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  • 2022-05-11 18:29:25 发布

基于风险调控原理的高地震烈度山区选线设计研究

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-SOUTHWESTJIAOTONGUNIVERSITY.巧補誦博i学位论文^DOCTOR乂LDISSERTATION義论文题目;基于风险调控原理的瞧高地震烈度植选线设计研究遍A谭為年级;2010级鬟、^研究生:槪雞....-^^8指导教师;释—_-對201548 国内图书分类号:U212;U412;P315.9密级:公开国际图书分类号:拍5西南交通大学研究生学位论文基于风险调控原理的高地震烈度山区选线设计研究年级2010级姓名邱燕玲申请学位级别博壬专业防灾减灾工程与防护工程指导老师姚令侃教授二零一五年八月王十日 ClassifiedIndex:U212U412;P315.9;U.D.C:625SouthwestJiaotonUniversitgyDoctorDegreeDissertationROUTELOCATIONINHIGHEARTHQUAKEINTEN別TYMOUNTAINOUSREGIONSBASEDONRISKCONTROLGrade:Doctor2010Candidate:QiuYanlingAcademicDereeAliedfor:PH.Dgpp.yDisasterM出gationandcrJProtectiveEnineennggSuervisor:YaoLingkanpAu.302015g, 西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留,、使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可W将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可W采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1.保密□,在年解密后适用本授权书;^2.不保密0,使用本授权书。""(请在W上方框内打V)学位论文作者齡指导到磯名;.^曰期:0应今日期;7〇皮7X>/T9 西南交通大学博±学位论文创新性声明,工作所得的成果。本人巧重声明:所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究除文中己经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下:(1)目前,虽然有山区线路利用构造盆地的工程案例,但尚未见到有从理论层面对这些工程实践合理性进论述的文献。论文基于构造地貌理论,通过对活动断裂塑造的:对逆断层地貌格局和强震灾害效ik的综合分析,提出,线位可选择在下盘的盆山过渡区域,;对正断层,由于该类断层震级不大,铁路可沿正断层上盘断陷盆地布线并采用对走滑断层一工程抗震设计抵御地震风险,般有平直地形可利用,可实现W简易工程;通过走滑断裂带的减灾策略。为山区线路走向方案合理利用构造盆地提供了理论依据。(2)长期W来,选择对线路有利部位通过是线路定线的基本原则。地震波在山区的。复杂传播过程,使山区各地地震波响应有巨大差异论文基于地震波动理论,针对选线。关也的地貌单元和空间尺度,根据地震波传播的地形效应研究对线路相对有利的部位一提出,:在确定大段落线路高程时可不考虑高程放大效应,但般不宜采用山脊线方案;在体波占地震波主要能量的近场区,,线路应选择迎坡向在面波占地震波主要能量的远,,场区,线路应选择背坡向;线路通过峡谷地形时根据活动断层与峡谷之间的相对位置一应避免选择峡谷入射方向的侧等。发展和细化了高地震烈度山区地形选线理论。(3),也是减灾的重要环节,大震么后对地震受损线路进行快速修复和重建工作,一但汉川地震前,相应技术的发展直未得到重视。论文在汉川地震后5年加固修复挡墙工程运行状态追踪调查的基础上,结合理论分析,提出基于震害机理的震损挡墙工程修复设计要点:倾斜变形挡墙震后仍为挡±墙工点,采用横向加固措施可有效地控制变形发展,并能将挡墙整体稳定性和基地应力恢复到规范要求;整体滑移变形挡墙可能已转变为滑坡工点,可根据整体滑移变形量快速判断是否已转化为滑坡工点,从而按滑坡制一定处治方案。W挡墙工程为例,完成了项基于震害机理的工程修复技术案例性研究。学位论文作者签名;辟疫挺曰親皆 西南交通大学博±研究生学位论文第I页摘要""512.巧川大地震对山区铁路公路造成巨大的破坏作用,不仅严重阻碍了抢险救援队伍的进入,而且严重滞后地震灾区的恢复重建。目前线路工程的抗震设计主要体现在结构物抗震设计方面,但通过选线源头规避与线路工程全寿命周期统筹防控风险,才是最先进有效的抗震减灾模式。因此高地震烈度山区铁路减灾选线,应是铁路定线为一主体,同时考虑线路工程全寿命周期统筹防控风险的种总体设计。论文在纹川地震、芦山地震大量实震资料调查的基础上,W大地震风险调控为指导思想,开展了高烈度地震区新建线路从廊道选择、空间定线到个体工程设计的选线技术研究,,,并针对震后成灾环境巨变次生山地灾害频发的特殊情况研究有关震后线路工程修复与重建技术:。主要工作及研究结论如下,总结了路基工程震害特征通过对实震现象的调查分析,提出减轻山区线路震害的根本措施,:路基工程破坏并不严重而且易于抢通;山地灾害是造成线路工程破坏的最主要因素,山地灾害对线路工程的影响远大于工程直接震害;边坡防护工程能有效减轻山地灾害对线路的影响,,但地震触发山地灾害的发生往往是始于山脊线附近的对线路造成巨大损失的山地灾害发生在路域W外;对山地灾害的预防(防治)不能单纯依靠工—程措施,应该在线路设计的源头选线阶段从减灾的角度来考虑线路通过发震断裂,;任何加强工程结构物抗震能力的措施都难抵抗大地变形问题,应通过选线阶段的策略来减轻震害柄失。针对选线设计环节中的廊道方案选择,运用构造地貌理论,对活动断裂塑造的地貌格局和强震灾害效应的综合分析,得出廊道方案原则:断裂构造盆地在地形陡峭的山区一往往形成系列宽谷或线状分布的开阔地形,即是自然演化的经济据点和交通廊道,也是选线应利用的有利地形,还能有效减轻铁路服务期内的山地灾害逆断层下盘烧曲盆;地、正断层上盘断陷盆地、走滑断层断陷盆地和拉分盆地,均是铁路廊道方案可利用的,对逆断层地貌单元综合考虑地震风险和地形条件,线位可选择在下盘的盆山过渡区;域;对正断层,由于该类断层震级不大,铁路可沿正断层上盘断陷盆地布线,并采用工一,程抗震设计抵御地震风险,般有平直地形可利用可实现W简易工程通;对走滑断层过走滑断裂带的减灾策略。针对选线设计环节中的空间定线,根据波动理论与实震资料,研究了地震波在H维空间传播的地形效应,提出,W线路在地震动作用相对较弱的部位通过为原则高地震烈度山区空间定线要点:区域性地震动的强弱程度与富程并无密切的关系,宽厚山体或大地势台阶也不存在明显的地震动沿高程递增的规律性,,在选线确定大段落线路高程时 第II页西南交通大学博±研究生学位论文可不考虑高程放大效应;体波的直射和反射使背坡面易于产生顺坡向的裂隙,因此易在,且面波不易于传出迎坡面背坡面产生大规模的崩塌灾害,迎坡面更易于形成面波,因,此在迎坡面产生表层塌滑灾害,当坡体两岸条件相同时在体波占地震波主要能量的近,场区,线路应选择迎坡向在面波占地震波主要能量的远场区,线路应选择背坡向;峽R一谷地形在空间上能有效阻断高频成分ayleigh波的传播,地震波在峽谷入射侧振动强一选线通过峡谷地形时,,根据活动断层与峡谷之间的相对位置烈在另侧减弱,,应避免选择峡谷入射方向的一侧。针对选线设计环节中的个体工程布设,,在风险调控的设计思想下提出高地震烈度区采用新建工程造价低、损毁后宜修复的路堤、浅路壁、短隧、低桥等简单易修复的工程减轻大震风险的减灾策略。对大地形变导致断层两侧线路发生错断的特殊灾害,研究,了相应的线路减灾设计方案,为使线路恢复的工程量最小线路宜W大曲线半径通过断层,地震后可通过减小曲线半径的措施恢复线型要求;若不降低原线路设计水准,在线一一路设计时,,曲线外移变形侧需预留段直线段;不宜直线段通过断层若W直线段一通过断层,也应在断层附近设曲线。对于断层蠕滑问题,认为在线路空间定线时不构。成控制性问题,可放在工程布设和工程设计环节予W考虑灾害弹性是目前国际上应对大灾所提出的最新理念,建设灾害弹性道路体系,也是我国的发展方向,而铁路公路抢险修复技术,则是弹性道路体系实现迅速恢复正常功能的重要保障。在汉川地震路基工程震害调查的基础上,总结路基工程抢险保通工程措施;、对震后受损的路基支挡工程,研究其震损机理震后损伤评估及震后修复加固技术。另夕h在奴川地震震后线路工程案例分析的基础上,对峡谷地区重建线路和震后新建线路,提出选线设计的原则。震后线路抢险保通的基本原则是对线路通行有较大影响的变形过,,大或局部破坏结构,采取简单有效的临时加固措施维持道路通行提高线路通行能力。,需治理滑坡对路基挡墙主要采用加固坡脚,对地基不稳定工点。挡墙震损主要有倾斜变形和滑移变形两种模式。倾斜变形挡墙震后仍为挡止墙工点,采用横向加固措施可有,并能将挡墙整体稳定性和基地应力恢复到规范要求效地控制变形发展;整体滑移变形挡墙可能已转变为滑坡工点,需根据变形位移判断是否己发生转化,从而按滑坡制定处治方案。对在原有线路廊道上恢复重建的线路工程,需避开地质灾害高发期,重建工程应W震后次生山地灾害防范为主指导选线设计,在地质选线框架下,注意震后次生山地""灾害的特点。震后新建生命线工程,应在廊道上与既有线分开。关键词:选线设计地震风险调控构造地貌;波动理论;断裂地表位移恢复重建;;;; 西南交通大学博±研究生学位论文第III巧乂bs化act艮ailwaysandhihwaysinmountainousareaswerelareldamaedduri口5.12Wenchuanggyg呂Earthquake.Itnotonlyseriouslyhindered化eentryofdierescue化am,butalsodelayedthe-recoverandreconstructionrocessoftt.tytheearhuakesrickenareasAresentseismicdesins,pqpgofrailwaandhihwaaremainlfbcusedonthedesinofenineerinstructures.Howeverygyyggg,hazardavoidanceinl;hesourcestageofroutelocationandoverallriskcontrolofrouteengineeringin化ewholelife,arethemostadvancedandefectivecountermeasuret;omitiateseismicdamaes.ggThereforehazardavoidancelinelaoutandriskcontrolofrouteenineerininthewholeli括,yggshouldbesystemdesignofroutelocatio口i打highearthuakeintensitymountainousreions.qgInthisdi巧ertationinvestiationwascarriedouto打roaddamaestrieredbWenchuan,ggggyandLushanearthuakes-?了hennewbuihroutelocation化chniuinhihearthuakeintensitq,qegqymountainousregionsCO打sistingoftransortationcorridorsselection,sacelinelao山andsiteppystructuredesignwasresearchedbasedontheconcetofearthuakeriskcontrol.Afterthe,pqearthuakenaturalenvironmentdeterioratesandsecondarsloehazardsronetooccur.Fortliisq,ypp*-ostseismicenvironmentremediationandieconstruction把chnoloiesforseismicdamaeroadp,gg'*eWeiSisearched.Themainworksandconclusionsareasfollows:Throughinvestigationandanalysis,seismicdamagecharacteristicsofsubgradeengineeringweresummarizedandfimdamentalcountermeasurestomitiateseismicdamaeofroutein,ggmountainousreions.hedrihegwereroosedTdamaeofsubraeenineenisnotverserious.Tppggggyemergencymain化nanceiseasytoopenfbrtraffic.Slopehazardistheprimarycauseofroaddamage.Roaddamagecausedbyslopehazardstriggeredbyearthquakeismuchmoreseriousthanthatcausedbyl:heearthuakedirectly.Sloestabilizationmeasurescaneffectivelreducetheriskqpyofslopehazards.Butslopehazardstriggeredbyearthquakesoftenstartfromtiheridge.SlopehazardscausedreatdamaeU)roadstisbeondherihtofwa.Thereventionofsloehazardsggygyppcannotrelysolelonstabilizationmeasures.Thereneedt:oconsiderdamaemitiationfromtheyggstaeofroutelocationwhichisthebeinninoftheroutedesin.Whenthrouhtheactivefaultg,gggg,anyseismicdesignstructurecannotresist化eearthquakesurfacedelbrmation.Toreduce也edamaeofthedefbrmationcountermeasuresshouldbetakenin1;hestaeofro山elocation.g,gFortransortationcorridorselectioninroutelocation化erimaraternofroaddamaebp,pypgyearthquakeinmountainousKgionswasconcludedbyeomorholoevolutioiUheory.Fromthegpgytectoniceomorholotheorlandformaternsfbrmedbactivefaultsandseismicdisastergpgyy,pywereanalyzedandtherincilesoftransortationcorridorsselectionwereobtained.Fault,ppp化ctonicbasinsusuallformwideandflatterrainzonaldistributedinsteemountai打swhichyp, 第IV页西南交通大学博±硏究生学位论文graduallyevolveintohumansetlementsandtransportatio打corridors.Thetransportationcorridorhasnotonlfavourabtctt.letoorahconditionsbuaneffecivelavoidhesloehazardsalsoypgpy,ypFlexuralbasi打onfootwallofreversedfaultsriftbasi打onhaninwallofnormalfaultsandrift,gg,bas--inandullaartbasinonstrikeslifaultsareavailableeomorhicunitsoftransortationpppgppcorridors.Considerin呂bo也seismicriskandtopographyconditions也econclusionsare;The,trans1ttsitionzonefrommountain:0basi打onfoowallofreversedfaulisavailableforroad.Because化eearthuakemagnitudeofnormalfaultsisnotverylareroadcanasstheri巧basinandresistqg,p,*theseismicriskbyseismicdesignofengineeri口gstructures.Theiehasstraightandflatterrain-alongstrikeslifaults.Businsimleenineeringstructureswhichareeastoberemediedpygpgy,damagescanbemitigated.Forspacelinelayoutinroutelocation,theefectof化pographyonseismicwavepropagationinthree-imensionalsacedisstudiedbasedo打化ewavemotion化eorandseismicdamaep,yghenomenon.I打化erincileofassin化esitewUhweakroundmotion化ekeointsofsaceppp,pggyppnesaoutwereroosedThereisnocoserelationshetwee打化entenstofoundmotionlilypp.lipbiiygrand1ttttt化;heelevaioninregions.Thegroundmoioninensiyoflargemounainorrrainladdersisnotcontinuedtoamplifywi化l;heincreaseofelevation.Elevationamplificationeffectisnotconstt.twavesideredatrouteelevationdeermi打ationoflargesecionsThedirectandreflecedbodyfracturerockmassalon1;hehillsidebacktot:hewaveroaationdirectionandmassivesloegppg,phazardshaen.Alonthehwavetppgillsidefacingroaationdirecionsurfacewavesiseasiertoppg,formandsreadawaharderthantheoosUehillsideandt;hesurfacesoilsslidemore.Asthepypp,-wavessharesultroutesinearthuake打earfieldwithreatbodllbeselectedalonthehildelsi,qgygwavettwh-tt化dfacinroaaiondirecionilefarfie!dwihreasurfacewavesshallbeselec化egppg,goosi把side.Vallecanefectivelobstruct化ehihfreue打craneofRaehwaveppyygqygyligpropagationi打space.Theroundmotiononthewaveincidentsideisstro打erthantheotherside.ggValleyroutesshallbeavoidedtheincidentsideofseismicwaves,accordingtotherelativepositionbetweenactivefaultandvalley.Forsitestructuredesigninroutelocation,simplestructuresareadoptedtoreducelossesbasedonriskcontrol.