程杰

(蘇交科集團股份有限公司,江蘇南京 210017)

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山區(qū)橋梁建設(shè)期泥石流災(zāi)害風(fēng)險評價

程杰

(蘇交科集團股份有限公司,江蘇南京 210017)

摘要:為了對山區(qū)橋梁建設(shè)期防范泥石流災(zāi)害提供科學(xué)的決策依據(jù),文中從泥石流發(fā)生的潛在危險性、橋梁的抗災(zāi)能力兩個方面構(gòu)建風(fēng)險評價指標體系,利用流域環(huán)境動態(tài)函數(shù)與降雨條件函數(shù)進行潛在危險性評價,再利用模糊綜合評價法對橋梁進行抗災(zāi)能力評價,求得山區(qū)橋梁建設(shè)期發(fā)生泥石流災(zāi)害的風(fēng)險度,并將該理論和方法運用到實例中,對某山區(qū)一座在建先簡支后剛構(gòu)橋梁建設(shè)期發(fā)生泥石流的可能性及危害進行評價,驗證其可行性。

關(guān)鍵詞:工程管理;橋梁;泥石流災(zāi)害;危險性評價;抗災(zāi)能力評價;模糊綜合評價

橋梁是布設(shè)于地表的一條帶狀構(gòu)造物,在碰到各種地質(zhì)災(zāi)害時難免會遭到破壞,而山區(qū)的地形地貌復(fù)雜、地質(zhì)條件不穩(wěn)定、地質(zhì)災(zāi)害十分頻繁,對山區(qū)橋梁構(gòu)成較大威脅。其中泥石流的暴發(fā)通常較突然,且歷時短暫、速度快、破壞力強,能將大量固體物質(zhì)沖出山外。泥石流會以沖刷、撞擊的形式對流經(jīng)區(qū)域的橋梁造成直接破壞,泥石流的沉積還會對河道造成淤塞,引發(fā)水流沖毀橋梁的上部結(jié)構(gòu)。因此,尋找一種科學(xué)的方法預(yù)估泥石流對橋梁的破壞性,對山區(qū)橋梁建設(shè)期防范泥石流災(zāi)害意義重大。

1 泥石流災(zāi)害風(fēng)險評價原理

1.1 泥石流災(zāi)害風(fēng)險分析

對泥石流災(zāi)害進行風(fēng)險評估,就是對可能遭到破壞的承載體附近泥石流可能發(fā)生的概率及其可能損失進行評價和估算的過程。根據(jù)聯(lián)合國救災(zāi)組織對自然災(zāi)害風(fēng)險的定義,其中包含致災(zāi)因子和脆弱性兩個因素。因此,發(fā)生泥石流災(zāi)害的風(fēng)險度D可通過下式來計算:

式中:D∈[0,1];H∈[0,1],表示潛在危險性;F∈[0,1],表示抗災(zāi)能力。

泥石流風(fēng)險度等級劃分見表1。

表1 泥石流風(fēng)險度等級

1.2 評價體系的建立

對山區(qū)處于建設(shè)期的橋梁進行泥石流災(zāi)害風(fēng)險評價,就是分析在橋梁附近發(fā)生泥石流災(zāi)害的可能性及發(fā)生泥石流后對橋梁會造成多大破壞兩個方面,評價指標體系見圖1。

圖1 山區(qū)橋梁建設(shè)期泥石流災(zāi)害風(fēng)險評價指標體系

2 泥石流風(fēng)險評價方法

2.1 潛在危險性評價

通過對某區(qū)域內(nèi)歷史災(zāi)害發(fā)生的強度及誘發(fā)泥石流災(zāi)害的風(fēng)險因素兩方面進行潛在危險性評價。歷史災(zāi)害發(fā)生強度為誘發(fā)災(zāi)害風(fēng)險評價提供依據(jù)與補充,對泥石流的活動程度進行綜合評價,反映該區(qū)域內(nèi)發(fā)生泥石流的可能性。

