng)和自組織的功能，可以完成對非連續(xù)性函數(shù)的調(diào)整，通過學(xué)習(xí)、聯(lián)想、識別和處理等過程，得到含水率和降雨量之間的模型，從而計算出相對準(zhǔn)確的預(yù)警雨量閾值。BP算法是一種學(xué)習(xí)規(guī)則，具體為：ΔWj=ηr[Wj(t),X(t),dj(t)]X(t)。

（二）泥石流和崩塌預(yù)警雨量閾值的計算

泥石流和崩塌預(yù)警雨量閾值的計算，通常是通過調(diào)查災(zāi)害區(qū)域的雨量資料，然后綜合利用預(yù)測、回歸等數(shù)學(xué)計算的方法，來得到相應(yīng)的雨量閾值，從而建立相應(yīng)的災(zāi)害危險性、發(fā)生可能性的預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)。

1.建立泥石流啟動模型

泥石流啟動模型多是利用PFC二維顆粒流軟件來建立的，其理論基礎(chǔ)是不連續(xù)介質(zhì)力學(xué)，利用離散單元的方法來模擬泥石流發(fā)生過程中土體微觀顆粒之間的相互作用和運動，從而模擬泥石流發(fā)生時巖土變大變形等方面的數(shù)值。整個泥石流啟動PFC模型的建立是基于泥石流發(fā)生的降水滲入、巖土體軟如和崩滑堆積三個過程的，其數(shù)據(jù)依賴于對災(zāi)害勘察的相關(guān)資料[3]。

2.確定泥石流啟動含水率值

在泥石流啟動模型建立模型基礎(chǔ)上，利用“墻”命令，通過設(shè)置相應(yīng)的重力加速度、原始強(qiáng)度和堆積體積密度等參數(shù)，將數(shù)量、直徑大小合適的不規(guī)則顆粒結(jié)構(gòu)置于“墻”上循環(huán)運行，借助此泥石流形成的模擬過程和輔助監(jiān)測軟件，可以觀測到含水率與泥石流發(fā)生之間的關(guān)系，將其與實際案例相比較，就能夠確定泥石流啟動的含水率值，將此設(shè)為預(yù)警雨量閾值，能夠起到良好的預(yù)警預(yù)報效果。（以上兩點是否能加入公式？資料上只提了理論，沒有合適的公式）

結(jié)語：

綜上所述，水害致使鐵路災(zāi)害發(fā)生的模式是多種多樣的，給鐵路交通運輸穩(wěn)定安全造成不良影響，因此，必須加強(qiáng)對水害的預(yù)警預(yù)測。鐵路水害致災(zāi)的預(yù)警預(yù)測，需要根據(jù)災(zāi)害發(fā)生的不同種類，采取不同計算方法設(shè)計合理的預(yù)警閾值，將鐵路水害致災(zāi)控制在可接受范圍之內(nèi)，從而保證鐵路的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王寶祥.襄渝線安康段鐵路水害成因與防洪對策[J].南水北調(diào)與水利科技,2013,1:150-153.

[2]劉府生.東南山區(qū)鐵路水害的體會與反思[J].交通科技,2011,3:145-147.

[3]周銘湘.渝懷鐵路水害分析與防治[J].山西建筑,2011,1:123-125