巨mbankmentshallowcutinshorttunnelandlowbridearesimle,g,gpstructureswhcarettecostCO打structo打andtoremettihlilforieasdy.Becauseofheearhuake,yqsurfacedeformationroadisdisconnededwkhadislaceme打tonthetwosidesofthefault.,pSpecialdesignforlinetomitigatethedamageof化edeformationisstudied.Tominimize化erecoverroectlareradiuscurvesareusedtoacrossthefault.Aftertheearthuakeitcanyp,gqj,recoverbydiminishingtheradiusofthecurve.Tokeethestandardoftheline,asectionofpstraihtlineneedstobereservedfortheoutwarddeformationsideofl:hecurvewhenl;helineisg, 西南交通大学博±研究生学位论文第V页nedttt.Idesig.Ifsnosuiableforroadthroughthefaultinasraightlineftheroadpassesthroughthefaultinastraightlineacurveshouldbedesinnearthefault.Faultcreeroblemisnotcritical,gppforspaceli打elayout,hcanbesolveinstructuredesign.D-isasterresilientis化einternationalnewconcetditermitiationnowThebuiltroepofsasg.山systemofdisasterres化enceisalsol;hedevelopmentdirectionofourcountry.Emergencymaine打ancechnolorailwandhisisanimoranecon;〇acesast化gyofsahwattsti!hievthediterygypresilience?良asedo打theinvestiatio打ofsubradedamaestrieredbWenchuanEarthuakegggggyq,engineeringcountermeasuresofrescueandsecurityweresummarized.Theseismicdamagemechanism,evaluationandmaintenanceofretainingstructuresarestudied.Moreover,basedonecaseanassofremeiationandreconstructonroadsafterWenchuanEarthaete化lyidiquk,h-trincilettppofnewbuilroadandreconsructionvalleyroadsisroosed.Inheeriodofrescueandppp'securitstructuresdamaedasmallortio打oforstructureswkhreatde抗rmationarey,gp,g,temporarilyreinforcedwkhrapidandeffective化chniques化maintainandimprove化eroad'traficcaacit.Thefootofretaininwallsandtheunstableft)undatio打sheneedtobeIeinforcedpy呂.Thereweretwodeformationmodesofseismicdamaeforretaininwallsinch打eddeformationgg,andslidindeformation.Theinclinedretaininwalscoullbeareso。ressureaere呂gld巧ilthftthpearthquake.Thelateralstrengtheningcouldeffectivelycontroldevelopmentofthedeformation,aswellasmake化eoverallstabilityand化efoundationstr巧smeeUhecodereuirement.Someoftheqslidindeformationretaininwallsmayconvertintolandslidesites.Accordintotheamountofggg*deformation,thelandslideshecanbedistinguished,and化entherightiemediationschemebe仿rmuttttlated.Forreco打structio打roadswiht;heorii打alransorationcorridor1;heconstruciongp,-needstoavoidtheactiveperiodofostseismichazards.Theeoloicalhazardsneedtobeaedpggpyatentonoandu-idedrouteocaionFornewbulroaith1;esenseoflifeneteitlt.itdwhlihg,transportationcorridorshouldbeseparatedfromtheexistingone.Kewords:routeselection;earthuakeriskcontroltectoniceomorholowavemotionyq;g;pgy;化eor;ruturesurface出slacementrecoverandreconstructionypp;y 第VI页西南交通大学博±研究生学位论文目录第1章绪论1111.选题背景和研究的意义1.2国内外研究现状321.3.1选线设计发展及现状1.25.2山区选线设计研究21..3高地震烈度山区选线设计研究现状71.210.4震后线路工程修复及重建设计1.3主要研究内容、思路与技术路线101.3.1主要石升究思路10111.3.2主要研究内容1.3研究技术路线12.32章山区线路工程震害特征第142.1没川地震线路工程震害概况142.2路基工程震害特征分析152.21.1路堤工程震害特征622.220.挡墙工程震害特征分析工程震害分析2.2.3路壁边坡342341.本章小结第3章基于构造地貌与地震活动特征的廊道选择423.1断裂塑造的各类山间构造盆地42丄31烧曲类盆地特征433丄2伸展类盆地特征44463丄3走滑类盆地特征32基于地形和46.灾害风险综合分析的廊道方案选择原则3.247.1近逆断层的选线原则3.2.2利用正断层断陷盆地的廊道方案原则47.3.23利用走滑断层构造盆地的廊道方案原则483.3本章小结49 西南交通大学博±研究生学位论文第VII页4第章基于地震波传播地形效应的定线技术504.1地震波理论504丄1地震波的基本方程504丄2地震波的散射544.2地震波地形效应分析与定线要点巧4.2.1高程放大效应与定线要点巧4.22山63.体坡向效应与定线要点4.2.3峡谷地形屏蔽效应与定线要点664.3本章小结74第5章大地形变与跨断裂线路设计75165.1大地形变预估方法5丄1确定性分析方法775丄2概率危险性评估方法785丄3最大永久位移回归模型795.2考虑大地形变的跨断层线路设计805.2.1断层在曲线上815.2.2断层在夹直线上8252.3.断层在直线上855.3蠕滑变形区线路工程设计875.4本章小结88第6章线路工程全寿命周期大震风险调控技术896.1采用简易工程策略应对大震风险条件分析896犯.2震后线路工程抢险修复技术6.1.2震后线路工程抢险保通措施%6.2.2基于变形控制的路基支挡结构修复技术976.3震后重建线路设计原则107610.3.1峡谷区线路震害特征与重建工程设汁7""工程选线设计原则6.35.2生命线1167.4本章小结11结论1191论文的主要工作及结论1192论文的创新点120 第vm页西南交通大学博±研究生学位论文3问题与展望121致谢122参考:^:献123攻读博±学位期间发表的论文及科研成果135 西南交通大学博±研究生学位论文第1巧第1章绪论1.1选题背景和研究的意义""2008年5.12汉川Ms8.0级大地震,对山区铁路公路造成巨大的破坏作化引条高速公路、15条国省干线公路、2795条农村公路不同程度受损,成灌铁路、广岳铁路、W德天铁路、宝成铁路绵阳至广元段等9条铁路严重受损。交通线路的损毁,严重阻碍延缓了抢险救援的进度,加大了救援工作的难度,痛失了地震抢救生命的黄金72h。大规模滑坡和崩塌从山脊崩滑,在河谷形成喔塞湖,也成为加剧地震灾害和危害震后重建-的主要因素表11列出了没川地震中山区主要公路交通中断原因及抢通时间。-表11主要交通路段破坏原因及抢通时间距地震发破坏路段破坏原因抢通时间需救灾的乡镇生时间(h)一--12都江枢映秀崩塌、滑坡、桥梁巧塌200851717:002.5映秀镇一-->1、2008217映秀:1000汉川县汾|崩塌滑坡、桥梁巧塌900一、2008-5-152179坟川理县滑坡崩塌、泥石流;30理县一2008--21170021.5坟川茂县滑化玲塌,瑕塞湖5:8茂县2008-5-11700、6.5茂黑水崩塌滑坡;98黑水县什镇一-20085J317.红白镇崩塌:002665什郎洛水、滑坡、桥梁巧塌一2008-8-2617>1绵竹汉旺^平框塞湖群、滑坡、崩塌;00000绵竹清平乡一--26北川滑坡、崩塌.5安昌镇、地裂缝200851317:00安昌镇胃—2008--北川茂县11717:30>1000北川具—2008--91701705.5青川凉水唐家河崩塌、龍1:0一2008--17170519.5青川凉水青川县城崩塌、滑坡:00青川是一2008-5-11700179.5青川凉水剑阁崩塌、滑坡;0青川凉水镇一2008--174520.5江油南巧镇崩塌、滑坡;0019南巧镇-一20085-11700170.5南现镇平武崩塌、滑坡、枢塞湖9;平武县--一2008511200165虹口镇崩塌、滑坡9.5虹口都江框:镇523-我国的地震活动主要分布在个地震区条地震带上(图11),绝大多数均处于山区,其中青藏高原东缘与四川盆地扬子板块之间地质条件极为复杂,具有活跃的断裂 第2页西南交通大学博±研究生学位论文。、、构造体系和高山峡谷地形地貌,是中国大陆地形最陡峭的地方西藏新疆云南、四""该区位于喜马拉雅-地中海川、青海、甘肃、宁夏等西部省区属于青藏高原地震区,。地震带上,地震断裂带十分发该地震区是我,受太平洋板块和印度板块板块的挤足育一个地震区,这里8级W上地国最大的,也是地震活动最强烈、大地震频繁发生的地区-震发生过9次77.9级地震发生过78次,均居全国之首。;..I早..?/、患爱年。级據:驟聲护铺组19318.0年級4?鲜、'?-?护心、护巧覆纳觀'!於苗阿克換1974年7.3级避分.,矣/參'h‘、*&-巧复巧|',闽向析[§!1.一》王屬觸_;>海城975奸73级.MUi,‘'-?gW27‘6?户、一歷.8K,-:令刖I啊泣rfI/?—^’、…".'、离如969料4級二巧屬/——巧貼I9練冷林说]7的!呼尚;iLrr.2。解8.1线\;。#為",达口"柯7级'?-?扮1例7.、奋午巧心、..^-7*93.S^7往决1巧巧’韓4^逆张巧。年.巧巧*;穿>、,当95i毕方域W73年7.蝴2008<气I帥.0緩/、乎則:省/警?''苗!A二-巧巧W8汁7-冷.讓知紙I?糸,;?!;'/"巧熙巧50年?.5玻UA昭迪1的4年。巧.'"心!,;(!■南*ms軒诚mtB1999年7.诚:皮践107的7.,巧\v>少/?、'?’'?mo年77-‘进巧..级.W5、,\;、'>A^拥沧1988年7.6巧:非—trf>‘’、、';;矿讀■纪图中国主耍地震带及20世W来的7级W上地震分布示意。西部山区铁路公路的建设,线路不可避免的要穿越島地震烈度区已在建设的大(--理)瑞(丽)铁路和拟建的丽江香格里拉铁路,位于云南省西北部的滨西高原,区域地处川漠菱形块体和演细块体的结合部位,是青藏漠麵印尼巨型歹字型构造体系中段,及其与滨西经向构造体系相复合的部位,地震活动频度商,强度大全线地震基本烈度均在VHW上,大部分化区为VI。川藏线穿越龙口山地震带、甘孜炉霍地震带、雅鲁藏布江地震带,近,这些都是我国活跃的地震带,地震烈度大多在MW上百年来均有特大地震发生,西藏察寓地区1950年发生过Ms8.5级地震,1951年当雄Ms8.0级地震,20088--年巧川Ms.0级地震。拉萨林芝段铁路,南线沿雅鲁藏布江方案林芝郎县190公里为\1-地震基本烈度,北线沿尼洋河方案林芝百己段70公里为VI地震基本烈度,高地震烈度区的线路工程风险己成为线路方案比选的控制因素。成兰铁路,线路横穿川西北高原与-四川盆地过渡区,主要有龙口山招皱断裂带、眠江断裂、东昆仑断裂、舟曲迭部断裂带、五。雅(安)沪(沾)高速公路,行等,其中有四十公里必须穿越汉川地震强震灾区 西南交通大学博±研究生学位论文第3页经场地地震活动频繁,断裂构造发育,主要有鹿子岗、红花、施查沟、九襄隐伏、金坪、-美乐、白马及鲜水河10处断裂本烈度:雅安对岩观音、大凉山、安宁河,场地地震基-00km-岩1路段为W,,观音岩菩萨岗75km路段为\1菩萨岗沪沾70km路段为IX。1W6年唐山7乂级地震,工程结构的地震响应,地震砂±液化等特殊的地震工程破坏现象,使我国研究人员认识到抗震设计的重要性,我国地震工程学迅速发展。长期W来,,工程界关注地震动作用造成工程结构物的破坏研究结构物抗震设计来减轻灾害损,通过几十年对地震动和结构动力特性的认识理解失,结构抗震设计理论经历了静力、-反应谱、动力设计王个过程。发生在山区的地震,如1989年美国加州Mw6.9洛马普雷塔大地震,1991年格鲁吉亚Mw7.0拉恰地震,1999年台湾Mw7.5集集地震,2002年伊朗Mw6.5埃瓦吉地震,2004年日本Mw6.6新潟县中越大地震,2005年克什米尔Mw7.6地震,2008年Ms8.0汉川地震,2013年Ms7.0芦山地震,由于地震波的传播与山区高低起伏地形的锅合,地震诱发了大量的崩塌滑坡。但目前地震诱发山地灾害的机理研究甚wfi少,山地灾害的分布规律和活动特征的研究也处于初期。铁路公路是抗震救灾的生命一线工程,旦遭遇严重震灾,不仅会阻碍抢险救灾,加重次生灾害,而且会严重滞后地区经济的恢复。不同于工程结构物的抗震设计,地震诱发的次生山地灾害只能在线路原则方案确定前解决,在选线阶段采取绕避策略从源头上避免或减轻灾害,高地震烈度山区的选线设计技术成为急需解决的关键问题。选线设计是铁路设计与建设中关系到全局的总体工作。目前的铁路抗震设计规范,在线路方面都只有几条原则性的条文,其中涉及到山区线路的条文更少。目前线路工程的抗震设计主要体现在结构物抗震设计方面,但通过选线源头规避与线路工程全寿命周期统筹防控风险,才是最先进有效的抗震减灾模式。高地震烈度山区减灾选线设计技术的研究,能在线路局部方案比选及线路构筑物的选型阶段提供决策依据,为高地震烈度山区铁路公路的建设起到指导作用。1.2国内外研究现状1.2.1选线设计发展及现状一选线设计是口历史悠久的技术。19世纪初产业革命后期,钢铁工业、机器制造业一一等己达到定水平,铁轨和蒸汽机车先后发明,随着工业生产发展的需求,世界第条铁路在1825年英国达林顿至斯托克顿间问世,此后,铁路在西方发达资本主义国家迅速兴起20世纪初第一次世界大战前达资本主义国家进入到铁。19世纪下半叶至,西方发一路兴建的高潮期,铁路选线设计技术正是在送时期从无到有并逐步成型。在几十年的t铁路建设实践中,负责铁路线路定位的工程师们(locainenineers)不断探索gg,在成功一tW些选线设计的思想和方法,ilardBea和失败的经验教训中逐渐形成了Wlhan总结了这些工程师大量的经验教训,理论,建立了决定线路空间位置的方法和理论体系中除了地 第4页西南交通大学博±研究生学位论文质地貌定线、平纵断面设计外,还涵盖了现场踏勘、施工组织设计、测量、机车牵引计算、列车运行阻尼、工程经济、客货运量调查等多方面内容,初步建立了铁路选线设计一民u的框架体系。同时期cHenr《lesforrailwalocationandconstruction》,工程师My编写了y11[-1,、轨道书涉及到铁路建设中线路、测量、道渣、桥涵等,在线路方面给出了曲线半径,、限制坡度、道岔、连接线等线路要素的几何参数和主要技术指标。随后铁路选iuh,Wiams,线设计的思想和方法不断完善ill^考虑自然条件和经济状况的条件下W保障安全、提高铁路收益为目的,,调整线路方案进而建立了当时铁路选线设计完整的理论一,并首次提出了线路方案优化的理念,其中大部分理论成果直沿用至今。公路方面,随着科学技术的发展选线技术的发展稍滞后于铁路,机动车行驶速度不断提高,不断一对公路的线型状态提出新要求,为满足这要求,公路方面的选线设计思想开始起步。参考铁路线路设计tW,结合公路自身的特点,工程师Crosby和Goodwin建立了公路选线一,设计理论,并有专著出版。此后,选线设计作为口技术发展成熟国外鲜有关于选线一设计的专著研究问世,但作为线路工程建设的项重要环节在工程技术书籍中出现一次工业革命的高潮信息技术的发展带来了又。在信息技术的带动下,航空摄影测量、GIS、邸S、RS等测绘新技术,地质遥感、物載原位测试等勘探新技术迅速发展,这些新技术的采用,使铁路公路勘测水平有了质的飞越,结束了外业测绘靠人工跑尺,内业制图靠人工计算手绘的传统模式。20世纪80年代W来,随着航测遥感技术和GIS技术的成熟W及电子计算机技术在数据采集、处理和制图方面的逐渐普及和推广,选线设计的方式发生了根本性改变。选线设计工作者开始探索智能化、自动优化的选线设计技术,形成了利用测绘新技术手段采集数据,建立数字地理模型,虚拟真实环境,计算一机局部线路方案生成并比选择优的智能选线设计更进步,则是在数字地理模型PW、。中加入社会因素,实现客货运量营运服务等方面的评估等一建国已来,.中国成为铁路发展最快的国家,新中国成立后的第项大型基础建设就一。是成渝铁路,统了全国勘测设计标准此后我国成立了专业的勘测设计队伍,铁路的勘测设计事业走向了规范化、标准化、专业化的蓬勃发展道路。在我国东部冲积平原区的铁路兴建过程中,遇到7软±、液化等软弱地基,则遇;而在西部山区铁路的建设中到了崩塌、滑坡、泥石流、岩溶等地质灾害。随着选线设计人员建设经验的不断累积、""""PWS1对工程地质认识的加深,选线设计的理念由最初的地形选线发展到地质选线。近年来,自然环境逐渐恶化,环保呼声高涨,对铁路的建设,提出了工程建设与环境保护相协调的要求,环保、防灾设计需与工程设计同步实施,工程建设保障沿线环境质量,甚至有所改善和提高,选线设计的理念提升不下降。随着人们对自然生态环境的重视为"生态选线"P9—气 西南交通大学博±研究生学位论文第5页,优化理论近年来、拓扑学、不确定多目标决策理论、功利理论、物元分析理论、决策树模型、可拓决策方法、结构模型解析法、层次分析法等新兴数学理论和分析方法不断浦现,,研究人员将这些新理论新方法应用到选线设计中推动了选线设计的发展。一如德国学者Konietzky等人在斯图加特(Stutgart)至奥格斯堡(Augsburg)的条新建铁路中数值模拟地应力分布,为确定线路位置提供辅助决策周亦良将可拓决策方;-P334法运用到选线设计中];罗圆建立了基于效用理论、离差投影的线路方案比选模型;PyMohaeri和Amin用层次分析法和数据包络法进行车站选址。j1.2.2山区选线设计研究我国早期修建的铁路,地,,大多在东部平坦地区形地质条件简单因此地质条件的控制作用不明显-45年间。1939年19沿渭河河谷修建的陳海铁路宝天段,是在我国山区""""修建的最早的铁路线,由于照搬国外几何设计参数、±石方量比较的经济合理选线观義,没有注意沿线复杂的地质条件,W致线路建成后地质灾害迭出,线路每年只有几个月能通车,历经几十年整治,总计花费了数倍相当于新建线路的造价宝成铁一路是新中国成立后修建的第条艰巨山区铁路新线,宝成线横跨秦岭、大己山,线路迂,山高谷深,地回在崇山峻岭之中,地势险恶质条件十分复杂。虽然设计人员已经意识到了地质条件的重要性,但限于当时的勘察手段W及对工程地质认识的初浅,地质勘测与线路设计基本是同步进行,即后方线路设计施工,前方狭窄带状区域地质测绘。