采用環(huán)境動態(tài)函數(shù)E與降雨條件函數(shù)R的乘積Y來判斷泥石流是否發(fā)生。由于人類活動因素可通過一些制度進行約束,量化較難,只考慮其他因素對泥石流的影響。

(1)環(huán)境動態(tài)函數(shù)為:

式中:Ki為誘發(fā)因素統(tǒng)計權(quán)重;Ni為誘發(fā)因素的量化評分值(見表2)。

E取值的含義如下:E＜3.5時,流域環(huán)境穩(wěn)定;若3.5≤E＜8.4,則流域環(huán)境基本穩(wěn)定;8.4≤E ＜11.37時,流域環(huán)境不穩(wěn)定;E≥11.37時,流域環(huán)境很不穩(wěn)定。

表2 環(huán)境動態(tài)因素的量化評分值

(2)降雨條件函數(shù)為:

式中:K為降雨修正系數(shù),K＞1;H24為該地區(qū)1 d的最大降雨量(mm);H24(D)為降雨量在1 d內(nèi)可能引發(fā)泥石流的界限值(mm);H1為該地區(qū)1 h最大降雨量(mm);H1(D)為降雨量在1 h內(nèi)可能誘發(fā)泥石流的界限值(mm);H1/6為該地區(qū)10 min最大降雨量(mm);H1/6(D)為降雨量在10 min內(nèi)可能誘發(fā)泥石流的界限值(mm)。

H24(D)、H1(D)、H1/6(D)的取值見表3。

表3 引發(fā)泥石流界限值的取值　mm

R取值的含義如下:R＜3.1時,表示安全雨情;3.1≤R≤4.2時,表示可能發(fā)生泥石流的概率P＜0.2;4.2＜R≤10時,表示可能發(fā)生泥石流的概率為0.2≤P≤0.8;R＞10時,表示可能發(fā)生泥石流的概率P＞0.8。

(3)泥石流是否發(fā)生的綜合判別函數(shù)為:

各參數(shù)取值見表4。Y取值的含義:25＜Y＜35 時,泥石流發(fā)生的幾率約為64%;Y≤25時,發(fā)生泥石流的幾率約為17%;Y≥35時,發(fā)生泥石流的幾率約為85%。

表4 判別函數(shù)值

2.2 抗災(zāi)能力評價

泥石流爆發(fā)后,泥石流主要通過以下方式對橋梁造成破壞:1)對橋梁進行沖刷,使橋梁基礎(chǔ)受到掏蝕,進而破壞橋梁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性;2)泥石流中含有大量固體物質(zhì),加上泥石流速度快,其對橋梁的沖擊力大,造成橋梁的橋墩喪失承載力并影響橋梁的整體性能;3)泥石流若在橋梁附近沉積,會造成橋梁堵塞,進而破壞橋梁上部結(jié)構(gòu)。

鑒于山區(qū)橋梁受泥石流損毀程度受其設(shè)計參數(shù)合理性的影響,加上橋梁抗災(zāi)能力的影響因素具有較強的模糊性,采用模糊綜合評價法對山區(qū)橋梁的抗災(zāi)能力進行評價,評價指標等級見表5。

表5 橋梁抗災(zāi)能力評價指標等級

分值A(chǔ)的含義如下:0.8＜A≤1時,橋梁具有極低抗災(zāi)性;0.6＜A≤0.8時,橋梁具有低度抗災(zāi)性;0.4＜A≤0.6時,橋梁具有中等抗災(zāi)性;0.2＜A ≤0.4時,橋梁具有高度抗災(zāi)性;當0＜A≤0.2時,橋梁具有極高抗災(zāi)性。