由于没有认识到施工对地质环境的破坏作用,线路施工期间诱发了大量的地质灾害和隐患,一后期投入了巨大的工程整治费用。这时期我国山区铁路建设工程实践的经验教训,使"地质选线"选线设计人员认识到地质工作的重要性,形成了的观念。一成昆铁路是宝成铁路建成后,在地形险峻、地质复杂的山区修建的又条长大干线,是首次在勘测设计中实施地质选线的山区铁路线。在地质选线观念的指导下,对沿线复杂的工程地质环境,查清并绘制,解决,分阶段由面到点的勘察了地质灾害分布了重大工程地质问题。在定线阶段,研究了几百上千个局部线路方案,避开了大量崩塌、滑坡、泥石流等不良地段,线路必须通过的不良地质地段,提出了重大改线方案成功绕避或处""""理地质博物馆、筑路禁区的山区成昆铁路的建设,我国工程师,征服了被喻为也认真总结了成昆铁路的修建经验随后,南昆铁路、内昆铁路、渝怀铁路、雅沪,高速公路等山区长大干线相继成功修建,精细优良的地质选线作业起了至关重要的作用提高了我国山区铁路的建设水平,工程设计人员也从中积累了复杂艰险山区选线的丰富提出了"一票否决经验坚持地质选线、重大工程优先选址、环境选线、做好工程选,并"SP1选线经验线的山区综合选线原则,这是对我国山区的高度概括与总结,地质选线是山区选线的关键。 第6页西南交通大学博±硏究生学位论文地质选线的目的是选择经济合理的线路方案,避免线路通过严重地质不良地段和防止发生严重工程地质病害,W规避重大工程风险,确保线路工程建设技术可行,安全可。,靠最早的地质选线,只是强调绕避不良地质复杂艰险山区线路很难完全绕避各"各方案作"种不良地质现象,地质选线很快发展到地质评价,综合比选的阶段。随后,,还十分注意研究工程建设诱发的环境地质问题地质选线不仅注意研究区域地质,在大范围内进行工程地质、水文地质及环境地质选线。现在,随着对自然生态环境认识的清醒和加强,选线设计人员认识到增强自然环境的总体稳定是防治地质灾害的根本措施,""""地质选线从与自然条件对抗的征服观念发展到顺其自然、和谐发展的适应观念,从局限于狭窄的线形和静止的比较观念,发展到宏观相互作用和动态比较的可持续发展观念一一多年来,经过大批西部山区铁路公路建设项目的实践,形成并逐步丰富了套地质选线的设计原则1?河谷地段地质选线一,工程地质条件相对较好的分析比较河谷两岸地质条件绕避重大不良地质,选择,,岸,必要时线路可多跨河谷从合理部位W适当工程类型通过是河谷选线的最重要原I。贝J在技术经济比较的基础上,根据地形地质条件,采用多跨、中长隧、顺河桥绕避重大不良地质地段,减少高填、深挖和傍山、浅埋短隧道群。2.大髙差上地形台阶和髙原面的商位选线提前离开地质条件复杂的河流峡谷,充分利用宽缓稳定坡面展线爬高,尽量早上夷平面或高原面。3.越分水岭选线超前开展大范围区域地质勘察,综合考虑越岭长隧道和两端引线,在大区域线路方一案比选的基础上,确定地质条件相对较好的较小的范围,进步深化、细化方案比选。4.特殊岩±区选线在膨胀止(岩)、软±(岩)、盐溃±、湿陷黄王、多年冻止、风沙、富瓦斯煤系地层、放射性岩层等地区,在查清分布区域和特性的基础上,确定绕避的可行性及无法绕避时的最佳线路方案。5.采空区选线应查明采空区的分布,绕避大型密集难W查明、治理困难的(大型密集)采空区。对无法绕避成群分布的采空区,加强采空区范围、深度、开采历史、矿层厚度等资料的调查收集工作,选择对线路影响最小的地段采取工程处置措施通过。6.岩溶地区选线 西南交通大学博±研究生学位论文第7页,且形态众多岩溶具有不易查清的特点,主要表现为溶洞、落水洞、溶蚀注地、隐伏溶洞、暗河等。岩溶主要W溶洞地面塌陷,施工和运营中的涌水、突水、突泥等危害一线路工程,。为避免或降低岩溶及岩溶水对工程的危害般按W下原则选线:(1)线路应绕避或W大角度通过岩溶强烈发育、地表巧塌、溶洞分布密集的地带,及可溶岩与非可溶岩的接触带、岩溶水富集区及排泄区。(2)抬,高线路高程缩短隧道长度,越岭隧道应避开岩溶水发育的水平径流带,位于相对安全的岩溶水垂直径流带内,,沿河线傍山隧道尽可能靠近河谷使隧道在地下水排泄基准面之上,减少岩溶及地下水危害。一(3)新线应尽量靠近且标高高于既有或在建的隧道工程,方面可W借鉴既有工程一的施工经验,减小施工风险另方面线位靠近既有工程形成的地下水降落漏斗;,存在降低岩溶涌突水的可能性。另外线路应位于既有工程地下水的下游方向侧,既有工程可截排流向线路方向的地下水,改善线路地质条件。综上一,选线设计,目前仍处在几何参数设计、实践经验决策的传统设计层次,是口实践走在理论前面的技术。与平原丘陵地区相比,山区选线设计由于需要克服高山深谷等困难地形,W及防范崩塌滑坡泥石流等山地灾害,为此,多年来针对西部艰险山区,提出了地质与环境选线的原则,但具体操作的说明仍基本停留在罗列原则的层面,山区线路方案比选的决策过程,很大程度上依赖设计人员的经验。1.2.3高地震烈度山区选线设计研究现状规划建设的成都至兰州铁路,穿越龙口山断裂带,地质构造强烈,大型活动性断裂""密集,影响范围广(宽度近60km)。12,属典型的高烈度地震频发及波及区5.汉川地震,破坏和改造了龙口山地区的地质环境,诱发了大量的地质灾害,给成兰铁路的选线设计带来诸多难题。地震之后,结合对地震实震现象的分析,W及地震灾区成兰铁路一的选线设计,相继有批高地震烈度区铁路选线设计的论文问世基于减轻地震及地震次生灾害对铁路的影响,朱颖和魏永幸认为在高地震烈度山区选线中必须重视W下H个问题,提出高地震烈度山区综合选线应遵守H大原则:""(1)必须重视具有生命线意义线路工程规划与选线(2)必须重视基于预防地震次生地质灾害的综合选线(3)必须重视地震近场效应及近场区工程选线,结合成兰等铁路选线和工程设计实践根据上述综合选线H大原则,总结提出了高地震烈度山区铁路综合选线原则意见16条:(1)高地震烈度山区铁路选线,应综合考虑地质、地震因素,重视活断层、不良地质等特殊场地的地震放大效应、近场区的地震近场效应,线路应绕避大型不良地质发育 第8页西南交通大学博±研究生学位论文地段、绕避地震及地震次生震害严重地段,应W简单易修复的工程形式通;必须通过时过。(2)对于活断层,线路应绕避,无法绕避时应选择活动性相对较弱的安全岛通过,或在断层宽度较窄处W大角度通过。(3)铁路重大、复杂工程应尽量躲开绕避断裂束,线路不宜在断裂束,特别是断裂密集处、交汇处及活动断裂的端点、拐角处,设置大中桥、高桥、隧道、高填深挖等难W修复的大型建筑物。(4)对于宽大的活动断裂带,线路应在查清区域性活动断裂结构和稳定性差异的基""础上,选择相对稳定的部位通过,重点工程必须置于安全岛内。(5)线路不应在活断层主动盘迂回展线,工程应尽可能布置于构造被动盘。(6)线路应绕避潜在地震诱发次生地质灾害的地段,尽量选择在工程地质条件相对良好、地形开阔平坦或缓坡地段。(7)线路应选择在非液化±层或液化止层范围较窄的地段通过。""(8),线路应避免短隧道群,洞口位置的选择应贯彻早进晚出的原则洞曰宜接长明洞。(9)峡谷地段,线路应尽量避免W傍山明线方式通过。(10)河谷地段应选择合理线路高程,避免地震形成歷塞湖衍生洪水灾害对铁路的破坏。(11)线路应绕避潜在产生大型滑坡、崩滑的顺层地段。(12)线路通过泥石流发育区时,应选择合理平面位置和高程,从有利部位W合理工程类型通过,避免地震诱发泥石流灾害对铁路的破坏。(13)线路应绕避潜在不稳定斜坡、松散的山坡堆积层、W及可能发生大规模滑坡、崩塌的不稳定悬崖深谷、高耸孤立山丘等易发生地震次生地质灾害地段。(14)隧道洞口应避开崩塌、滑坡、错落等不良地质发育地段和单薄的山脊、孤立山头等不利地段,洞口宜选择在坡面顺直,岩体完整地段。(15)隧道穿越动性断裂时,从有利于救援角度,应选择合理位置通过线铁,双路宜分修。(16)特殊结构。、高域、大跨桥梁不得跨越活动性断裂高地震烈度山区铁路勘察设计,除做好铁路综合选线外,还必须做好工程选型,做好工程总体设计,归纳总结高地震烈度山区铁路。结合成竺等高地震烈度山区铁路设计总体设计原则意见8条:(1)破碎地层深挖方地段,优先选择隧道通过 西南交通大学博±研究生学位论文第9巧一,对于破碎地层深挖方地段隧道是种对抗震较为有利的构筑物,应优先选用隧道通过。(2)穿越活动断裂带,应选择易于修复的工程形式通过线路穿越活动断裂带,应选择易于修复的工程形式通过,应优先选择路基通过,若,须设置低矮需设置桥梁跨越的、简支结构桥梁。一(3)位于張塞湖下游的铁路桥梁,应采用跨或大跨方案跨越主河槽一位于瑕塞湖下游的铁路桥梁,般不宜在主河槽内设置桥墳,若必须设置,桥墙需增设防护工程,并检算桥壞的抗横向冲击。(4)路基支挡应选用抗震性能较好的轻型支挡结构从地震震害情况来看,高大的重力式挡±墙抗震性能较差,而轻型支挡结构如加筋±挡±墙、错杆挡止墙、枯间挡±墙、粧板墙或粧错结构等抗震性能较好。因此,在高烈度地区宜采用上述轻型支挡结构。高烈度地区宜采用铺杆(索)框架梁护坡,不宜采用喷错网护坡。(5)桥台后高路堤应优先选用加筋路堤巧川大地震中铁路桥台路堤破坏严重,,而加筋路堤抗震性能良好桥台后高路堤应一优先选用加筋路堤,竖向间隔0.6m满铺层高强度水平±工格栅加筋。(6)石质路壁开挖应采用光面爆破、预裂爆破等控制爆破技术大爆破施工等常规爆破开挖方法,会使边坡岩体破碎、松动,极易诱发地震崩塌落石灾害,光面爆破,、预裂爆破等手段能有效控制岩体爆破范围减小施工对岩体完整性的破坏。(7)加强隧道洞口段落石防护隧道洞口段,,,应采取加强落石防护的措施有条件时尽量接长明洞并做好防落石措施,,,,避免危岩落石对线路。桥隧相连地段如果有条件隧道尽量延长并遮盖桥台可能造成的损害。(8)隧道穿越活动断裂带时应预留变形条件隧道穿越活动断裂带时,除对衬掏进行相应加强外,还应采取改变衬硕洞形,加大一断面净空,加密设置变形缝,使之具有定的错位适应能力及补强空间。,,综上,汉川地震后有关高地震烈度山区的选线认识获得明显的进步但主要成果。仍停留在根据对实震现象的总结,提出相应概念性设计原则的层面选线设计是在起点、终点和中间主要控制点之间较宽的带状H维空间中,根据地形、地质、环境等多种因素,优化线路位置的决策过程。在高地震烈度山区,前提是对地震危害的空间分布规律有所把握,才能决定线路工程对策。但有关艰险山区地震波传播特性的选线设计理论研究在全世界几乎都是空白。因此,研究不同类型断层对线路规划走 第10页西南交通大学博±研究生学位论文向的影响和制约作用,可为选线设计方案比选提供决策依据;研究地震波在山区起伏地形间传播的特性,特别是地震波在山体、峡谷不同部位间的振动差异,W及不均匀地形导致地震波的屏蔽效应或放大作用,可为选线设计中沿河线岸侧、高程选择等细部定线作业提供理论指导,;研究断层破坏效应及其附近区域岩±体的工程性质可为线路上各种工程结构物的布设选型提供决策依据。送些工作的开展,不仅将显著提升高地震烈度山区的选线设计技术,而且对引领灾害严重区段选线设计向现代设计法迈进具有重要作用。1.2.4震后线路工程修复及重建设计大震之后,对受损线路工程的修复及重建工作也是减轻震灾的重要环节,受损工程的震害评估,、科学合理加固修复措施的制定W及重建线路方案的制定是±木工程面临的新课题。汉川地震之后,交通部发布了《汉川地震灾后公路恢复重建技术指南》,提一些震后公路恢复重建的原则和方案出了。因地震灾害导致公路局部损坏,需对受损工,恢复公路工程。震后公路程进行修复加固1^^陕复原有工程安全、通行能力、服务水平等使用功能为主,原则上执行原技术标准,经技术经济论证后,也可适当降低或提高技术标准。因地震灾害导致无法或难W恢复的公路,结合震后灾区社会经济恢复重建的总体规划,进行震后公路重建。震后公路重建应进行科学规划、合理选线,有效地避让地质灾害高风险地段,对重点地质灾害需进行必要的岩止工程治理,尽量减少对地质环境的扰动,预防工程施工时诱发新的地质灾害。提高线路和路网的抗震减灾能力,强调个"""体工程与线路、路网抗震减灾能力的协调配置,将抗震减灾从点设防发展到点、线"、网综合设防。1.3主要研究内容、思路与技术路线1..31主要研为思路我们提出山区铁路减灾选线理论架构为:针对线路工程全寿命周期(包括前期的投资决策、设计、施工和运营的全过程)的减灾要求,从区域到工点的不同尺度上认知各类环境地质现象对工程的灾害效应;选线时综合考虑减灾选线、工程设防、监测预警、排险抢险等风险调控手段,实现减灾总体设计、风险多目标方案比选;通过技术、经济-(作业,确定合理的线路方案。图12) 西南交通大学博±研究生学位论文第11页量\1iI减灾选线线路工程全寿命I胃周期的减灾要求^I1^@防*:、I由技术、毎济^望运营法的备路^觀農I養平价候里从区域到工点的监测预警II线路方案;不同尺度各类环I胃^境地质现象对工^I程的灾害效应排险抢险\[!.?j路减灾选线理论架构上述山区铁路减灾选线理论架构,对所有灾害威胁严重区均具有普适性意义,开展工作的首要环节,是从区域到工点的不同尺度,评估各类环境地质现象对工程的灾害效应。由于各类灾害的形成机理、运动特征、对线路工程的成灾模式不同,因此灾害风险分析只能按灾害类型分别开展,而相应的减灾选线对策也只能按灾害类型分别制定。此""(d-工程夕h针对低频大灾类风险,在灾害弹性isasterresilient)的理念下,采取简易减控灾害直接经济损失,研发高效的抢修重建技术使铁路迅速恢复运输功能,也是铁路选线设计者,,针对低频大灾类风险应采取的重要风险调控策略。因此山区铁路减灾选线一应是W铁路定线为主体,同时考虑线路工程全寿命周期统筹防控风险的种总体设计。这样的总体设计,涉及到勘察、设计、工程造价等多个专业,遵循有限目标的科研原则,本文研究将主要针对上述架构第二层次的环节开展,即W高地震烈度山区的空间定线为主线,同时研究工程设防、排险抢险等风险综合调控手段的运用,形成基于风险综合调控原理的选线设计技术。1.3.2主要研究内容本文在巧川地震、芦山地震大量实震资料调查的基础上,W大地震风险调控为指导思想,开展了高烈度地震区新建线路从廊道选择,空间定线,到个体工程设计的选线技,术研究,并针对震后成灾环境巨变次生山地灾害频发的特殊情况,研究有关震后线路工程修复与重建技术。本文主要进行了如下3方面内容的研究:1.山区线路工程震害特征高地震烈度山区的选线设计研究,首先必须了解山区线路工程震害特征及其影响因素。巧川地震震区交通线路的破损状况,为本文的研究提供了丰富、宝贵的基础资料,通过对实震现象的调查分析,总结了路基工程震害特征,提出减径山区线路震害的根本措施。 第12页西南交通大学博±研究生学位论文2.商地震烈度山区新线设计"''按交通廊道选择、空间定线、工程布局由面到点的选线设计思路,研究了高地震烈度山区新线设计方法。基于构造地貌理论、强震灾害效应和工程案例,分析了廊道方案利用构造地貌的可行性。基于地震波动理论和地震的实震资料,研究了地震波在呈维空间传播的地形效应。在工程布局方面,首先提,从空间定线角度研究避灾定线技术出采用简易工程通过髙烈度区;针对地震引发大地形变导致线路错位的震害模式,研究了大地变形量预测模型和预留变形量的减灾选线对策。义晨后保通技术与農后重建线路铁路公路作为生命线工程,在震后的抢通保通阶段,需对地震受损工程进行快速修复和重建工作,而相应的工程震害评估W及应如何采取合理的修复或重建措施,甚少见有关研究。论文在汉川地震路基工程震害调査的基础上,总结路基工程抢险保通工程措施;对震后受损的路基支挡工程,研究其震损机理、震后损伤评估及震后修复加固技术。另外,在汉川地震震后线路王程案例分析的基础上,对峡谷地区重建线路和震后新建线路,提出选线设计的原则。1.3.3研究技术路线按照本文的研究思路,首先对汉川地震芦山地震开展大量震害调査,通过对实震资、輯的统计分析,获得地震对线路工程成灾模式的认知;基于构造地貌学地震波动理论,提炼具有普适性的规律,提出菌地震烈度山区选线设计的原则与;运用多目标决策思想要点,并发展相应的地震风险评估方法、风险调控策略W及工程手段;从而形成商地震-3烈度山区的减灾选线技术。具体研究的技术路线如图1所示: 西南交通大学博±硏究生学位论文第13页汉川地震震害调査芦山地震黨害调査窩烈度地震山区新线设计震后线路修复及重建震后线路工程震后线路工程廊廊道治库选^巧巧留间司电雜巧个'体化工下程巧布点&巧保iii;参复选ii计IIIII构造地貌与断地震波传播Iml裂活动特征地形效应调控I地形和考虑考虑息■fl地质灾ill悚采大地蠕滑线路路基震后震后5式養萬a害风险夏置貧草I形变变形工程支挡重建新建综合分置苦還±1的跨的线抢险结构线路线路析的廊交恩装覃g断层路工保通修复选线选线道方案措施技术设计巧计III韶謂晋选择VJVy基于风险调控原理的商地震烈度山区选线设计研究图1-3研究技术路线图 第14巧西南交通大学博±研究生学位论文第2章山区线路工程震害特征""2008年5.12Ms8.0汉川地震发生在地质环境脆弱的龙口山山区,地震引起大量的崩巧滑坡等次生地质灾害,地震近场区的铁路公路工程都受到不同程度的影响。震区交通线路的破损状况,为线路工程的抗震设计研究提供了丰富、宝贵的原型破坏试验资料,也为本文高地震烈度山区选线设计的研究提供了基础条件。2.1沒川地震线路工程震害概况汉川地震四川、陕西、甘肃H省灾区7081km国省干道和县乡道路中,路基本体震47tl害579处,支挡结构震害巧5处,多数为路基沉陷、开裂,支挡结构倾斜、变形开裂一等震害程度轻微的现象。但也有相当部分路基震害引起了交通中断,多为路基边坡崩塌滑坡等地震次生山地灾害掩埋或砸毁路基本体及支挡结构。路壁边坡(路域W内)震害534处,包括有防护结构和无防护结构路基边坡。在数量和震害程度上,无防护结构的边坡比有防护结构的边坡震害明显严重一,发生培塌震害部分有防护结构的边坡发;生非跨塌类震害,如防护结构开裂、剥落、膨胀变形等。汉川地震H省灾区调查的2154座公路桥梁(口条高速公路,%条国省干道)中,401座桥梁出现了明显的震损,其中70座桥梁出现了影响其结构承载能力的严重破坏,在震后不能立即投入使用;52座桥梁璋塌、毁坏,阻断交通,震后完全不能使用。52125座交通中断的桥梁,崩塌体砸损或掩埋5座,水毁或淹没座,由地震次生山地灾害导致桥梁完全毁坏的,占其总数的%.9%,是造成桥梁断道的主要原因。在70座严重破48I]坏的桥梁中,。遭受次生山地灾害的桥梁也有9座是被崩塌体砸损,破坏相当严重。汉川地震重灾区、极重灾区18条国省干线及典型县乡道路的%座公路隧道中,27座隧道出现了不同程度的震害。其中6座穿越断层破碎带的隧道,有5座由于断层错动破坏严重,在断层破碎带及附近出现了二次衬勸埼塌、隧道围岩跨塌等严重影响通车及抢险救援的震害现象,,。其余隧道洞身结构破坏较控且震害集中在隧道洞口段W衬硕开裂为主,也有衬硕错台、混凝±剥落掉块、施工缝开裂、衬彻渗水、路面开裂,仰拱隆起错台、路面渗水等震害现象。13座隧道洞口、边仰坡、明洞等隧道洞外结构破坏严重影响交通,但这些震害现象均是由于隧道上方山体崩塌滑坡落石等次生地质灾害引起IW的。受紋川地震影响的运营铁路,位于V至M地震烈度区。受地震影响的运营铁路线基本位于非极震灾区,受地震影响的铁路线上330座隧道震害轻微,少数隧道洞身局部出现开裂,,、掉块、鼓起等轻微震害现象主要震害局限在洞口、边仰坡和洞口段W及twi1洞口上方崩塌落石。仅宝成线09号隧道,由于地震引发隧道上方山体大面积崩塌,1导致隧道棚洞砸巧、洞口掩埋,造成行车中断2天。除去断层破碎带中断层错动的影响, 西南交通大学博±研究生学位论文第15页汉川地震灾区公路铁路隧道,都没有出现影响通行能力的结构破坏。造成交通运输中断隧道,其断道原因均为洞口和洞身上方山体的次生地质灾害所致。由此可见,地震次生山地灾害对山区线路工程造成巨大的破坏,对线路工程的影响远大于工程直接震害,是造成线路断道的主要原因。有防护结构的路蟹边坡震害较无防护结构的轻,能有效降低断道风险。2.2路基工程震害特征分析-图21为路基工程震害调查区域示意图,场地位于龙口山中央断裂与前山断裂之间,地块相对稳定-,距汉川地震主震断层(汉川映秀断裂)的断层距在10kmW内,涵盖汉川地震K、X、XI度三个烈度区。统计分析路段起点为映秀镇中学后面,终点为都江返马鞍石隧道西端进出洞口,为紫坪铺水利工程库区淹没段改建工程。由于紫坪铺水利枢纽工程下间蓄水",淹没了国道213、317共用线映秀至马鞍石隧道段,按照原标准、原"功能、原规模的H原赔偿原则,赔偿改建线路按山吟重氏区H级公路设计,设计时速30km/h,全长30.6km,于2005年竣工验收。改建线路将原低线位河谷线公路提高成高线位山腰线公路,因此改建工程地面横坡较陡、路基横断面多深挖、高填,路基支挡防护工点密集,新型工程形式较多。设计场地基本烈度7度,加速度峰值化Ig,反应谱特征周期0.4s。"//叶//。//I分'.■m./?sM斯b#/*#?*?//少'六一,纖昼ff//'。国;少y{yV戶"脚—/-品化棘‘*/巧脚^-至纖图2-1调查区域示意图震害调查的基础工作是对紫坪铺库区淹没段改建王程相关资料的收集,包括工程地质勘察报告、沿线区域1:2000地形图、线路平纵面设计图、路基工程设计图、竣工图。震害调查内容包括路基工程成灾模式辨识,现场工程地质环境分析,震害成因分析,变形损伤测量,工程紧急处治措施,震后损伤工点随时间、余震、暴雨等因素的变形发展情况。""""""目前,国际上公认的抗震设防原则是小震不坏,中震可修,大震不倒,根据三级抗震设防原则,定义H级地震水平,这是国内外规范理念发展的总趋势。为与 第16巧西南交通大学博±研究生学位论文王级抗震设防原则相对应,同时考虑到震害等级的评定也应是制定抢修保通方案的基本2-。15,依据,将震害严重程度划分成表所示的个等级作为道路工程震害评定的标准表2-1震害等级评判标准评沪麻准加固或錶措施II完好无明显震害可正常使用不坏可正养护繼物出賴缝掉块等现象離微变形不坏囊蓋票諮,,有明显变形,但主耍受力构件基本完好在正常工可维持使用在抢险阶段况下构筑物整体能维持稳定过后逐步修复必须’讀构筑物产生过大变形破坏,但未出现整体倒塌现象謂識慧严可修毁坏构筑物完全失效破坏,倒塌抢通措施倒毁2.2.1路堤工程震害特征一调查路段路堤有般路堤,浸水路堤,也有7处高度大于20m的高路堤。路堤工程。一一?的地面横坡般在1035之间,路堤边坡般每隔8m高度设置护坡平台,护坡平台 ̄宽度为l2m,护坡平台上边坡坡率为1:1.5,下部边坡坡率为1:1.75,标准路堤设计如图-22。路基路堤中铺设有抗拉强度为20kN/m、30ka填料基本为块碎石±,部分粘结强度p的±工格栅。I2+B/2叫B/,,iji誦^挖Ir-设填巧宽大平台…//w反I2-22图G13线路堤标准设汁图(单位cm)调查路段路堤工点无一出现毁坏程度的震害,主要震害模式是路堤边坡上部拉裂、2-3下部鼓张变形,,如图路堤典型震害所示,且震害现象多发生在护坡平台上方边坡而护坡平台下方边坡仍然保持完好。也有路堤出现护坡骨架开裂或折断,路肩拉裂脱落等破坏现象,但这些震害现象都不足W引起交通断道事故。此外,半挖半填的路基,在填挖交界处,容易产生开裂,错动等震害现象。 西南交通大学博±研究生学位论文第17页路胃拉裂缝拉裂缝骨架隆起护坡道(a)路堤典型震害模式圓画,化)上部拉裂(C)下部鼓张变形图2-3路堤工程震害G213线调查路段最高路堤是友谊隧道出口离路堤,最高断面达42m,处于巧川地震K度强震区,路堤填料为与之相邻的友谊隧道爆破开挖出的砂岩弃渣,分别在路堤顶部、 ̄-中部和下部铺设有10层±工格栅.5m距0,4。地震前后该路堤的表现如图2,间见图25,强震作用下仍然基本保持完好,萎形骨架有挤压鼓起、错动、破裂现象,最大凸出变形10cm。_欄,.師酶.诚/\細1晴m诚觀12个护贼巧姓3个护触少 ̄■—一 ̄!?&!.0?婚,间叔,树《—1咱虹,巧瞄LI图2-4隧道出口高路堤±工格栅布置图示 第18页西南交通大学博±研究生学位论文麵te(a)地震前2007.5.7摄)(b)地震后2008.8.25摄(()图2-5隧道出口高路堤震前、震后状态震后该高路堤通过高精度面波勘探方法测定了±体损伤.5Hz,人工激发震源,4检--波器、高分辨率表面波地震仪(McSEISSXW)接收信号,测线布置如图26所示,地一一震检波器每隔2m布设个,沿线路路肩从填方路堤段直布设到挖方路段。人工激发-7为该高路堤面波勘探得到的介质剪切波速分布震源。图2,路堤王层的平均剪切波速按式2-2-81计算,结果如图所示。=一-K(21)m气I巧1=1?式中:F.为第层横波速度;巧为第f层层厚。。剪切波速的大小反映了岩±介质的类型和性质,高路堤填料是隧道弃渣的碎石±,根据《铁路工程抗震设计规范》中不同岩±剪切波速范围和赵明阶等对压实度波动检52t惭结论-/s测,做出如表22的分级标准,剪切波速>400m,路堤±体密实度达到密实一等级。公路修建按H级道路标准进行圧实,,并进步经历了H年车辆荷载的压实震前路堤±体达到密实等级。震后剪切波速<400m/s的±层应是汉川地震强扰动作用下的结果,地震对42m高路堤止体的扰动深度在lOmtU内。此外,从面波勘探结果来看,剪切波速的最小值并不出现在填方段,位于道路填挖交界处表层±体的波速明显低于填方主体的波速,说明在地震作用下线路填挖交界处损伤严重,这与现场的震害调査完全符合。填挖交界处由于介质材料的不连续性,刚度差异大,在地震力作用下易受损。 西南交通大学博±研究生学位论文第19页(a)测线布置平面图化)高路堤面波勘探全貌图图2-6友谊隧道出口鳥路堤面波勘探--ShvvtVeeetociycrosssection填挖线j户广三-S??(t々。1-1\-IIveoafi:_a。二-二:/J--Pi*a‘〇〇一一T瓜L.|30.0和^^Wsac)1(00so10.015.0200巧.030035.040.0巧.0改0巧々60065.0舟0巧.0800拔0900把方0001巧.〇110.01巧.012.〇〇m()Distance图2-7友谊隧道高路堤纵断面剪切波速分布图表2-2岩±剪切波速分级巧岩王名山.剪切波速Wr巧石地质称(m/s)松散200-300碎石止中等密实300 ̄400'密实>400-喔5001000岩石微风化、未风化>1000■■Om歴…脚巧",?化地表::if警7考.fc,m。E;,?600m/s图2-8高路堤±层平均剪切波速柱状图 第20页西南交通大学博±研究生学位论文2.2.2挡墙工程震害特征分析调查改建路段路肩墙总计8508m,材料有浆彻片石、片石拾、抢,主要为浆搁片石;?、、重力式15.4m范围。结构形式有衡重式仰斜式,主要为衡重式;墙高在2内在高。,地面横坡较陡的设计粧基托梁衡重式挡墙填方地段;横坡较平缓的采用加筋±挡墙也有铺索巧板式挡墙等新型结构。路肩墙中占绝大多数的衡重式路肩墙标准设计见图一- ̄-10129、表23,挡±墙墙身采用7.5号浆询片石,墙体每隔5m设置道伸缩沉降缝,缝宽2cm,伸缩缝内填塞巧青麻絮。'討B例I ̄/\I路_/1!一中=;聲-/、二屯='挡9!严线阔.4CI_/…蜡………2-91(图G23线衡重式路肩墙标准设计图单位cm)2-m表3G213线衡重式路肩墙标准设计参数(单位)HHAHBL1blb2b3h1.131.21.80.20.940041.62.40.21.31.02005230.31.51.20062.43.60.351.71.60.30.61.72.8420.451.9.780.306.0211..83.24.55.960.306.8365..59.40.6232.2701.10460.5.61.2.722.5401144..0.91.8.660.7272.8912124..9324.2.4.8720.72.路壁墙总计11388.5m,材料有浆硕片石、片石松、磁;结构形式有仰斜式、重力式,?口m范围内主要为仰斜式2。路蟹墙中占绝大多数的仰斜式路垫墙标准设计;墙高在 西南交通大学博±硏究生学位论文第21巧-见图210、表24,挡±墙墙身采用7.5号浆彻片石Ma,石料强度不低于25p墙体每隔;一?1015m设置道伸缩沉降缝,缝宽2cm。又巧、。'?基一下巧_*f4;= ̄ ̄ ̄瑚:"Tf^山I2-2團10G13线仰斜式路蟹墙标准设计图(单位cm)-42表2G13线仰斜式路藍墙标准设计参数m(单位)HIB1B3DLDHH.520QJ60.30..526530.75.3010.537.411.240.30.54.7551.251.480.30.55.861..51810.40.66.96,j72.1404..5078.1382.430.502.05.89.巧92.352.760.550.91045.102.63.12.106511.62.2.2.1挡墙震害模式路肩墙最普遍的震害现象是外倾,进而引起墙体部分和路基本体部分的脱离,如图2-11所示,由于挡墙外倾和地震作用下路基填料下沉造成的挡墙与路基脱离。线路凸曲-线部位普遍的震害现象是构造缝拉裂,如图212所示,粧板式挡墙在变形缝处拉开25cm,由于构造钢筋的作用,仍能很好地保持了整体稳定性。最严重的震害是路肩墙完全失效破坏,造成断道灾害。造成路肩墙毁坏的原因主要有浆勸片石挡墙的开裂解体培塌,如-图2-13所示;挡墙严重外倾,倾覆倒塌,如图214所示块式加筋±挡墙颗块错位跨;掏-塌,如图215所示。 第22页西南交通大学博±研究生学位论文資巧;請-2,图11路肩墙外倾与路基本体脱离IpI齡驛岡(a)全貌图化)内部构造钢筋(C)俯视图圏2-12粧板式挡墙在变形缝处拉开容i2-图13浆巧片石路肩墙开裂解体玲塌 西南交通大学博±研究生学位论文第23页mmmm2--图14粧基托梁路肩墙严重外倾,倾覆倒塌图215硕块式加筋±路肩墙培塌一般多发生在墙体中部及路壁墙最普遍的震害现象是墙体水平向凸出变形、开裂,-2-中上部,如图16所示,混凝王挡墙中部被水平剪断。挡墙竖向开裂,如图217混凝上-,18挡墙竖向裂缝贯通。倾斜变形也是路蟹墙常见的震害现象如图2所示,挡墙外倾变-形,沿构造缝错位。路蟹墙也有滑动变形的震害现象,如图219所示,挡墙滑动挤压排-水沟及路面。最严重的震害现象是挡墙沿硕缝解体埼塌,如图220所^示,仅发生在变形严重的浆巧片石挡墙。一—1::一‘一-:■ia;威:龜]图2-16混凝止挡墙中部被水平剪断翊輸--图217混凝±挡墙竖向贯通裂缝图218拾挡墙倾斜变形,沿构造缝错位 第24巧西南交通大学博±研究生学位论文睡邏2--图19滑动挡墙挤压排水沟及路面图220浆巧片石挡墙解体玲塌2.2.2.2挡墙震舌影响因素分析1?地震烈度-根据表21震害等级评判标准,定义毁坏挡墙是发生倒塌引起断道事故的挡墙严;重损害挡墙是局部破坏或有较大变形,在震后紧急采取修复加固工程措施的路肩墙。根据挡墙全线长度-,路肩、路蟹墙按长度统计的震害情况如表25:表2-5挡墙震害统汁戰严類T毁禍襲屋訟长於5354.5400.75%4458.31%路肩墙X2732114.54.19%546.520.00%X421.534.58.19%352.583.63%IK5523601.09%52723.路蟹墙X1.51607%幻594366.06%-由表25可W看出,随着地震烈度由IX向X增加到XI,挡墙的毁坏率和严重损害率成倍数增大。路肩墙的震害模式也由倾斜变形向倾覆倒塌发展。挡墙震害程度的重要因素是地震动强度。场地设防基本烈度为7度的地区,,路基挡墙不做抗震检算设计时也不对抗震作特殊要求。在遭受实际地震烈度为X时,路肩墙倒塌毁坏率为4.19%,路壁墙跨塌毁坏率""为3.07%%的控制指标,均小于可靠性设计中5,完全满足大震不倒的抗震性能要求。一毁坏的挡墙工点,多为伸缩沉降缝间的片或两片挡墙跨塌,毁坏长度仅在几米到二H十米之间一,未发现几十上百米大段挡墙起毁坏的现象。但严重损害率较高,X、K度一路肩墙的严重损害率分别达到20.00%、8.31%,有相当部分挡墙需进行加固维修才能 西南交通大学博±研究生学位论文第巧页保证车辆通行要求。在XI极震区,毁坏率与严重损害率之和在90%w上,挡墙工程需要全面修复。2?挡墙材料挡墙的失效毁坏主要有王种方式:整体性失稳破坏(包括大倾斜变形导致的挡墙倒塌,大滑移变形导致的挡墙失效破坏),挡墙不均匀变形导致墙体材料解体的材料性破坏,第H种失效毁坏方式是前二种失效毁坏方式共同作用导致的复合式破坏。材料性破一坏和复合式破坏方式般多发生在材料整体性最差的浆勘片石挡墙中,因而浆彻片石挡墙震害最为严重。挡墙材料是影响震害程度的重要因素,挡墙材料按混凝±、片石混凝止、浆硕片石,震害程度依次加重。失效毁坏路蟹墙的破坏方式基本为浆硕片石挡墙沿勘缝开裂解体玲塌;G213统计的毁坏和严重损害路肩、路蟹墙中,浆颗片石挡墙分别占一82-混凝王挡墙无总数的.1%和87.7%,详细统计见表26发生材料性破坏;,其抗震性能最优。-石挡墙毁坏m表26浆巧片、严重损害长度统计(单位=)毁坏挡墙严重损害挡墙烈度总长度浆彻片石长度总长度浆巧片石长度XI70.570.5352.5352.52'X76.5236.5546.5467.5K100604453%.54471打1344785总计11.重力式挡±墙由于截面尺寸宽高比大、体积重、刚度高,设计时考虑成刚性结构,,认为墙体内部安全度远高于挡墙的整体稳定性,墙身强度足够大因此在设计时仅对挡墙抗滑移稳定性、抗倾覆整体稳定性和地基承载力H大项进行检算。挡墙震害调查分析发现,在地震力作用下,部分浆概片石挡墙并没有出现整体变形的迹象,但由于墙身存一在砂浆层抗剪薄弱面,挡墙材料沿砂浆层裂解而造成工程失效破坏,部分混凝王挡墙墙身上也有剪切裂缝出现。在高地震烈度区,挡墙设计还需重视墙身截面强度检算,尽量采用整体性好的墙体材料。3.挡墙髙度一H(参2-1挡墙高度也是影响挡墙震害程度的因素之。根据路蟹墙总高见图0,表2-4)6m,,按每2商度区间将路蟹墙划分为个区段各区段高度范围及挡墙长度、毁坏2-7。情况见表,各高度区段挡墙在各地震烈度区均匀分布各高度区段挡墙毁坏率变化-2。情况见图21 第26页西南交通大学博±研究生学位论文2-7(表按高度统计路蟹墙毁坏情况单位:m)区段挡墙2《H<44《H<66<H<88《H<1010《H<1212《H<14局度总长2921.547242512557.5672.51毁坏长度67522611318化石16mj14-。一■受—课10H8-■寞菌6-4.66i福^;。^^国圓0—i…ii2空H<44<H<66州<88£H<10l〇£H<12鞋墙区段裔度巧醒An-2图21毁坏率随墙高的变化关系。随着挡墙高度的增加,挡墙的毁坏率增大区段挡墙島度在2《H<4m的路壁墙,.一<有近3000m长有处挡墙发生毁坏程度的震害,挡墙高10m的路壁墙,,没度在4《H一随高度增加毁坏率平缓增大,挡墙高度到l〇《H<12m时,毁坏率激増,是前区段挡墙毁坏率的数倍。墙高在大于12m的挡墙,调查路段只有约Im长,不计入统计分析中。W12m挡墙高度为界,抗震设计规范将挡墙划分为高墙和低墙。在计算水平地震力时,,低墙的水平加速度沿墙高均匀分布即不考虑水平地震力沿墙高的放大;高墙墙顶水平加速度为地面水平加速度的2倍。规范条文说明中,划分高墙低墙的依据是1980sitl年四川省建筑科学研究院做的6m高振动台地震模拟试验。根据对挡墙自振周期的计口一10m算,挡墙阶振型的频率随墙高的增加而减小,1髙仰斜式标准路壁墙基频己在lOHzW下。地震波在传播过程中,高频成分的地震波很快衰减,因而到达地表的地震波 ̄l〇HzlOHzW上的成分较少低频成分占绝大部分,主要在〇之间,。随着传播路径的増,,大,地表接收到的地震波频率范围逐渐降低但在地震近场区高频成分依然比较丰富。挡墙一阶振型频率随挡墙高度增加而减小的变化趋势使得高墙正在逐步接近近场区地震波成分较为丰富的频段,必将引起震害的放大。因此建议在高烈度地震区修建高墙要慎重。4.线路走向在地震近断层,由于断层破裂的长轴方向(断层方向)和短轴方向(垂直断层方向)具有明显不同的地震波传播过程,在断层破裂的长短轴方向地震动有差异,近断层的峰P4—55l值加速度在两水平方向上有显著差异。迭样工程结构物的破坏作用也具有方向性,对路基挡墙,当线路走向与较大的水平峰值加速度方向垂直时,挡墙震害程度更为严重, 西南交通大学博±研究生学位论文第27页从总体来看一,这方向就是挡墙地震破坏作用的优势方向。卧龙地震台站记录了巧川地震最大的主震记录,其NS、EW方向的水平峰值加速度分别为658fl7.1g/、95.8ga/,EW。方向的值更大,是峰值加速度的优势方向卧龙地震台站也是距调查区域最近的地震记--WN和EN-,W防WS方向EW、NS两组,从表28的统计录将挡墙划分为中可W看出,线路走向与峰值加速度优势方向垂直的NS组内挡墙震害更为严重,是线路走向EW组一内挡墙毁坏率的1.76倍,这数值已经大于卧龙台两方向峰值加速度之比。路基挡墙是短'周期结构物,在地震波高频成分依然丰富的地震近场区,加速度响应敏感,使地震破坏程度表现出方向性效应。表2-8线路不同走向挡墙震害程度线路走向挡墙数量毁坏率NS101436.99%EW61513.97%222、...3岩基±基挡墙变形模式分析,地震加速度大小倾斜变形和滑移变形是挡墙的两种整体变形模式、平面线型、挡墙结构形式、地基基础、挡墙材料、挡墙高度、地形地质环境等因素都影响着挡墙整体变形量的大小,但整体变形模式的影响因素是地基基础。1.岩基变形模式统计路段内大部分挡墙的地基基础是砂岩岩质地基一4,现场调查发现相当批岩基挡(2-22。墙都产生了倾斜变形,在两片挡墙之间的构造缝处形成明显的错动如图)倾斜一变形的大小般在?330cm之间,变形大小与地震加速度大小和挡墙材料关系较大,倾斜变形量随地震加速度的减小而减小;混凝±挡墙的倾斜变形量较小。:肩勉j却‘4,:*fey.;I£1图2-22岩基挡墙沿变形缝的错位 第28页西南交通大学博±研究生学位论文2.止基变形模式统计路段内也有部分挡墙的地基基础是位于崩坡积体、冲洪积物或老滑坡体上的±-23质地基。现场调查发现±基挡墙倾斜变形和滑移变形两种整体变形模式都有(图2,--图224),也有挡墙下部滑移变形,而上部没有明显变形的模式(图225)。整体变形的±基挡墙中,^%挡墙是发生滑移变形或滑移+倾斜变形,剩余25%挡墙仅发生倾斜变?形。滑移变形的大小在480cm之间,变形大小与地震加速度关系较大,滑移量随地震加速度的减小而减小,与挡墙材料无关。誦图2-23王基浆巧片石挡墙滑移变形醜幽图2-24±基混凝止挡墙向外倾斜图2-25±基浆称片石挡墙下部推移整体变形模式也决定了挡墙的发展破坏方式。浆确片石挡墙,在岩质基础中有下部-26)基本完好、上部崩解的挡墙上部破坏现象(如围2,而在王质基础中,则有上部残-留部分完好、下部崩解的挡墙下部破坏现象(如图227)。 西南交通大学博±研究生学位论文第29页盧麵图2-26岩基浆勘片石挡墙上部崩解图2-27±基浆硕片石挡墙下部崩解造成岩基与Pq±基路壑墙震害模式的区别主要是挡墙基底设计形式。抗震设计规范要求岩质基础的挡±墙在设计时要做成嵌岩基础,限制了挡墙的滑动变形。震害调查也发现,倾斜变形是影响岩基挡墙整体稳定性的主要因素,而倾斜变形和滑移变形都是影响±基挡墙整体稳定性的因素一。重力式挡±墙在般工况设计时,如果抗滑移稳定性通过检算,则抗倾覆稳定性也能通过检算,即抗滑移稳定性在稳定性验算中起控制作用。而在地震工况下,抗倾覆稳定性不再随抗滑移稳定性检算的通过而通过。因此,挡墙的抗震设计需重视抗倾覆稳定性检算。滑移变形会消耗地震能量,有滑移量达8cm震后未进行加固仍能使用的浆彻片石路肩墙,因此,罕遇地震时,±基挡墙可考虑合理滑移变一种耗能减震的措施形量,作为。2.2.2.4±圧力作用点的讨论一,批路壁墙在墙身中部位置发生了较大的变形破坏调查中发现,墙体变形的形式---有四种,分别为墙体鼓出变形(图228)(,2,水平剪断图229)水平开裂(图30)-W及这兰者的组合(图231)。浆颗片石挡墙主要发生墙体鼓出变形及水平剪断、开裂;混凝±挡墙主要发生水平开裂或水平剪断。图2-28浆搁片石中上部凸出变形图2-29浆彻片石挡墙中部剪断 第30页西南交通大学博±研究生学位论文驗腳-2-混凝王挡墙中部开裂图23图301浆确片石挡墙鼓出变形、开裂一±压力作用点是挡±墙设计的重要参数之。挡墙墙后实际承受的±压力是分布一力,挡墙±压为作用点是根据为的等效原理,将分布力简化成个集中力。由于±压为一作用点与最大变形点在物理概念上有内在联系,可认为实震作用下挡墙的最大变形点57fl定程度上反映了地震±压力的分布和±压力作用点的部位。调查首先对墙身中发生最大变形部位的高度进行现场测量,由于混凝止挡墙在施工’,地震时易在这些部位发生贯通裂缝缝或排水孔连线部位是墙体本身的薄弱环节,但并不反映±压力作用点,调查时注意排除这些假象。同时测量挡墙总高度并校核竣工图,-确定墙体最大变形相对挡墙高度的位置,见表29。各工点地震峰值加速度根据加速度stsi值加速度最小的工点也达到衰减模型修正后确定,地震峰〇.634g。表2-9挡墙墙体最大变形高度调查设计墙最大变形峰值加速化S且千编号工扬^式地基鳥如)位置(%)度W11仰斜式片石抢7.54.33止基0.9372仰斜式片石检7.532.00王基0.936375.3仰斜式片石检.283岩基0.9394仰斜式浆彻片石1042.00王基0.89356.仰斜式浆彻片石.55538王基0.8416仰斜式浆彻片石1037.00±基0.8267仰斜式片石松5/742.11王基0.8218仰斜式浆勘片石4.160.98±基0.7889仰斜式浆勸片石750.00岩基0.78310仰斜式浆顽片石6.564.62岩基0.806.1±基078711仰斜式浆彻片石4.7468..00王0口仰斜式浆勘片石640基.80313仰斜式浆搁片石2.560.00王基0.789 西南交通大学博±研究生学位论文第31页1425.004仰斜式給.64若基0.78表2-9挡墙墙体最大变形窩度调査(续)铜巧丄程化巧化查高如)位置(%)度(《)15仰斜式拾2.576.00若基0.78516仰斜式格135.71止基0.78317仰斜式浆初片石3.268.75岩基0.796巧仰斜式浆励片石43巧.53±基0.7紛19仰斜式片石磋4.564.44岩基0.787204.80仰斜式浆彻片石37.50止基.75321重力式片石磋270.00±基0.732n45000726仰斜式片石抢.