3 實例應(yīng)用

某山區(qū)正在建設(shè)一座橋梁,該橋梁主跨180 m,為先簡支后剛構(gòu)。橋址處為一發(fā)育不穩(wěn)定斜坡,傾角約40°,坡體呈松散狀態(tài),存在發(fā)生泥石流的潛在可能性。橋梁跨越段河道寬320 m,河底標高136 m,橋梁呈80°跨越。

3.1 潛在危險性評價

(1)環(huán)境動態(tài)函數(shù)。根據(jù)該橋所處位置的地質(zhì)狀況給出量化評分(見表6)。按式(2)計算,得E= 10.85,流域環(huán)境不穩(wěn)定。

(2)降雨條件函數(shù)。通過查閱該地區(qū)的歷史降雨資料,取H24=158.9 mm、H1=70.8 mm、H1/6=11.8 mm。根據(jù)經(jīng)驗,取K=1.2,該地區(qū)年平均降雨量為1 046 mm,得H24(D)=60 mm、H1(D)=20mm、H1/6(D)=10 mm。按式(3)計算,得R=7.37,可能發(fā)生泥石流的概率接近60%。

表6 環(huán)境動態(tài)函數(shù)量化評分

(3)泥石流發(fā)生判別函數(shù)。按式(4)計算,得Y =79.96。發(fā)生泥石流的幾率約為85%,屬于極高度危險區(qū),在施工過程中應(yīng)采取相應(yīng)措施降低風(fēng)險。

3.2 抗災(zāi)能力評價

首先建立評價集V={極低抗災(zāi)性,低度抗災(zāi)性,中等抗災(zāi)性,高度抗災(zāi)性,極高抗災(zāi)性}={1,0.8,0.6,0.4,0.2},然后邀請相關(guān)專家對抗災(zāi)能力評價中各影響因素進行打分,從而確定各指標權(quán)重W(見表7),構(gòu)建隸屬度矩陣R(見表8)。

表7 各指標權(quán)重

求得模糊向量B=W·R=(0,0,0.313 3,0.530 1,0.156 6),得:

表8 抗災(zāi)評價指標評判的隸屬度

可見,該橋梁為中等抗災(zāi)能力,若發(fā)生泥石流,會對橋梁造成一定程度的損害。

3.3 風(fēng)險度計算

根據(jù)上述計算結(jié)果,該橋潛在危險度約為0.85,抗災(zāi)能力為0.431 3,按式(1)計算,得該橋發(fā)生泥石流災(zāi)害的風(fēng)險度D=0.367。根據(jù)表1,該橋所在區(qū)域泥石流災(zāi)害風(fēng)險為高度風(fēng)險。評價結(jié)果與實際情況相符。

3.4 對策建議

由于該橋的抗災(zāi)能力一般,而發(fā)生泥石流的潛在危險性卻很高,需提高橋梁的抗災(zāi)能力。在建設(shè)中要合理開挖,不能破壞山坡表層;同時合理進行采石,合理處理棄土、棄渣。在可能形成泥石流的區(qū)域修建排水工程如排水渠,在可能發(fā)生泥石流的源地采取工程措施,如修建攔砂壩、護坡等,還可修建一些排導(dǎo)工程如導(dǎo)流堤、排導(dǎo)溝等控制泥石流的流向,從而減少對橋梁的損害。

4 結(jié)語

該文在系統(tǒng)分析影響泥石流發(fā)生的因素及泥石流對橋梁破壞方式的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了山區(qū)橋梁建設(shè)期泥石流災(zāi)害風(fēng)險評價指標體系,綜合潛在危險性和抗災(zāi)能力兩方面來衡量發(fā)生泥石流災(zāi)害的風(fēng)險度。實例運用表明,該理論和方法的評價結(jié)果與實際情況相符,表明其具有一定的現(xiàn)實意義,可為山區(qū)橋梁建設(shè)期防范泥石流災(zāi)害提供決策依據(jù)。

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收稿日期:2015-12-04

中圖分類號:U445.1

文獻標志碼:A

文章編號:1671-2668(2016)02-0236-04