主基0.23仰斜式片石拾4.134.15±基0.72124仰斜式尬4.551.11±基0.7132542巧.380711仰斜式片石格.岩基.26仰斜式片石給3.644.44岩基0.70727仰斜式片石格3.852.63岩基0.70728仰斜式片石拉3.452.94岩基0.70729仰斜式浆顿片石846.25岩基0.69430仰斜式浆顽片石H.543.48岩基0.69431仰斜式片石磋3.647.22岩基0.69532仰斜式浆椒片石6.5巧.31岩基0.691333554.290拍7仰斜式片石栓.岩基.34465000682仰斜式片石拴.岩基.00034%仰斜式拾740.岩基.636仰斜式拾11.780.651.534岩基一从工点的统计情况看,挡墙墙体最大变形点高度平均在墙高的半处,主要分布在?墙高的35%65%之间。分析发现,挡墙墙体最大变形点与地基基础、峰值加速度及挡墙商度有关。调查统计路段可测量核定挡墙墙体最大变形高度的36个工点中,若基挡墙有19个,55% ̄±基挡墙有17个。若基挡墙墙体最大变形点高度平均为墙高的,般在墙高的一4 ̄65%47% ̄0%;±基捏墙墙体最大变形点高度平均为墙高的,般在墙窝的35%55%。止基搜墙比岩基挡墙墙体最大变形点高度偏低。地震峰值加速度对若基挡墙墙体最大变 第32页西南交通大学博±研究生学位论文2-形点相对位置也有影响,如图32a,最大变形点相对位置随地震峰值加速度的增大有明-3化)显的增大趋势。而在±基挡墙中则没有反映出明显的趋势规律(图2。80^I^邮?70—餐607一*§50^40|304<II111鹏2010.600.6500750800.85.70..峰值加速度/g(a)岩基挡墙80案?W70妇A巧60?^50霉^It??装40^—4-K^―30M'*''''200.700..750.800.850.90095峰值加速度/g化)±基挡墙图2-32最大变形点相对位置与峰值加速度的关系-图233为最大变形点相对位置平均值随挡墙高度变化的趋势。最大变形点相对位置随着挡墙高度的增大而降低,但最大变形点的绝对高度位置仍在增大。80H70妇—40基'''''30H《33<H《44<H《66<H<8H>8墙髙/米图2-33墙体最大变形点相对墙高的位置变化关系-采用基于弹塑性理论的岩±专业分析软件,数值模拟分析了岩基挡墙地震±压力的-34-合力作用点,岩王材料本构模型和计算参数见表210,挡墙、填±,计算模型见图2与基岩之间接触面刚度取周边单元等效刚度的10倍,地震加速度时程采用调整加速度峰值的没川地震卧龙强震记录,由模型底面输入。 西南交通大学博±研究生学位论文第33页’图2-34数值计算模型表2-10岩±材料物理力学参数胃胃離議气就f°18105013墙后填王MC.1;38.3挡墙Elastic230017901230基岩Elastic24001790012300数值动力分析得到墙后的分布王压力后,根据力的等效原理,得到地震±压力作用-点位置。图235是挡墙富度4m、8m、12m、16m、20m的五种挡墙在不同地震峰值加速一。度作用下,地震±压力相对作用点计算结果同高度的挡墙,随着地震峰值加速度的增大一,地震±压为相对作用点提高同地震峰值加速度,随着挡墙高度的增大,地震;±压力相对作用点降低。—每《0.46^师0.44--*4mo.42g-*-8mgo.40^038—*—=12m.巧--———?^〇36/K16m丈适0.34.-*-20田巧0.32尔'''''0.3000.204060.8..1峰值加速度/g图2-35地震±压力相对作用点随峰值加速度的变化关系一实震调查和数值模拟结果反映了致性的结论:±压力相对作用点随挡墙高度的増。而±质地加而下降;岩质地基挡墙±压力相对作用点随地震峰值加速度的增加而上升基挡墙由于变形模式较岩质地基复杂,±压力相对作用点没有明显随地震峰值加速度变化的规律。仑理论按M-0公式计算墙后地震王压力,合力作用点位于刚性挡±墙设计时,用库,地震止压为合力的作用点高于1/3墙髙墙高的1/3处。震害调查与数值模拟分析表明,591我国±动力学专家张克绪t也认为地震±压力合力作用点位于墙高的1/2处。我国现行 第34页西南交通大学博±研究生学位论文.抗震设计规范的设计水平地震加速度最高到化4g,在大于04g的地区,建议适当提高挡墙±压力作用点位置。2.2.3路壁边坡工程震害分析路壁边坡调查统计分析路段为紫坪铺水利库区淹没段改建工程及水磨支线,见图2-,:1路段全长约40km。设计的边坡防护工程主要有两大类高边坡错固防护及边坡柔性防护网防护。错固防护边坡是利用错固段的抗拔能力维持边坡稳定,其防护对象多为一砂岩,砂页岩互层削坡路壁边坡,也有部分河流阶地及老滑坡体的削方边坡。包括的工程形式有错索(错索框架)、框架错杆、错杆坡面挂网喷松、随机错杆坡面喷驗。其一?中错索是典型的柔性加固工程,用于深部岩王体的加固,般设计错固段812m,间距一 ̄ ̄4般用于高大且表层有较厚松散块碎石±覆4.5m69m,中部用错杆加强;框架错杆盖层的边坡加固,设计长度在15m及上,间距4m大多数削方边坡采用错杆坡面挂;? ̄20m距2网喷抢,主要设计错杆长度615m,个别工点达到3m,间;小型错杆坡面挂一一网喷抢工程,岩质边坡锁杆长度般为3m,±质边坡般为6m。随机错杆坡面喷栓的 ̄2m错杆长度由现场确定,调查区2处随机错杆采用的铺杆长度为4.51。柔性防护网是柔性主动防落石措施(简称主动网),采用3^m短错杆挂网,错杆间距4.5m。调查路-段工程数量见表211。调查发现:,地震作用下边坡防护工程变形破坏按伤损程度可分为兰类①坡体变形防护工程破损坡体浅层巧滑边坡深部失稳。其中,坡体浅层巧滑是指错固坡体;②;③-表层发生小于错固深度的巧滑,但未引起塌方断道事故,根据表21震害等级评判标准,浅层巧滑工点定义为严重损害;边坡深部失稳则是铺固边坡在坡体深部发生超过错固深度的整体塌方,工点定义为毁坏。2-表11调査边坡防护工程总体情况 ̄ ̄ ̄ ̄工点总数毁坏工点数严重损害工点数寸塊賊()(个)±错索(框架错索)901框架错杆713错杆坡面挂网坡拾4511821随机错杆坡面喷轮1主动网951总计7219142.2.3工程震害分析.1路壁边坡防护1.铺索工程震害分析 西南交通大学博±研究生学位论文第35页(-36)工点错头伤损量已达错索最常见的震损是外错头的混凝±帽脱落图2,有的到50%-37工点产生较大大变形;其次是框架开裂折断,甚至完全解体(图2);也有的,一如图2-38所20厘米示错索加固工点被剪出,但仍保持整体的稳定,说明错索作为种柔性结构确能抵抗较大的变形。调查路段对有些高大削坡边坡,采用挂网喷混凝±防护一*后,又用错索进行了局部加强处理,般在中下部设置24排错索,凡是用错索加强部一2-39位的震害都明显减轻(图)。在调查的近千根错索中未发现例断索或错索拔出现一象,说明错索这种深部加固工程具有很强的抗震能力。唯严重损害的错索工点是蒙子沟大型滑坡整治工点,,多处框架折断毁坏,局部框架甚至完全解体多数铺头混凝±块破坏,但也未发现断索或错索被趴出现象。图2-36外错头的混凝±帽脱落图2-37框架折断、错头混凝王帽脱落.L獅興h蠻劍图2-38框架错索边坡被水平剪出20厘米图2-39高大边坡错索局部加强部位仍保持稳定2.框架错杆工程震害分析一框架铺杆防护的边坡般是高大,且表层松散覆盖层较厚的不稳定边坡的加固。在7工点中,调查的个框架骨架,最严重的是发生错杆被拔出边坡崩巧导致断道的毁坏,-40所示震害如图2。其次是有较多的框架被折断,虽然未发生巧塌,但坡体有明显变形的3处严重损害工点。框架错杆折断,多发生在框架梁节点处和折线型框架梁拐角处(图一 ̄-241)且具有沿某方向折断多数多处框架梁的特点(图242)。,而 第36巧西南交通大学博±研究生学位论文國曜-40工点被震毁图2>4图2框架错杆边坡加固1框架梁在节点处被折断mrn.mWhMSmBMEBSC^bb.tflWHBtflyi一图2-42框架错杆加固工程沿水平部位的框架梁均被折断3.错杆坡面撞网喷抢工程震害分析铅杆坡面挂网喷检是调查路段应用最多的边坡防护错固工程,共计45处。其中有5处是铅杆坡面挂网喷松+铺索(框架错索),1处是错杆坡面挂网喷检+框架错杆的复合形式工点。39处仅采用错杆坡面挂网喷栓加固的边坡,有7处毁坏,7处严重损害。错杆坡面挂网喷抢的变形破坏模式可概括为:①坡体震陷导致坡顶岩±体下陷、坡脚检外2 ̄43示意壳剪出,变形模式见图。坡体震陷是错杆坡面挂网喷检防护边坡最主要的地震变形模式,导致抢外壳与防护岩王体分离,,抢外壳防护的岩±体在地震作用下震密压实2 ̄44)顺坡面下滑剪出。②抢外壳开裂、鼓起变形(图。这种变形模式也是错杆坡面挂网喷抢防护边坡常见的震害现象,部分坡体抢外壳局部还出现了较大的变形甚至破坏,但边坡整体稳定。⑤边坡滑裂、浅层巧滑。边坡滑面己经贯通,,但由于错杆的错固作用阻止了边坡的下滑变形,边坡未发生塌方断道。送类坡体上部都出现了环状裂缝、滑坡-45)错台等明显的滑坡征状,松外壳破坏严重(图2。也有部分坡体混凝±外壳已毁坏,*46但还能发现残留的错杆钢筋(图2)。④边坡失稳滑塌断道。当滑面深度已经超过铺2-杆的加固长度时,错杆已不起作用,边坡深部滑动失稳,产生巧塌断道,如图47。 西南交通大学博±研究生学位论文第37巧(a)震陷坡体坡顶岩王体下陷化)震陷坡体坡脚检外壳剪出坡顶震陷_I.‘f皆^/坡脚巧出/'(C)震陷变形模式示意图图2^43错杆坡面挂网喷磋坡体震陷思誦画2-442*45图抢外壳开裂、鼓起变形图坡体上部出现滑坡错台,尬外壳破碎 第38页西南交通大学博±硏究生学位论文屯齡至鷄;興詞扉襄參乂d.-編續若屬:祕f.(a)全貌图(b)残留钢筋2-46混图凝王外壳已毁坏,但还能发现残留的错杆钢筋2-47图边坡深部失稳,巧塌断道4.随机错杆坡面喷驗工程震害分析调查路段仅有2处随机错杆坡面喷捡工程,1处毁坏,1处严重损害。随机错杆坡面喷尬是在施工过程中,对边坡开挖后发现的中小型裂隙发育岩质边坡的整治工程。工程,先人工清理边坡危石,在根据现场岩体裂隙发育状态决定加固错杆的数量、深度及位一置,最后素喷层8cmW上的C20抢,防治岩体风化的加剧。由于这类边坡裂隙本就发 ̄。育,地震作用下破坏现象较为严重(图248) 西南交通大学博±研究生学位论文第39页JP图2>48随机错杆坡面喷抢边坡中上部巧塌,错杆出露5.柔性主动网防落石工程震害分析柔性主动网防护工程是针对开挖后完好或微风化硬岩的防落石措施 ̄4m短错杆,3’,仅为钢丝网提供悬挂力的支点,在设计时不考虑边坡的加固作用本身无抗震功能。在地震作用相对较小时,坡体发生浅层巧滑落石,但事实上由于能减轻地震造成的落石灾一害,也能发挥定的抗震作用。如图249所示工点就有效地兜托住了地震落石,防止了该路段的断道事件。但只要是地震作用稍强,边坡巧塌深度或方量加大,主动网的短错-50杆即可能被拔出毁坏(图2)。瞧瞧图2>49地震落石被主动网兜托而未上道图2-50主动网挂网错杆拔出毁坏另外,,对各种大面积防护加固的边坡工程,易在防护加固的边缘部分出现震害现象>如图240,,框架错杆加固工程边缘自然边坡的巧滑连带防护坡体的巧滑。,在边坡防护工程各类震害模式中,边坡深部失稳使工程毁坏并发生塌方断道事件,是抗震设计的重点防止对象。不同工程结构类型的防护边坡在汉川地震作用下的抗震能力表现为:错索最优、其次为框架错杆、再其次为挂网喷混凝止,主动网基本不具备抗一震能力,这宏观震害现象与错固防护边坡的错杆(错索)长度是成正比的。调查路段铺杆(错索)长度在15米及W上的坡体在强震作用下均表现出很好的抗震性能,如图 第40页西南交通大学博±研究生学位论文-237,断层距仅1.18km,采用铺固段长度8m的复所示边坡,位于X度接近XI度的区域合型预应力错索,按4m梅花形布置。巧川地震中大部分框架折断,错头破坏超过50%,一但未发生巧塌断道现象。在震后两年的检修中,16m,未发现例断索并在错索间加长错杆加固。2.2.3.2边坡描固工程抗震设计要点探讨我国规范关于边坡错固工程的设计方法有理论分析法、工程类比法和动态设计法。一般用拟静力法实际边坡铅固工程抗震设计,按刚体平衡的原理进行边坡稳定性分析,采用安全系数的设计方法计算边坡稳定所需的错固力,进而进行错固边坡设计,然后再对所设计的错固边坡进行内外部稳定性验算。其中,滑面位置的确定是决定工程成败的一关键之。设计错杆长度是由最不利滑面位置及铺固体长度决定的一。滑面位置般是通过工程地质调查或边坡地震稳定性分析确定的。地震作用下边坡的失稳机理是边坡动力稳定性分析的前提和关键。巧川地震W前,研究普遍认为地震边坡失稳是由于地震惯性力作用、超孔隙水压力迅速增大和累计作用、循环荷载岩±材料强度衰减作用造成的认为地震作用下边坡的失稳及破坏是由于剪切破坏产生的,并W此作为计算和稳定性评价的基础。调查边坡防护工程的震害表现都是坡体上部震害较坡体下部严重得多,大部分坡体-顶部都有张拉裂缝发育,坡体的塌滑是始于坡体上部的5,如图21所示,铺杆坡面挂网喷栓防护坡体上部发生超过10m深度的地震滑坡,剪出口在坡体中部,而坡体下部依旧一完好。事实说明地震边坡失稳是由于岩止材料受拉剪复合破坏作用这,地震边坡的破一坏模式表现为上部拉破坏和下部剪切破坏。因此,边坡防护工程抗震设计的关键点之是控制边坡上部张拉裂缝的形成与发展。2-图51错杆坡面挂网喷洽防护坡体上部巧塌,下部完好 西南交通大学博±研究生学位论文第41页地震动作用使错杆与岩±体间产生相对位移或相对位移趋势,由于错杆的限制作用,必,边坡出现变形而整体保持稳定。地震后由于坡体变形将引起错固防护工程错杆轴力的增加。由于坡体上部的变形大于坡体下部,上部错杆增加的轴力大于下部错杆增加的轴力,因此,震后损伤铺固防护边坡的危险部位也是坡体上部。综合W上结论,坡体上部应是抗震加固的重点。可考虑错,在边坡加固工程布局时杆间距加密措施,发挥铺索,;重要工程应尽量采用错索可再次张拉的特点W便地震后及时调整铺固力。2.3本章小结(1)路堤工程主要震害特征是路堤边坡上部拉裂、下部鼓张变形,且震害现象多发生在护坡平台上方边坡。地震作用下线路填挖交界处损伤最为严重,往往产生纵、横向开裂,错动等现象。(2)挡墙工程的震害模式主要有外倾变形、滑动变形两种整体性失稳破坏,W及墙体水平向凸出变形、开裂等局部性破坏。地震烈度、挡墙材料、墙高、线路走向是影响挡墙震害程度的因素,挡墙的震害,随着地震烈度的增加模式由倾斜变形向倾覆倒塌发,岩基挡墙发生倾斜变形展。挡墙的整体变形模式与地基基础密切相关,王基挡墙发生倾斜和滑移变形。±皮力相对作用点随挡墙高度的增加整体呈下降的趋势:岩质地基挡墙±压力相对作用点随地震峰值加速度的增加而整体呈上升的趋势。(3)地震作用下边坡防护工程变形破坏伤损程度与铺固防护边坡的错杆(错索)长度成正比的,。地震边坡的破坏模式表现为上部拉破坏和下部剪切破坏坡体上部震害比一坡体下部严重得多,边坡防护工程抗震设计的关键点之是控制边坡上部张拉裂缝的形成与发展,震后损伤错固防护边坡的危险部位也是坡体上部。根据线路工程的震害分析,。,路基工程破坏并不严重而且易于抢通山地灾害是造成线路工程破坏的最大因素,边坡防,山地灾害对线路工程的影响远大于工程直接震害护工程能有效减轻山地灾害对线路的影响,但山地灾害的发生往往是始于山脊线附近的,(对线路造成巨大损失的山地灾害发生在路域W外,对山地灾害的预防防治)不能单纯依靠工程措施—,应该在线路设计的源头选线阶段从减灾的角度来考虑。线路通过发震断裂,,,任何工程措施都难W抵抗单纯靠加强工程结构物抗震能力是不可行的应通'过选线阶段的策略来减轻震害损失。综上,汉川地震的实震资料为我们从现象学层面获得道路工程震害规律的认识提供。了基础,从中提出的科学问题成为下各章研究的驱动力 第42页西南交通大学博±研究生学位论文第3章基于构造地貌与地震活动特征的廊道选择,选线设计是整个铁路公路建设中关乎总体全局的工作,高地震烈度山区的选线不但是在节省工程初期投资和减少运营期地震灾害风险两矛盾方面统筹规划的多目标决策过程,也是从线路建设的源头上减轻地震灾害的重要举措。目前国家标准和铁路行业规范并未设定不能修建铁路的禁区,,是否采用通过高烈度地震区的方案仍应是通过技术、经济、灾害风险等多方面因素综合比选后决定。若从全局考虑认定通过高烈度地震区为最为有利的方案时,更重要的是在选线设计各作业阶段,除按规范进行工程抗震设计外都需贯彻风险调控的理念,最大限度地减少风险。走向选择、空间定线、工程布置是选线设计从整体到局部的三项基本工作内容。走向选择即线路基本交通廊道的选择,线路走向的合理性,直接影响决定了线路工程的建设和运营效果,也通过路网结构、影响着沿线社会经济效益等。走向选择是选线设计环■节中关系线路建设全局的最根本问题。3.1断裂塑造的各类山间构造盆地,性质重要铁路与干线公路是联系政治、经济文化中也的交通枢纽,在设计时采用较高的技术标准。设计行车速度越高,对线路几何线形的要求越苛刻。尤其是铁路线形,为保证机车车辆在曲线上运行安全、轮轨间的接触正常及牵引质量,铁路对线路几何形态平顺的要求比公路高得多,要求的最小曲线半径大、限制纵坡小。在山区自然条件制约和铁路自身技术标准限制的条件下,山区线路定线时可选择余地小,被择方案相对就少。由于在区间定线阶段优化余地小,所(^^优化设计的重点只能是放在更宏观的作业层面上,更应注重交通廊道W及大范围方案的比选。因为在区间定线时适应微地形的灵活性弱,从选线设计源头上减灾,就需要在更大范围内走向选择,选线时更需关注的地貌尺度是大型和中型地貌,包括由新构造运动类型和强度不同所形成的山岳、高原、平原等大规模构造地形;由各种地质构造形态(错皱、断层)所形成的河谷、分水岭地形;W及由于外力作用对构造地形的改造所形成的各种剥蚀地形和堆积地形等。通过对大范围宏观地貌格局的认识,从廊道方案、局部走向方案、大段落线路高程层面创造大地形有利的条件。地形决定了选线条件,并在很大程度上影响线路的主要技术标准。高地震烈度山区多为新构造运动的造山带,强烈的构造运动使区域地形地貌陡峻,地形条件往往成为该区域线路的控制性因素。一些宽谷或线状分布的盆地在地形陡峭的山区常常会镶嵌,这些在崇山峻岭中镶嵌的平缓一、顺直的盆地在历史上般己自然演化形成为经济据点和交通廊道,成为铁路应 西南交通大学博±研究生学位论文第43页,满足社会、经济要求的宗旨。此外利用的有利地形,,铁路从此通过也符合服务地方崩塌滑坡泥石流是山区铁路常年遭受的山地灾害,,其发生频率远远大于地震利用山区盆地布线还能有效地减轻铁路服务期内的山地灾害。但这些山间盆地往往是活动断裂所塑造的地貌,它们沿断裂带分布,受断裂控制,盆地边缘多为断层,是与断裂相关的构造盆地。这些山间盆地的形成演化与断裂带的构wAti造变形具有较好的对应关系llen将这些构造盆地,根据盆地形成与构造作用的关系,分为烧曲类盆地、伸展类盆地和走滑类盆地兰大类,分别沿逆断层、正断层与走滑断层3-走向分布。常见的与断裂相关的构造盆地见图1。晚巨f\\\Zm逆巧层正断层走滑断层失山VJVJVJ'、巧曲主盆地伸展i盛地走逝4蓋!f)f]f前陆^f前陆残)f糟形断)f換形断)f拉分^盆地留盆地陷盆地陷盆地盆地VJVJ/VJVJ图3-1巧裂构造盆地[W这种分类方法既阐明了盆地的形成化制,又揭示了盆地的构造性质。Liu指出,断裂构造盆地的应力环境和盆地边界的控制断层是一致的。根据活断层及附近区域大量地应力测量结果,逆断层绕曲类盆地的应力状态为口>口,正断层伸展类盆地Hmax,的应力状态为口,>口>口,走滑断层、走滑类盆地的应力状态为_^。3^//?<1。口>口>口//。其中,口_.为垂直应力,实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量,即//??^,。<?=口。口仲。口H,分别为最大、最小水平应力,maxHm,。3.1.1烧曲类盆地特征烧曲类盆地是在挤压性造山过程中,岩石圈错皱冲断,在俯冲、挤压和逆冲负荷作用下岩石圈弯曲沉降并充填而形成压陷盆地。根据挤压构造应力的差异和边界逆冲断层、结构变化,烧曲类盆地可分为H种基本类型:单侧断裂型烧曲盆地对冲断裂型烧曲盆地和迭瓦断裂型烧曲盆地一一。单侧断裂型提曲盆地侧发育摺皱和逆断层,另侧由于地一(3-2a)。壳弯曲形成前缘隆起高地,盆地沉积不对称,靠近断裂侧盆地沉积较深图,且断层逆冲方向相反对冲断裂型烧曲盆地两侧都有逆冲断层发育,盆地是在两条对冲盆地两侧边缘都有较深的沉积(图3-化),江式逆断裂中形成的压陷盆地,西萍乐樹陷带就是这类盆地的典型。迭瓦式断裂型烧曲盆地两侧都有逆断层发育,断层逆冲方向相-2C。同,断裂大致平行排列(图3),盆地位于两条迭瓦式断裂间的模形体挂地迭瓦式断裂型招曲盆地多是在逆冲带向前扩展过程中,原单侧断裂型烧曲盆地基础上发展而来的,随着持续的构造作用,盆地易被推覆掩盖、破裂萎缩。 第44页西南交通大学博±研究生学位论文(a)单侧断裂型晓曲盆地化)双侧断裂型挽曲盆地(C)迭瓦式断裂型烧曲盆地图3-2烧曲类盆地基本类型-在造山带前缘的稳定地区(33),,招曲类盆地被称为前陆盆地图大型烧曲类盆地多是板块或地块碰撞挤压形成的前陆盆地。随着远离造山带,前陆盆地的挽曲作用减,形成低山丘陵。如成都盆地是龙口山前陆盆地,弱,并在前缘隆起龙泉山则是成都盆地的前缘隆起随着逆冲带向前扩展,前陆盆地被卷入错皱中,造山带不断加厚并向前陆推进,,原前陆盆地被推覆掩盖、破裂萎缩,有可能在造山带内部残留小盆地如雅江盆地就是前陆盆地边缘的残留盆地前缘隆起前陆盆地nii图3-3前陆盆地示意图3.1.2伸展类盆地特征伸展类盆地是在拉张应力状态下。,伴随正断层的拉伸扩张而陷落形成的断陷盆地山区正断层形成的机理与受区域构造引张的平原地区有明显的不同。目前普遍认为,一。地壳表层岩石中断裂是个脆性剪裂面,剪切滑移是形成断层的普遍力学模式由于地一,形成断层的S轴应力状态中,有主应力轴垂直地平面面与空气间无剪应力作用,根M一Andtl据这假设,erson分析了在均质介质体中形成正断层的应力状态为口>口>G,&&和大断层附频见巧陶果^符合。1£断旨@力状S的莫尔m;加axHmin3 ̄4(力圆(图)表明,当最大主应力増大或最小主应力减小时虚线所示),容易达到强度极限。因此,铅直方向的隆生(最大主应力增大)和水平方向的拉伸(最小主应力 西南交通大学博±研究生学位论文第45页减小)易于达到发生正断层的应力状态。一在造山带区域挤压应力场作用下,受强烈挤压的地壳物质方面在水平向缩短,另一一一,些与主压应力方向方面在垂向增厚自由地表抬升,口增大,发育致的正断裂,,一些与主压应力方向垂直的小断陷。如青藏高原地区,形成,南北向的区域挤压应力NNE一但在高原内部发育有走向SN、、NNW的喜马拉雅张裂系断裂。另种情况是在主压应力作用下派生次级构造形成局部拉应力一些轴面。在区域挤压应力场作用下,发育一,但在错皱轴部,些或断面与主压应力方向近于垂直的错皱,则转化为拉张作用形成一与主压应力方向平行的局部拉张应力场,发育与摺皱轴向致的断陷盆地。如青藏高原内部在晚新生代发育了多种类型、近东西向和近南北向为主的伸展构造。口.图3*4正断层应力状态的莫尔应力圆巧.TTT千I三芋""^^+十++巧良+++^4 ̄■+++4〇+++++!/(a)換形断陷盆地堂兰记玄本 ̄心拍:'’’",■?—-T\/三'y么若兰亡亡告二气 ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄+++^^^V ̄ ̄^夺+4*不T-VW+夺夺/\\+ ̄Kf(b)槽形断陷盆地图3-5断陷盆地基本类型山区断陷盆地W断层为界与山地分隔,边界断层形成高大的断层崖和断层H角面。,在平面上盆地沿断层线呈长方形或菱形在剖面上受断层围限方式控制,单侧有断裂形 第46页西南交通大学博±研究生学位论文--成模形断陷盆地(图35a),双侧有断裂形成槽形断陷盆地(图35b)。盆地内堆积有一一较厚的第四纪松散沉积物。断陷盆地基地常有些正断层发育,形成些小型地壁或地垒,构成复式断陷盆地。3丄3走滑类盆地特征沿大型走滑断裂带附近形成各种类型的盆地统称为走滑类盆地,如果是纯的走向滑动断层,断层在剖面上直立,在平面上呈直线,不可能产生张性或压性分量,断裂两侧岩体守恒,不能形成盆地。山区广泛发育的走滑断裂对调节造山带的差异压缩和伸展具一,这就形成了山岭和盆地地貌。有重要作用,有定的倾向分量由于断层两侧的反向水平运动,运动前进方向受限,后方应力亏损,在断层末端产生分支正断层,将剪切运动转换为局部拉张及垂直断陷运动W实现应力调整而终止破裂,因而形成模形断陷盆地。单条走滑断裂在地貌上表现为断裂前端的隆起山岭和末端的断陷盆地一。走滑断层般不会单独出现,而往往是多条走滑断层羽列状阶步叠接组成走滑-断裂带,36。拉分盆地,由于两条羽列状断层之间相向运动往往发育拉分盆地(图),在右旋右阶或左旋左阶条件下形成是沿走滑断裂带发育多且大的盆地,多呈菱形或狭长矩形。拉分盆地的规模变化很大,大者长逾百公里,宽数十公里,小者长数百米宽只数十米-,如甘孜盆地就为鲜水河断裂带和玉树甘孜断裂带形成的大型拉分盆地,盆地宽20km。在形成演化过程中,拉分盆地的宽度相对稳定,决定于两条边界走滑断层的间隔,一长度决定于两条边界走淆断层的重叠距,,并随着走滑断层持续滑动而不断増长般长宽比达3即停止发育。图3-6拉分盆地形成示意3.2基于地形和灾害风险综合分析的廊道方案选择原则从上述介绍可看出,山区不同类型的断层,塑造了各类构造盆地,若要利用这些地形条件有利的区域布线,就必须面对地震灾害的风险。下面将在对不同类型断裂的活动性与强震震害特征分析的基础上,提出廊道方案选择的原则。 西南交通大学博±研究生学位论文第47巧3.2.1近逆断层的选线原则一逆断层的活动性特点是高震级低频率,,需要较长的时间累积应力应变般地震活动周期较长。强震作用的上下盘效应明显,,上盘产生宽广的地表变形和破坏分支和次级断裂发育。而下盘挤压下陷,活动性弱,破坏效应沿主断裂迅速衰减,如汉川地震触3-7)20km6km发崩塌滑坡面积距断层衰减关系表明(图,在上盘后衰减,在下盘后迅w一ti速衰减。前陆盆地范围很广,般线位具有远离断裂带的条件;若铁路必须建设在断裂附近时,线位应选择在下盘的盆山过渡区域,这样相对可减控地震风险。而对于前陆。残留盆地,已被卷入断层上盘之中,地震破坏作用强烈,不建议选线利用6000F2FF31「5000-Aj4000-?sooo■IIJ控\2000_1/\狂-^一1000\-i1,IIIiijiiiiiitiitiIIIIIIfI■Q?????0?7044638302----62521464122028西巧巧带巧离/ka图3-7巧川地震触发崩塌滑坡面积距断层衰减关系3.2.2利用正断层断陷盆地的廊道方案原则正断层从地震破坏效应来看,由于上盘效应,地震破坏作用比下盘强,对线路是不利因素;但上盘的断陷盆地在地形上有利,同时海拔较下盘低,可大幅降低线路高程。由于正断层W张性为主,断层面的正应力小,摩擦阻力也低,所W正断层仅需较小的应变能量即可位移,因此产生的地震能级较小。如有历史记录的正断层地震超过7级的仅一H沈UWenLeW7。两次,最大的次是19巧年g沁M.29级地震综合考虑地震风险和地形一。,条件,般仍建议铁路沿正断层上盘断腔盆地布线并采用工程抗震设计抵御地震风险-当雄羊八井断裂带位于年青唐古拉山东南麓,总体走向北东、南北展布,是班公湖一--班戈嘉黎地震带中段的次级地震构造带,,主要由正断层和左旋走淆断层组合而成°50?断层倾角66。正断层控制了明显的地貌特征,由桑雄、谷露、当雄、宁中、羊八井、吉达果等6个盆地及其间的烟它、九子拉、当雄南、宁中西南、羊八井南5个横向一P11?-隆起组成,全长240km,宽525km,是条狭长的断陷谷地带。青藏铁路古露羊八50-公里(图38),该段线路地形平坦、工程简易并段利用该断陷盆地布线约1,并使线?路高程控制在43004600m内(盆地西北侧为藏北高原,高原面海拔6000米,盆地东南,避免了海拔过高出现的多年冻±侧为藏东兰江深切河谷区,平均海拔高度达5500米)问题。是利用正断层上盘断陷盆地选线的成功范例。 第48巧西南交通大学博±研究生学位论文图3-8青藏铁路古露-羊八井段3.2.3利用走滑断层构造盆地的廊道方案原则走滑断层呈直线延伸,穿过起伏很大的地形仍保持直线性,与断层相伴生的断陷盆地和拉分盆地连续分布,往往在山区形成带状分布的宽谷地形。这些沿活动断裂带间断分布的盆地通常是被断裂所围限的区域,其内部岩层完整性较好,构造相对稳定,符合""条件一般走滑断层的发震频活动性断裂带地区空间定线的安全岛。但需注意的是,率较高,也可能发生强震,为此提出采用简易工程的风险调控策略。线路通过走滑类盆地,由于不受高程障碍的限制,只需注意绕避平面障碍,因此可大量采用路基工程,修一建条桥隧比例低、造价省、受灾后容易修复的线路,实现W简易工程为主体通过走滑72t1断裂带密集区的理念。此外,走滑断层的断错地貌迹象明显,如断错水系、断错阶地、,断塞塘等,为定线阶段避让断层提,根据这些地貌标志容易准确地确定断裂带的位置供较精确的信息。安宁河断裂带处于康潰地轴的轴部,是川濱南北构造带的重要断裂带。断裂带分为 ̄东、西两支,近平行展布,两支间距约49km。东支北起石棉田湾,向南经鹿子坪、紫-马跨、野鸡洞、沪沾、西宁、德昌、米易至会理W南消失,西宁德昌段隐伏于安宁河谷东岸,全长350km;西支北起冕宁冶勒,向南经大桥,于冕宁附近隐伏于安宁河谷西岸,在德冒附近重新出露,倾向东或西,,往南至会理小关附近消失。断裂总体上呈南北走向60 ̄倾角80度。安宁河断裂带控制了现代地貌的发育和断陷谷、断陷盆地的发育。冕宁,在东、西两支断裂之间的狭长地带至德昌段,自第四纪W来因两侧断裂强烈活动而形成了典型的断陷盆地,总体上处于隆起状,并堆积了巨厚的第四纪地层。冕宁至石棉段一态,但其两侧分布有系列断陷盆地。东支断裂东侧有孟获城盆地、拖乌盆地、中也乡7311盆地、曹谷盆地等,西支断裂西侧有冶勒盆地、大桥盆地、惠安盆地、冕宁盆地等。,中更新世W来,西支断裂失去了早先的强烈活动晩更新世W来的主要活动集中在东支P断裂上气通常所谓的安宁河活动断裂带是指西昌W北段的东支断裂。成昆铁路沿安宁3-9河宽谷段走线约90公里(图)。安宁河流域是我国著名的泥石流密集分布区,铁路漫水湾至德昌段沿线分布有泥石流沟53条,W沟谷型泥石流为主。由于该段河谷宽缓,谷宽平均达5km,阶地开阔,泥石流洪积扇可自由发育,泥石流动能至洪积扇前缘已消 西南交通大学博±硏究生学位论文第49页。40的泥石流灾害比两减殆尽,线路在大型洪积扇前缘通过余年的运营实践表明,该段段邮邻区段峡谷段的灾害少得多,应该说是成功的铁路选线设计。■錢說;>漁撫.k滋窥y一图3-9成昆铁路漫水湾德昌段3.3本章小结本章针对选线设计中最根本的廊道方案选择,运用构造地貌理论,对活动断裂塑造的地貌格局和强震灾害效应的综合分析,得出廊道方案原则。一,(1)断裂构造盆地在地形陡峭的山区往往形成系列宽谷或线状分布的开阔地形即是自然演化的经济据点和交通廊道,也是铁路应利用的有利地形,还能有效减轻铁路服务期内的山地灾害。盘烧曲盆地、正断层上盘断陷盆地、走滑断层断陷盆地和拉分盆地,(2)逆断层下,均是铁路廊道方案可利用的地貌单元。综合考虑地震风险和地形条件,对逆断层线位可选择在下盘的盆山过渡区域;对正断层,由于该类断层震级不大,铁路可沿正断层上走滑断层一,般有平直地形可盘断陷盆地布线,并采用工程抗震设计抵御地震风险;对利用。,可实现W简易工程通过走滑断裂带的减灾策略 第50页西南交通大学博±研究生学位论文第4章基于地震波传播地形效应的定线技术廊道方案确定后的区间定线,就是在廊道范围内择优选择地质条件、气候条件,地一形条件综合好的部位通过。对线路定线有影响的因素众多,选线是个综合择优的过程,往往需要考虑各种外在因素,,但本章仅从波动理论地震波传播的地形效应来研究减灾选线。高地震烈度山区的区间定线,就是尽量选择地震动强度相对较弱的部位通过。与平原地区相比,山区地震动更为复杂71,Pacoimaan,如19年项左岸山体顶部在S75[Fern1ando地震事件中记录到高达1.25g的加速度,表明地震波在山区的传播特性受地一形效应的影响。地震波的地形效应直是研究的前沿和热点问题,目前还没有明确定量一一估计地形效应的方法些典型地形得出了比较致的定性结论,,只是对通过大量的宏观震害调查、地震仪观测、理论分析和模型试验对孤立凸出地形的地震动放大效应达成了共识,自然山体上部的陡缓转折部位、单薄孤立山脊是地震动放大效应的凸出7811地形。Bard用H种主要物理现象对地形效应进行解释:地表振动对入射波的入射角有很强的敏感性,尤其是SV波在临界角附近入射时;地形起伏形成的不规则几何体,W及地表表层介质不均匀性形成的横向介质变化,在地震波的传播过程中起到聚焦或散焦作用,W及散射波与直射波;体波和面波在特征地形下产生的向下和向外传播的散射波P91之间的干涉作用。4.1地震波理论4丄1地震波的基本方程4丄1.1地震波动方程波动是运动在介质中的传播,地震波传播的基本原理仍是牛顿第二定律,连续介质内每个质点处均应成立的应力运动方程为:-=4-口口+乂(1)^扣‘式中M(T.:P为介质密度;/为时间;为位移张量的分量;为应力张量的分量为体,;疋b力张量的分量。一-弹性介质中应力应变关系成正比,般形式为:=-口'C(42)。帅由于e=w,W位移为基本未知量,运动方程为:?w=〔+义-口((43)脚也).,,|^式中:为应变张量的分量,,;为介质弹性张量的分量对各向均匀同性弹性介质 西南交通大学楼±研究生学位论文第引页一由于体内各点弹性性质与取向无关,c?为各向同性张量,其中独立参数有两个A、i。,/,C=-^+HS8+S'(44)u,I,j如(,非,A)?K===,10式中:为ronecker符号,,。乂、,当/时或当时,式/I为介质的拉梅常数=£为V,A弹性模量,为和泊松比。-l+vI2v2l+v()()()-应变关系为应力:=。==义5-口£"2(+/i+£"+45)。脚瓜"鸣庐成片=由于几何方程Ew+M,则u,,,,^)口=义"++-W(46)*.*""咬)则位移运动方程为:2^^ ̄=义-p+W+JW+A(47)片jj*/j,山^()2==,用向量符号表巧张量符号,其中Vu,.VVu,向量形式的波动方程为:j,()^=VuVu-AX(4p^+^V+/i+8)()()dt2▽u=.-VVuVxVxu由向量恒等式,向量形式的波动方程为:()三。=---A2VxVxuX(4p^+iVu^V+9)/()()dtV▽.V式中;U是位移向量,X是体力向量是梯度,u是位移向量u的散度xii,是()()位移向量U的旋度。理想弹性体,应力应变成正比,在波动过程中无能量损失,若考虑波传播过程中的阻尼效应,H维线性非弹性体中,广义胡克定律的应力应变关系为;+-D(410)ylcl'C式中:为弹性常数,包含两个独立的A、y,称为粘滞常数,包含两个独立的乂、uu'y,可用A一A+又,y一+,黏滞耗损的波动方程为:导yy呼dtat'''=-乂++义+".+^"+Mw--+乂(411)M以I/,',(()京丑京,方'==式中称为可压缩粘滞系数,,0,。:A称为崎变粘滞系数当r时/即是弹性固体 第52页西南交通大学博±研究生学位论文4丄-1.2波动方程的分解基本体波4-7位移运动方程()的积分求解通常很困难,适当的变换位移向量可使其简化,从而导出标准的波动方程。利用向量的亥姆霍兹(Helmholtz)分解,位移场U可W表示为=+VxT,其中9是标量<uV<Y▽p,是向量,?和▽><*分别代表位移场U的无旋部分和等一.▽Vxy3〇(4-9)可体积部分,即有,波动方程分解为个标量波动方程()一(P和个向量波动方程,分别表示胀缩波波)和旋转波(S波)。P波一标量波动方程:=+2■口从17+巧(4口)^/)啼5S波一向量波动方程;2=-iVT+F(413)P/:菩=:、FX的亥X▽+VxF式中巧是体力向量姆霍兹分解,满足巧::一一一在正交坐标系中,向量T可进步分解为两个标量0和《/,其中个分量沿着个选定的方向一F,另分量则垂直于该方向,向量也同样进行分解:,V=-n+lV><m(414)々:y:=-F&ii+/VxCn(415)i,,式中:n为z方向的单位向量,/是为使如和▽xn具有相同量纲而引入的参数,和A,,y,4V满足波动方程:=+ ̄6PF(41)线趴伞jat=+(4-P孽的术&17)标量9、和^,合称为Helmholtz,卵;拿位函数1位移场u=-V麥+Vxn+/VXVX/H(418)0,V,若取Z方向为水平方向,0表示水平振动的S波,称为SH波,表示垂直振动的SSV。波,称为波一体力项X包括重力和震源作用力一。重力对般频率的波动影响很小,般可忽略,=0。《>、仅对极低频率的波动才有明显影响;在远离震源恃,震源作用力不计,即有X?0和V变量分离的波动方程为:王=V(4-鸣诗巧19a)dr=4-暮部夺(1%) 西南交通大学博±研究生学位论文第53页4-暮=卸V(19。丄式中、CPS,(=尘皆,:Cp分别为波和波波速,s号(|4.1.1.3沿自由地表传播的Raylei班波-aP。在如图41所示坐标系,Ryleigh面波是沿地表传播的不均匀波和SV波的叠加x-Z,对位移场作限将半空间的表面作为y平面,指向半空间内部的方向是轴的正方向X-Z二aleih,R,维平面yg波的制性假定,令质点在y方向的位移是零波动方程简化到势函数可表示为:n(了--—20a=如xp姑i(〇t(〇z(4)巧CCC*、rpJ-——=(420b)\fBe邱icoi(〇t(oz:jCCrsJ式中;、分别表示P波和SV波的势函数;w为圆频率;/为时间;c*、Cp、Cj分别9厶公为振幅因子=。aleih波、P波和SV波波速;Z^^I为Ryg;' ̄ ̄/0图4-1坐标系示意图-X-Z二维平面坐(418);在标系中,式简化为-u=+x/421)V(V(py位移分量"与《分别表示为:,:4-22a)"(,普警"=-(循:菩暮■-〇7、〇、:46)(分别表示为根据式应力应变关系,应力分量有;。,( 第54页西南交通大学樽±硏究生学位论文2=义V-灯(+2片(423a)p:T'OXaxor^J=-+-。(423b)。中黛暮到2-=2(7AV<牛u(423c).p-j ̄azoxazJ■-細ex,由入射(、/产生的位移及应力分量如下省去巧间因子pp:(y ̄ ̄P ̄ ̄/2i21nr\\,(n(,>,「-ex-—fexf-乙—ex—-W似心p〇}之p份picol424a;yK^^T^j心心* ̄/^2\\f[1i^2(flV^fX\=— ̄—ex-——-■---——--—-w〇)公CcozHexcozexfo)(424b):rY7pppsj^^jr'r221wrr^2irr,=j份A—f———■■—O;——][——]f—r——yiex—-勺;、/+I)<jH:exCexcozicoC425a<yf;p;pp|cCCCCCCCCRps\rp\rs\rsy^)^JJ^J^ ̄ ̄ ̄ ̄.2,!1PnPiX..,ri..一^—/——「-f ̄「——f--—-]f—)-口以wexcoz+ex/exTpp似三ypicoC425b;^CCCCCCCCr^rp、rp、gsr^J^J^__21nPnrl,.=/—]\ex(----)-ef-——^exf—-<7UC〇^份之x〇)z/coC425c;sj^pp^pCCCCCCrs、rp、rs、JJJ^■==00R由自由表面的边界条件,即〇_,<7,可得ayleigh方程:_。。L。L\fif21Y4r1IfY11Tf丄s—-A-=。-26)4444(4CCCccCCCrry巧尸ryJJ八J夕、由此得到<、/的振幅关系为:^V■"=_&(4-27)I^去V声L去レ去RR]\RyJ4丄2地震波的散射,地震波在传播过程中广义上,由于地球表面不规则地形界面、地球内部不均匀介,引起波动性质的改变都称为地震波的散射质的影响,反射、透射、绕射现象都是散-射的特殊情况。地震波散射的理论解释是惠更斯夫列涅尔原理,任意时刻在每个波前上一一,可W把它的每全部这种元波的组合点看作新的元波系统的源,等价于新波,;新波前的位置是各元波系统的元波前的包络,,;波前面上各点元波相互干涉叠加在观测点上观测到的是干涉叠加结果。一样与光波、电磁波,地震波的散射与不均匀介质的尺度有密切的关系,假设非均匀性的尺度为a,非均匀区域的范围或传播距离为I,则无量纲参数faz和*1是表示波传tWWl=,其中*2;t。吴如山及Ak播态的特征、控制波散射现象的重要参数M为波数i采用 西南交通大学博±研究生学位论文第巧页类似于物理学其它分支学科对波的分类办法,地震波的散射按传播态式分为四类:准均匀、Rayleigh散射、广角散射和小角散射。fa.1)准均匀:当7<001时,因非均匀程度太低,散射非常弱,可忽略不计,介质可近似为均匀介质。2)Ra=fc<〇.)yleigh散射:当^31时(例如3l,散射体的尺度比波长小很多,可忽略散射体各部分引起的散射远场之间的相位差,整个非均匀体可作为点散射,散射波的2振幅具有W的频率依赖关系,因而散射能量与r成正比。3)广角散射^=10.1<^10,,:当7时(例如^<)即非均匀性尺度与波长差不多时入射场和散射体各部位引起的散射场相位差不能再忽略,等效散射源也不能再看作点源。"入射能量向各个方向散射,并与入射方向成大角,散射效应最为显著,该状态也叫做共"""振散射或Mile散射。4)小角散射:当1时,非均匀性尺度比波长大得多,大部分散射能量集中在入射波射线传播的方向,其它方向散射波很弱,可W忽略不记。根据费马(Fermat)原理,波源和场点间最小行进时间的路径,就是波的几何射线。离开震源的波振幅是衰减的,島频极限条件下射线的长度可对应表示振幅的衰twi减率。Gautesen首次成功将几何射线理论用于弹性波散射的研究。当不是很大时,-〇且不趋于。〇小角散射满足从波动地震学过渡到几何地震学的条件,即A>,能近似用几何光学理论(射线理论)处理这种大尺度非均匀性引起的散射等现象。4丄2.1弹性波在界面的散射弹性波遇界面的情况统称为弹性波在界面上的散射。弹性波遇界面,界面上将产生,为满足界面条件体积应变和剪切应变,波在界面将发生波形转换和能量分配。在各向同性弹性介质中,波遇界面遵循Knot方程和Zoepprite方程。Knot方程描述了势函数形式的入射波在弹性介质分界面上产生各类次生波的反射和透射系数,表征了各类波能量分配的关系erite;而Zopp方程则用波的位移函数描述了次生波的反射、透射系数和能量分配关系。弹性波在界面的散射,就是根据波在界面上满足的应力和位移边界条件,求解波动方程。根据费马(Fermat)原理,波在界面发生波形转换,其传播路径满足斯奈尔(Snell)定律:,数学表达通式为邸-9=(428)C式中:0为波与界面法线的夹角,C为波速。 第56页西南交通大学博±研究生学位论文么"战,戶27、A,Pi/图4-2波入射弹性介质分界面示意图-取介质X4>2XZ二1和介质2的分界面为轴,在如图所示维平面坐标系中,介质1<0的区说介质2在2>0的区域。A1和介质2的拉梅常在2,V战分别为介质。数,P,分别为介质1和介质2的密度介质1和介质2中P波和S波波速分别是:,A^^=么±^=也=。巧1,。。(,1,2介质)|A|P|iIJIJ平面波We角入射到界面上,介质1、2中波动方程分别是:▽==,v(2<〇)墙Vi诗v^,^▽=▽=(2>〇)在>,请>!:皆誓Z====、K在0界面上满足位移应力连续的条件,即批,K,CTCT。,)批)2(,)(:)(。)(1)12|2=--=的批),由式(422)和式(423),z0的界面条件转化为:),2也逆=也曲()办化沁dz曲—也=也—也(4-2%)dzdxdzdx"五2d3g9<P抑化i1yYjf-)f—2+2+-CA邊#贵盖葦晋(429)、/V/-=-+2+21-29dW巧a化山(4)f與蘇][势與满足上述波动方程及界面条件的解函数设为:=-X之z-JC,fex化C'(z<0)(430a)巧(,)巧()p(,幻[=-ex-^;czz化jccz<0)430b)V,,f巧(p((i())[(片]=—-<;c之zexjcc0P,,f化(之>)(430c)2()巧()p[(,哨=--Gx}rjcztzexikc(z>〇)(430d,,)/2()p2()[(j)J==-:c是波沿界面Xcl是波数。将解画数式(430式中,轴传播的视速度,,*),/g 西南交通大学博±研究生学位论文第57页代入波动方程中,得到波动方程应满足的常微分方程;:+*=0(4-與妃巧31a)"OZ'-+=-kQ(43l)p;,Gb^,=-+*f0(4’3Ic)■與-侣dzG=0-+(4寧,3Id)喘az式中;参数,,,,为巧p如扣知。。。2VV:cV(^f= ̄——==-11,1P,PP,P1:p、p\S^isc|"、JV/V/V>0-根据入射角,确定参数P,,,7(41,化,求解式3)、p/:,即可得出波在界面,pA的散射。=假设界面为自由边界,介质1为固体,2为空气0,介质,则p,固体介质的拉梅常数为A,,C,C。,M密度为PP波和S波波速为p,PV</固体介质中波、S波势函数(P、的波动方程为:/"■===-0自由边界上,边界条件是〇0,〇0,由式(423),在z_細足:。。-+=。(4_做。-碟祟>(詞]==-订(2032b.义▽p+i(4)■/**dzoATaz人=0V满足W上波动方程及边界条件的解是:-=-;cz/F三ex化jcC/(433a)巧,,pj()()[(J=--i/X之ex4/G三化XC/33b)/p(,,y()()()[]-入介质的波动方程中将式(433)代,得到f和G在自由表面满足的常微分方程;:+F=-kp0(434a)鸣 ̄;az2聖+*G-早=〇(434b)—片d::式中参数A,P,为 第58页西南交通大学博±研究生学位论文/22(,A1奮)4丄2.2弹性波散射的积分方程。射线理论是髙频近似,当不满足时,波的散射必须严格求解原始的波动方程均匀弹性介质波的运动方程为:=-P[C"*,(")(")(435)讲].片与戶-w对稳态问题,取时谐因子为e,方程变为:2■?=-仍"/乂/P川与+0(436),(,() ̄在均匀介质中,<:?与坐标位置无关,式(436)变为:^=-P〇d\r)+(r)+X,(r)0(437)(式中:r为场点(x,y,z)的坐标r/一引入参考介质的格林西数成(,,.)表示在位置/处作用的单位点源在定边界条?/处的响应,根据波动方程,格林函数成r:件和初始条件下所产生在位置(,〇定义为-阳+Sr=-P心的心。0(438)、,J('cSela式中;/为源点Oyy,为Dt函数,又称单位脉冲函数,满足;)的坐标〇*'"5r-/=5-=//1(),炸,({[-37)(4-38)k相减有式(4乘,乘W:,然后两式.■式,'-=-USr-irCUG+XG(439)禹—)卿ih.u),i"即'-u8-=u-ru+X40(rCG(4)"、",hiA—讲化.、?-40)对式(4关于/在区域Q上积分,并利用体积分和面积分的关系的高斯定理,W及5函数的性质,得到:''=?-■"rr"rr义rr加(4-W*+41)化’>片’佩(〇’"()〇w,护J).()Gm)快州心J'??=?:;(?///:式中为边界外法线单位矢量,将r换为,利用(G>),上式为*,)*('''''’=义 ̄"m。(rV(rG(r’r甘炒+rG。r如(442)W快挑化()?*,化J'()m()4>42)即为均匀弹性介质位移场的积分表示方程式(,亦弹性动力学的积分表象定S(representationtheorem)〇利用等效积分方程求解散射问题,边界条件的匹配由积分方程代替,可处理任意形r。,但关键的积分方程的核成(,状的散射体问题.O比较复杂求解困难4丄2.3弹性波散射微扰法MtlHPyerrera和Mal积分方程的微扰法适用于弱非均匀的不连续介质和连续介质, 西南交通大学博±硏究生学位论文第59页将微扰法进行推广,也可用于有强反差的薄包体(如透镜体、裂缝等)的散射。在各向同性非均匀弹性介质中,弹性张量C,都是坐标位置r的函数介质密度P,非均匀介质分解成参考介质和微扰,即:〇r=rr-(3+命(443a)p)/()()°-C=--C+4(/)/5Cr(4化)()()式中°:户和0:是参考介质的参数,如和SC参考介质的微扰。*4-将式(43)代入式(436)波动方程,并取时谐因子为有:Wu+"++C+=-妨0(抓(444)pi一坏0,、瑞j\" ̄44)知=+由式(4,,总位移场的等效体为为2位移场的积分方《程表不为:■'’=沾加-45"(r))"+GG(4),j,,]总位移场可分解为:^'ur=4-46ur+ur()()()()Df式中;W是初始场,W,即入射场是即散射场。'm=g4-由于入射场,则式(35);,V)X,>为J'''u=U+=-出+(4-UU+GUuGn8UGdv+5CuGdv47)‘:;:HAinki",w)pn"(","jj邮、朽叫S ̄假设参考介质在S上无边界应力条件,并根据高斯积分定理,式(447)为:,'=+G/-/d-ituSU(rdvSCUGrv(4.u(,48)i:pn,")"),""j叫!86]-48)-方程(4imanSchwner,即为弹性波散射的Lppig方哲散射场可写成:''U=-8CUGr/dv-49)妨(4;(,)nu",n抑j',j-)式(449右边出现了总位移场,它包括入射场和散射场,送样等号两迪都有待求-未知量,式(449)为隐式方程。当散射场弱于入射场时,用入射场非代替总场U,,87一tl-这就是Bom近似,相当于只考虑次散射,从而式(449)变为显式方程::'=G-U"(ry加SCUGrfv(4(y)c50);!柳:m)j?u;.,,"j4.2地震波地形效应分析与定线要点地震触发崩塌滑坡受震中距、地形W及地质这H大因素的影响但在相同岩性条件下,邻近斜坡的崩塌滑坡发育差异直接反映了斜坡地震动的强度差异,体现了地形这一因素对地震动的影响。在缺乏地震监测台阵数据记录的情况下,地震触发崩塌滑坡为一观察地震宏观地形效应提供了种有效途径。4.2.1高程放大效应与定线要点一直是地震波地形效应中最为关注地震动高程放大效应、最富争议的问题。不少研89-9211在行业相中究认为地震动有沿高程的放大效应关的结构抗震设计,地震动沿高程的放大效应有所体现,如水利部口水工建筑物的抗震设计,对±石蝴和水间都考虑了沿 第60巧西南交通大学博±研究生学位论文高度的地震加速度放大。国内外沿山体高程布置的地形监测台阵获得的数据反映了地震P41tt动沿山体高程变化,如Kagel山、Josephine山Sourpi山、MonSainEynard,自贡PSI,都反应了山顶对山底存在地震动放大现象,西山公园;但在沿山坡高程变化上PWP71RobinwoodRidge、青川狮子梁、诡杆梁、东山及绵竹清泉村山前斜坡监测数据,表一一。明地震动无放大规律虽然这些监测结果的结论并不致,但基本还是有共性结论,山顶对山底存在地震动放大现象。空间定线确定线路基本高程时,,研究的是区域地形尺度地震动高程放大效应是否--。20130420体现在宏观山势或地势台阶上,才是区间线路高程确定需关注的尺度地形T08S.。对芦:02四川省雅安市芦山县发生M70级地震,地震诱发了大量的次生山地灾害2-山地震灾区震后遥感影像进行解译,3300km3),并结合现场考察核实在范围内(图4 ̄确定出崩塌滑坡等792个地震次生边,海拔分布在6002800m。1坡灾害高程信息的提取采用30m空间分辨率的DEM获取,按每200m间距,将边坡灾害划分为小于800m、?????800m1000m、lOOOm1200m、1200m1400m、1400m1600m、1600m1800m、?C1800m2000m、大于2000m八个区间,按D、VIII、VII地震烈度区分别统计各高程区---间的总面积及灾害面积,见表41、42、43,得出防、VIII、VII度各高程区间的灾害^4密度分布图4。从图中可W看出,在区域性范围内,边坡灾害密度不随海拔高程的增加而增大。W?■'<rti?????Mw*tt/@腿技a\?\?凌签蠢參/—齡物s!('<I—村巧百贼hJ饥di》巧巾姊'^\的徘3巧//J\/—I下TiJ/I.xrv<i".-*Vf!r.!VnrJr"??々,i;*j图4-3芦山地震灾害解译范围表4-IX1度区灾害与高程的关系 ̄ ̄ ̄ ̄ ̄IZJI灾害数量区间面积区间面积百灾害数量百灾害密度日同枉凶J2(个)(1^)分比(%)分比(%)(个/kn"800m2843..小于.9919365000.64 西南交通大学博±研究生学位论文第61页 ̄25800m1000m031.2222.553(5.253.96表4-1K度区灾害与高程的关系(续) ̄ ̄ ̄ ̄ ̄灾害数量区间面积区间面积百灾害数量百灾害密度直提机巧日局巧区 ̄1J2〇2(个)(姑)分比(/〇)分比(%)(个/1〇口) ̄1000m1200m18945.1919.89W.7541.8 ̄1200m1400m11350.3822.1720.182.24 ̄m271400m1600;524...311.22482084大于1600m04.111.81表4-2vm度区灾害与高程的关系 ̄ ̄ ̄ ̄ ̄灾害数量区间面积区间面积百灾害数量百灾害密度J,(个)(km)分比(%)分比(%)(个/kitf)800m48329.3922.0081小于.90.15 ̄71800m1000m352.1.99235813.70.20^m?10001200m99231:21.95.4518.370.43?1200m1400m97240.7016.0818.000.40?400m1600m112176.7811.88201.780.63?161.88.741.67500m1800m10600691.0m?2000m63594.2511100918006...-V表43II度区灾害与高程的关系 ̄ ̄ ̄ ̄灾害数量区间面积区间面积百灾害数量百灾害密度亩邮间q!〇〇!(个)(km)分比(/〇)分比(/{>)(个/km)小于0164.8711.19800m?800m1000m115164.8111.1816.040.70?21000m1200m19209.2214.1928.440.92?2199.37...1200mMOOm1113531659056?015400m1610217.0711.54.110.60100m?1600m1800m巧148.0910.0512.300^6?114..1800m2000m35926805.190.302000m36302..3.12大于.152050530化7^0**.5\。wx曇\》|〇.3、-*----44>800100010001200120〇i0〇10016001600iaX>180020002000ft程区间/m 第62巧西南交通大学博±研究生学位论文图4>4各高程区间灾害密度一对具体山体,为分析线路是否受高程放大效应的影响,详细考察了条越吟公路在,止于大川镇芦山地震中的边坡灾害。考察路段起于太平镇中林村,线路总体走向与芦一一--1.5山地震发震断层(大川致,距该断裂带的距离约为化5km双石断裂)走向,是条处于VIII、VII区的县乡级公里,全长约30km,诬口海拔高出线路最低点中林村550m。所处地层均为H叠系须家河组浅灰色厚层中粗粒、细粒岩屑砂岩,线路平面及沿线48-处边坡塌方灾害分布如图45。图4-5线路平面和边坡灾害点分布,计算每个边坡灾害点距震中的距离,每1km震中距统计线路边坡灾害的塌方量图4--6和图47分别反映了边坡灾害的海拔高程和方量。对照两图,从线路起点到震中距10km处,线路海拔高程逐渐增加,随着线路远离震中,边坡塌方量迅速下降,震中距是控制边坡灾害规模的主要因素。随后,,线路爬高过诬口后下降到大川镇线路边坡灾害的塌方量与震中距的关系减弱,塌方量变化不大,但在震中距14、17km的两处分水岭附近出现两个小峰值。1600-500,。〇王〇〇〇,刚-?。巨1300-5!《。口ooii0。00〇11^J0010510152025巧中巧km/图4-6边坡灾害点海拔与震中距30000*2S000-、20000-\|;15000-I510000-\S10152025巧中巧km/图4-7边坡塌方量变化 西南交通大学博±研究生学位论文第63页综上,,在区域性大范围内宽厚山体或大地势台阶的地形尺度上,地震动并不随高程的增加而增大;但就单个具体山峰,地震动的强度在山顶比在山底强的现象是存在的。因此,空间定线确定线路基本高程时,可不考虑地震动高程放大效应,但还是要考虑山脊处地震动的放大作用。此外,山体上部对地震波具有放大作用的局部凸出地形,仍需在个体工程布设时加W考虑,如当线路上方的边坡存在条形山脊或陡缓转折变化部位等具有局部地震动放大作用的地形时,易于诱发地震边坡灾害,线路设计时,就需考虑绕避或防护。4.2.2山体坡向效应与定线要点4221、...山体迎坡背坡向震害现象崩塌滑坡等边坡灾害发生的方向受斜坡坡面方向控制,从芦山地震的统计来看,如一-图48,,东西方向具有定的优势。从区域地形来看,由于主要河流是南北走向因而塌方方向在东西方向占优势。边坡灾害发生的方向,在地震波传播的方向上的效应也有 ̄所体现。通过对巧川地震航空摄影影像图、卫星遥感影像图的分析,有学者指出在与发一震断裂带近于垂直的沟谷斜坡中,在地震波传播的背坡面侧的滑坡发育密度明显大于一""迎坡面侧,且这种现象在19997.6,并将这种现象称为背坡向效应年台湾集集MwPS1级地震和2005年己基斯坦KashmirMw7。..6级地震中也有体现.i成I禱南图4-8芦山地震绝对塌方方向统计Wtl初始破裂的点源地芦山地震是破裂带没有出露地表的盲逆断层,震源被认为是,震波从点震源向四周传播。根据地震波的传播方向和边坡灾害的塌方方向,边坡灾害发°-9A、B、C、D40生的相对方向可如图4划分到个区内,每个区9,分别表示背坡向、-4)切向、迎坡向、切向。从边坡灾害的数量来看(表4,A、B、C、D4个区内灾害数,量差距不大,背坡向和迎坡向的灾害数量稍多但没有明显差异。而在边坡灾害发生的面积方面.27,背坡向灾害面积略大,是迎坡向灾害面积的1倍。 第64巧西南交通大学博±研究生学位论文、换巧中/、/切巧图4-9边坡灾害点相对塌方方向表4-4芦山地震边坡灾害相对震源的灾害方向2区域数量总面积/万mA背坡46579.9B切向4巧巧.9C迎坡47862.9D切向414巧.2在考虑地震波的传播距离后-,背坡向和迎坡向灾害就有了明显的差异,表45的数据表明,面积越大的边坡灾害,发生在背坡向的震中距越小,发生在迎坡向的震中距越一大。这结果说明震中距较小化背坡向的边坡灾害严重,当震中距较大化迎坡向边坡灾害严重。4-5表迎、背坡向大型比边坡灾害的平均震中距平均震中距/km:面积/m背坡迎坡>50016.214.6>100016.315.7>500015.315.2>100009.920.1>2000010.620.2■4.2.2.2山体迎坡、背坡向效应的理论分析虽然地震波的入射方向很难确定,但总体来看,由于地壳介质的密度由地表往下随地层深度而増大,由斯奈尔定律,地震波由下往上传播时,其入射方向将逐斯接近一垂直地表。因而,地震波般W陡倾角出射地面。从震中到远场,其出射角的倾斜度应是先增加再减小,,直到波垂直出射。由于地震波倾斜入射迎坡面和背坡面山体就有地震动响应的差异。对体波的直射和反射一,P波是振动方向与波的传播方向致的拉压波,拉应变下岩 西南交通大学博±研究生学位论文第65页体产生的破裂结构面与波的振动方向垂直;S波是振动方向与波的传播方向垂直的剪切波。对直射波和反射波,P,剪应变作用下岩体产生的破裂结构面与波的振动方向平行"S-波的拉应力和波的剪应力都使背坡面易于产生顺坡向的裂隙(图410)。这种背"坡向效应是体波作用效应,发生在体波占地震波主要能量成分的近场区。-图410山体坡向体波作用效应’根据弹性波在自由界面的散射,波动方程解的形式及特性与参数A,A的取值有关。,由于P波波速大于S波波速,在实数范围内0<&,因此P波与界面法线的夹角大于SV波与界面法线的夹角。对SV波入射到自由界面,波在自由边界面产生反射SV波和反射转换P波,根据斯奈尔定律,满足:9=哩么=些么=竺些=丄(4-51)CCCy&p式中:0是直射SV波与界面法线的夹角,0是反射SV波与界面法线的夹角,0是反,,,射转化P波与界面法线的夹角。C=0〇<由于<C<C,<0,只有在sh0<CCp时,才能求得实值0;当jp,巧23is/3时,有此时,为虚数,?为实数,不存在普通的反射P波Pi/2==l-'V,A、i与JCp-(452)送样方程的解是:Fz=exz+ex-z()4p(^)^p(^),,(453)?Gz=及ex—7玄+巧ex'知之()1p(咕2)2p(2)一=-当Z无穷大时,振幅定有限,即40,代入式(453)可得:=-知--(A/exex从JCC/44ap:之Z(5),,古pp()ij()「()]--__-^jc2/=exZA;xSC'+ex'A:;c+72Cf(454b)V,,Ap(p2r)p/2x()[]A()][一;<CXc式中P〇,V是沿自由表面轴视速度,传播,振幅沿垂向z轴按指数衰减的种非) 第66巧西南交通大学博±研究生学位论文均匀平面P波。一V当SV波入射自由界面时,存在个临界角0,当S波W大于临界角入射到自由。=arcncC界面时,将产生上述沿自由表面传播的表面波临界角0sif,地表附近的岩(,/)。=1/4此时临界角035。石,其泊松比V接近于,倾斜入射时,,因此,迎,山体的迎坡面在分界面的入射角大在背坡面入射角小坡面易产生上述表面波。考虑入射体波极限入射角,即垂直入射,当山体坡度大于35度时即将产生上述表面波35-?时即将产生表。而在倾斜入射角为a时,迎坡面在坡度面波。yvV4-图11地震波的山体坡向面波转换效应随着地震波在地表的传播。在面波起,面波逐渐累积并转为地震波能量的主要成分,主要作用的远场区,在山顶部位发生复杂的传播过程,沿地表传播的面波传入迎坡面后一一主要分为两部分,部分反射回迎坡面,另部分传向背坡面:在背坡面传播的面波在一一-山脚发生波型转换,部分转为体波向下传播,另部分面波向后传播(图411)。迎坡面振动将更为强烈。综上,根据场地与区域主要活断层的相对位置关系,当坡体两岸条件相同时,在体,线路应选择迎坡向波占地震波主要能量的近场区,在面波占地震波主要能量的远场区,线路应选择背坡向。4.2.3峡谷地形屏蔽效应与定线要点4.2.3.1峽谷地形震害差异现象""2013年4.20芦山7.0级地震触发了大量的崩塌滑坡枢塞湖等地质灾害沿断裂带'iwitW-及河谷分布。铜头、,其中崩塌灾害连续、密集分布的区域为峡谷地段朱沙峡谷一线天峡谷NEE走向的白垄系上统-古新统大溪巧岩组、金鸡峡是由H条水流横向切割(厚层块状粗祿岩山系形成的H段峡谷,但其间还保留了大片原始山系形成的高地图一---412,图413)。根据相对震中的位置关系,铜头朱沙峡谷、线天峡谷地震波的传播方向是由E向W,峡谷两侧灾害的统计结果见,而金鸡峡地震波的传播方向是由W向E一-6,表4,峽谷两侧崩塌灾害的发育程度有较大的差异,在地震波入射的侧震害严重一而在另侧震害较轻。 西南交通大学博±研究生学位论文第67页ssii地震触发崩塌滑坡受震中距、地形及地质这H大因素的影响,但在相同岩性条件下,邻近斜坡的崩塌滑坡发育差异直接反映了斜坡地震动的强度差异,体现了地形这一因素对地震动的影响。根据上述峡谷两侧震害差异的现象,推论地震波在传播过程中,经过保留有分水高地的峡谷地形时,即峡谷地形有隔震效应。,地震波的强度降低m4-图12峡谷地形研究区域SWW.NEEiRon^I::::X〇.祀H*)VV^4yD510152°253035距离伽图4-13地形断面图表4-6峡谷段两侧灾害对比_ ̄ ̄"灾害总醜/加^継万问WE-一铜头朱沙EW180.435.—E一W线天101.1巧.6W—金鸡峡E义54.30.44.2.3.2峽谷地形隔震效应的理论分析一-,aleihZ方向上呈指数衰减从式(420)民ayleigh势函数可知民yg波在,个波长深度时,振幅已衰减到化18%,波的主要能量集中在地面表层小范围内。Rayleigh面波。遇到峡谷地形障碍的散射作用,可对峡谷地形隔震效应现象进行理论解释*IV!&;4L马_j 第68页西南交通大学博±研究生学位论文图4-14峡谷地形示意图一4-14Ralei空间自由表面由左向右传播,遇到,由如图,ygh波在半峡谷地形于侧向几何空间上的阻断,Rayleigh波在峡谷左侧界面上将发生散射,产生沿峡谷界面传播的散射面波及向半空间内部传播的散射体波。忽略散射体波,为分析峡谷地形对Rayleigh波的影响,引入格林函数表示在位置/处作用的单位点源,在半空间峡谷边界'?条件下所产生在位置/处的响应,取右侧峡谷由平面SASAS组成的封闭区域,且r在,-42区域W外:,根据式(4)弹性动力学的积分表象定理,区域内的运动可写成',-=rurGrr成-().(455)的阳如作,(X卿hJ)如L扣扣,S‘":C..式中:K为位移张量的分量《为;为应力张量的分量;;,U为介质弹性张量的分量,边界面外法向矢量的分量。S==-在A是自由表面,即<7。0,式(455)在上的积分为零;在S|,^,X=〇〇</-取口li,由,式(455)在S上的积分恒为零S由于Rae取于x:在y班波,,4-55S-55在Z方向上呈指数衰减)上的积分为零,则式(4),,式(在,仅在A上有积分即:W=r-。"。&*L化(>6(0I>。/(作神咖()的:(4-56)'■=-化MG|7〇’,护馬…h,A式中:为峡谷切割深度。=A由上面的分析,在S上包括入射场及沿峡谷界面传播的散射场。当A时,入射,波几乎能全部穿过峡谷,散射场很弱,在A上为入射场;当A?A时,由于入射Raylei班一波的能量主要集中个波长范围内,入射场不能穿过峡谷障碍仅为散射场。因,在S,leiA此,对含各种频率成分的Ray班波,峡谷地形能阻断高频成分波的直射,越大,。屏蔽的入射波频率范围越广,对波长比地形尺度大得多的波几乎没有影响对髙频成分,由于对A?A的,Raylei班波在如图简化峡谷地形的传播路径,可看成在模形界面间的传播。 西南交通大学博±研究生学位论文第69页S。图4-15模形界面几何示意图一一Ra-ylei班波在模形界面间的传播是个复杂的过程,如图415所示的个模形界面,Rayleigh波由表面S。传至S,夹角为0。在S。上的入射场a%应力(74(;(:,2),满足口=〇口=〇=,的自由边界条件,在上,应为口乃旋转了0角,不满足〇,U。U《,9()町U=〇(t^L的自由边界条件,因而在S上产生散射场厶使S满足自由边界条件。由于散|上不再满足自由进界条件上产生散射场由于散射场作用射场《作用,S,在S,。。S上又不满足自由边界条件,产生散射场如此无休止的重复,使波场的问题极为复杂。WHudson和Knoof沪最早理论分析了Raleih波在換形界面间的传播也思想pyg,核一W次散射!/是散射场仅取,使在S上满足自由边界条件。Mai和Knoof沪的理,p1论分析和实验结果有较好的对应关系》?,该方法也仅取场散射场,入射场在上产生扔°5上产生负向传播的反射波*17*/正向传播的透射波,在%散射场在&上产生负向。11。7|传播的透射波17上产生正向传播的反射波胤。7?57+巧,在S&上满足自由边界条件,>i+/?uaeS上7V满足自由边界条件,近似计算Ryligh波在換形界面的传播系数和反射系数。入射场八在-:CZ表达式见式(42S)&上的应力巧,在5上,应力CTT旋转(,);巧,J)j,了0角;,则2-―—-口=仍说-片"^Cex'如。'记(4巧a)lp《AP如_()()]|。。[2巧=份巧-細—ex-/〇-)&(457b)^Pp(為)A(至。-^^)I。]。其中 第70页西南交通大学博±研究生学位论文.=丄-—-L口COS0n0-/si(458)片CCrp=—-—i-COS0/ysin0(459)=-—----Gsin20+cos20(460)斗Y^-兰—=-q4sin20+cos20(461)妻去去J--3^-h20+(4-62)叫吾卽舌按丢古古---=0-公COS2sin20(463)3暑去尹J去去'-〇<<〇〇《=〇--在《,0;]<上,分布虚拟源《,使5上式(464)应力与式(457)相;等并相反,W此满足S上自由边界条件,'-〇ex-口,伯(464a),p命坑巧)刮二[券''--。〇尬-<(464b),ex著,(《)巧J二p[n]夺由此计算出的势函数:2扭-2'口心作(糾,'I---- ̄extop〇邸巧p巧《)户1命(465a))7/卸;三j]C口口i以j)氏心。'2 ̄----S^exp,top仍?lc465bv巧,巧£j())心/封*票,;[(-?lei式中;F(/是Ray班方程,见式(426))?----=ex—-龄,的GW(466a)扣p]^Y^〔。—-丄f1i*s=-—心I-————-Ji(〇-exowIr(66byp]4)IU心cj2码 西南交通大学博±研究生学位论文第71页jk_AcLf互丄V"f互丄!22p3122c=^却j_67)谷责(4^幻bcc"JI"Ij22',2朽1码21。。c,C,()()ICccCCk,jrs=立[…_j^r(4_68)4P^11((abc"JLjc-斋L—告是inmADfy-丄画y)cccccc-;l{llll奔;条刮i][]。1"■°°"°上W;c=u佩="17,=,总场++历+定义反射系数^i7i7根据上面分析,在5。/,()。。11°WA:=M+立上,"包括立、扣、胤及体波",;在怠场AS0()巧)''。】’。。'===?巧江+7"牛胤+"。2/+拓+"6,定乂传递系数=2//",《《'"+打+",体波根)年()43-65I据式(4)位移分布计算,贝:J化知.'。"'—W=—,-=-1++,ft)a+.,wZ>//^pexp(470)0,口j巧)年|夺4(《)g(^)]£J[cl小14斗I其中;=---。4-…年箭((吉潘)及=-—4-72【(),C6cCc(H;;人jjr_j-73^(4)C。CCC?巧(),"y[爪j8=_叫互_丄(4-74))曰=丄sin---a白cosS(475),yft=—s--inO+11cosS(476);,y^ 第72页西南交通大学傳±研究生学位论文'/-\V2/12\/1Y王^2^=---— ̄--Fp2p+4(4-、{)pPjp77)LCn0c&fcV)、/iMG]半无限空间Raleir/)唐:y班波的格林函数,,(''Grr=r<r(’')而、S-—-.(478)'=-rurW()()而i奇起护-在上取无穷远组成封闭区域,根据式(442)表象定理,在&附近:,有-=-""&(4-79)W的G,*W:柄"巧《>,_fs,乂===UU-8V早[,停知()跨(480)而^奇括马同理4-8(1)-70--联立求解式(4、480、481),可得:=+4-年常带(似=W+-聲常敢(4扣)其中.。。-公。。-。-+!3;,34,43抑R—价作,马^(^H2幻26。+6J0角后-年反应经过,面波传递的振幅,^则反应了传递能量,计算结果见图416。0.3/、寺"-.6-。40-*2tIIIIi61151妨15150135200训尖角r图4-16传婦系数4计算结果。。。=180可见,当夹角0时,能全部传播0<180,当夹角时,M只能部分传播,在 西南交通大学博±研究生学位论文第73页°一-100110间达到个极小值。对峡谷地形,谷坡越睹,传播系数A越小,屏蔽效应越显著。沿介质表面传播的民aylei班波遇到峡谷地形障碍,由于波的散射作用,长波长能直接穿过地形障碍向后传播,而短波长只有散射部分穿过峡谷地形障碍,因而峡谷地形在空间上能有效阻断高频成分Raylei班波的传播。这种屏蔽效应是由波长、峡谷切割深度,和谷坡坡度决定的,波长越短,深度越大谷坡越陡,这种屏蔽效应越明显。4.2.33峽谷地形效应地震观测1970年达吉斯坦苏拉克河峡谷的奇尔凯伊堤项闽口区有记录到这种峡谷地形的隔震效应,50m,最大,苏拉克河峡谷是切割上白至统石灰岩的V形对称峡谷其深度为2宽-300m10个地震记录仪。图417度为,在峡谷的奇尔凯伊堤蝴间口区两侧对称布有是峡itW--谷两侧高200m观测点在19701224地震中速度时程的频谱分析结果。地震发生在峡一侧,谷右岸,地震波的传播方向是由右至左,峡谷左右两侧频谱分析结果对比峡谷左一仪器监测数据侧鳥频成分的地震波明显降低。这,定量地说明了峡谷地形具有隔震效应这一结论的合理性。—初至巧幅谊—-初至巧幅语AA一。包含90?/。振动能置—包含90/。振动能里-记录段的振幅谱2-记录段的振幅谱2011155105050频宰/Hz频率/Hz)(a)左侧(b右侧[做14-图17峡谷两側观测点速度时程的频谱分析芦山地震H段峡谷的震害调査及苏拉克河峡谷地震记录分析,都反映出地震波的强^一度在峡谷两侧具有明显的差异,在地震波入射侧振动强烈,在另侧减弱。根据对a,,Ryleigh面波在峡谷障碍地形散射作用的理论分析波长远大于峡谷切割深度的波几乎能全部直接入射到达峡谷对岸侧,;波长远小于峡谷切割深度的波仅能散射穿过峡谷障碍到达峡谷对岸侧。因此,峡谷地形能有效阻断Rayleigh波高频成分的直射,而且峡谷深度越大,屏蔽入射波的频率范围越广。对波长远小于峡谷切割深度的波,散射波的强度和峡谷坡度有关,,散射波的强,峡谷地形,对自然界的坡度范围谷坡越陡度越弱的屏蔽效应越显著。,对新建线路,选线通过峡谷地形时,根据活动断层与峡谷之间的相对位置应避免一一选择峡谷入射方向的侧因其它因素制约,,不得不选在入射方向侧时则需采取;若 第74页西南交通大学博±研究生学位论文工程加强措施,特别是需考虑地震次生山地灾害的防治。最后需要说明的是,本文在进行峡咎地形隔震效应理论分析时,将峡谷上方设为台地,这种概化对于河谷间存在着较宽阔的分水高地时是合理的,在其它情况时亦可作为参考。4.3本章小结?本章针对选线设计环节中的空间定线,根据地震波理论与实震资料,研究地震波传播的地形效应,W线路在地震动作用相对较弱的部位通过为原则,提出高地震烈度山区空间定线要点。(1)区域性地震动的强弱程度与海拔商程并无密切的关系;宽厚山体或大地势台齡也不存在明显的地震动沿高程递增的规律性。在铁路选线确定大段落线路高程时,可不考虑高程放大效应。(2)体波的直射和反射使背坡面易于产生顺坡向的裂隙,因此易在背坡面产生大规模的崩塌灾害,;迎坡面更易于形成面波,且面波不易于传出迎坡面因此在迎坡面产生表层塌滑灾害。当坡体两岸条件相同时,在体波占地震波主要能量的近场区,线路应选。择迎坡向,在面波占地震波主要能量的远场区,线路应选择背坡向(3)峡谷地形在空间上能有效阻断髙频成分Rayleigh波的传播,地震波在峡谷入射一一侧振动强烈。选线通过峡谷地形时,根据活动断层与峡谷之间的相对,在另侧减弱选择峡谷入射方向的一位置,应避免侧。 西南交通大学博±研究生学位论文第75页第5章大地形变与跨断裂线路设计线路通过发震断裂,强烈的地面运动使任何工程抗震措施都难W抵抗,单纯依靠提高工程结构物抗震能为是不能抵抗地震灾害的。为了尽量减小地震带来的损失,线路工程需通过选线阶段的策略来减轻震害损失。断层的基本活动方式有两种:粘滑和蠕滑。粘滑是断层间断性、周期性的突然错断,是活断层的主要活动方式。当断裂结构面的应为达到残余强度极限,较大幅度的相互错动就在瞬时突然发生,断层锁固期内积蓄起来的弹性应变能就突然集中释放出,因此粘滑常伴有较强的地震,粘滑变形量与地震震级相关。一大震时断层两盘发生较大幅度错动的粧滑变形,般被称为大地形变地震造成,是一的地表永久位移变形。大量资料表明,般大于6.5级(或7级)的地震会产生地表破-裂形成地表永久位移,主要表现为地表抬升、水平错断、挤压推覆等,如图51所示。-0km孜川地震野外考察,,龙口山中央北川映秀断裂的地震地表破裂带长约24最大垂直-,江油断裂的地震地表破裂带长约72km位移6.5±0.5m最大水平位移4.9m,前山灌县,5-2最大垂直位移3.5m。图就是巧川地震导致的地表永久位移实例。JV?J片‘'J誦/t/,J"'''"--r'!rTTr:!/jTiLI:ii/(a)地震竖向永久位移(b)地震水平永久位移图5-1地震产生永久位移示意图(a)竖向永久位移实例化)水平永久位移实例图5-2汉川地震永久位移实例工程发生破坏一一:方面大地形变导致线型,断裂带上的线路工程完全毁坏;另方 第76页西南交通大学博±硏究生学位论文--面,断裂两侧地体上的浅路发生错位。图53a是竖向永久位移导致的铁路破坏,图53b是水平永久位移导致的铁路破坏:鐘議(a)竖向位移对铁路的影响化)水平位移对铁路的影响图5-3大地形变导致线路的破坏。为保障线路的平顺性,线路的恢复将导致断裂两侧地体上部分线路的废弃为使线路恢复的工程量最小,废弃工程量最小,恢复线路应尽量利用原有线位。对跨断裂带的线路,需在选线设计阶段就加考虑大地形变的影响。因此,工程使用期内大地形变的预测是选线阶段制定减灾措施的依据。5.1大地形变预估方法地表形变场的预测是国际前沿性的问题。影响活断层引起的地表破裂和地面永久位移的因素很多,如第四系松散层厚度、断层力学性质、断层产状、断层构造部位等。由于可参考的大震资料甚少,至今该方向的研究成果仍然有限。对于活断层引起的地表及地下形变场,目前己发展有弹性半空间位错位移场理论,可W给出半空间中倾斜剪切断裂、张性断裂及逆断裂错动引起的地表面及内部位移场的完备解析计算式但是该方法中地壳介质仅被简单地视为弹性半空间介质,场地的局部±层效应考虑不全面,同时没有考虑传播介质的非弹性衰减一,不适用于离断层地表迹线定距离W外的场地。此外,矩形位错面引起的弹性半空间位移场,是基于点源引起的弹性半空间位移场计算公式,沿整个断层面积分得到的。对于能够导致地表破裂或产生地表永久位移的破坏性地震来说,破裂面的尺寸通常都是相当大的,这时采用这种解析方法的计算量就会相当一巨大,,对般工程来说过于复杂繁重。相比之下国内外许多学者利用有限的强震数据一进行过一些统计分析,得到了些地表破裂尺度及地表最大永久位移与震级等的定量关-iW"iii2"31Wii5][[[][l系克如Weertman,Aki,Bonilla,邓启东寧,Wells和Coppersmi&iW[化及Lee。目前,全球范围内仅有14个有详细沿断层地表位移分布的调查研究,尚难确定地震地表位移的分布模式。不过,自断层地表迹线向两侧方向,永久位移的衰减是非常快的,因此对于跨越断层的线路工程而言,通常最为关必的是地表最大永久位移量,便在选线设计阶段预留变形空间,制定减灾措施。 西南交通大学博±研究生学位论文第八页5丄1确定性分析方法永久位移的确定性评估方法一,即利用解析法或有限元法,对段时段内断层的断错iWf。运动进行分析,模拟计算地表最大潜在位移量根据Okada的位错理论,假设长宽分-4所示别为L和W、埋深d、倾角5的断层如图5。设定地表坐标系的X轴与断层的走向相同,2轴垂直地表方向。f/、、巧分别表示断层上盘相对下盘的走滑、。呈l化倾滑和张开运动分量个运动分量引起的地表位移场分别为:运动分量地表位移' ̄'=-— ̄-—+utan+/sin5^,I|2本*W+tR(?)qLI走滑分量U"+油S,户妥可芸而常户j|,2;/?W+。"叫4()J茜[=-——-/iK,sn5cos52压KLI-i—-.+5i倾滑分量costan/sn5cos5&尝|R弓芯)寮I**'=-—— ̄ ̄-—-^M+sin5tansincos7/.55z52压及KW)qRL(Jll此I!'sinS尝可I!t矿I-2=—_’张开分量化s化nAsinS<尝可集鼠矿y叫而嘲"''^=—— ̄-——--—-cosmtan/sin+5151s",=------标志,为hinnei号;,Cy符j;cW;c+王狀/《,口,,心口,口)/p/p/八I(|()()())断层运动引起的地表位移场为:?=+U+UUUyyyy=M++w;f 第78页西南交通大学博±研究生学位论文__^L图5-4矩形位错理论模型在上述点位错运动引起的位移公式基础上,就,沿整个断层面积分可W计算出断层一点的永久位移。不过,周边地表及地下,这种确定性方法需要大量的现场工作和巨量的数值分析工作确定未来地震的位置、震级、断层破裂尺度、同震位移:同时也需要大量测地学和地球物理学方法确定地壳内的构造应力场;而且需要流变摩擦学和大型试验确定深层岩±材料的破坏准则一工程中的广泛应用,极大地限制了确定性方法在般,对于线路工程初步设计阶段工作量过于繁重。5丄2概率危险性评估方法永久位移的概率危险性评估方法是基于强震数据得出的地表变形统计关系式,结合概率危险性分析方法,根据工程设计使用期,计算不同概率水准地表永久位移,给出最大地表永久位移的概率分布,作为选线阶段的决策依据。。概率危险性评估体系最先由日本地震学家河角广提出,也称简单概率法其基本思一一路为:利用历史统计资料,选用概率统计的方法,然后计算在定年限内发生次最大地震的期望值,然后利用烈度与加速度的关系编制各类图表。ii7Aomt参照C..Cell地震危险性概率分析框架,断层上场点永久位移量大于最大值lW>t()的年超越概率为:化,CAaax=.w-v""!P>r冰成"(51)!r饥s,,w)(〇)/()/也化娜JJ(|)(耐I):o式中:v(m为断层上震级为的地震年平均发生率,通过对地震带未来百年地震。)活动趋势预测结果得到)为震级为m的,反映地震带地震活动水平的时间非均匀性;/(听地震的概率密度函数;/^m)为发生震级W的地震与场点间距离的概率密度函数;尸心邮/?,^为给定震级W和距离r下的地表出现破裂的概率;邮为|))给定震级m和距离r,且已知地表破裂条件下的场点发生大于最大地表永久位移水平^/的年超越概率;是最大地表永久位移,根据与震级间的统计关系式确定。断层_?3x<??上最大地表永久位移与震级的关系可描述为: 西南交通大学博±研究生学位论文第79页2-=加-I^w0+6w+乂7打5b",ce/oc幻/co"few(52)g,,,max()/()5丄3最大永久位移回归模型UsWiiells和Coppersmith收集了世界范围内244次地震数据,统计分析了震级,破裂长宽、面积W及地表位移么间的关系,其中地表位移与震级之间的关系,即分不同断层类型统计,也对所有断层类型的情况进行了统计,提出的回归模型为:=-(Iga+6w53)或iaxm为震级-1。,a,6为式中:参数回归系数,取值见表5表5-1地震震级和地表最大位移回归模型回归系数及标准误标相关纖断层麵臭認戸震级細从毋幻sK(S口)bisb)--437.03(.1..4...1走滑断层055)胞(008)03090568--211.84(1.14)0.29(0.17)0.42.36S.逆断层0.474--正断层165.90(11)0.1..3.8.汾(08)0380.80527--05.46(0.51)0.82(0.08)0...所有类型8.420785281iL[Wee等使用了大约2000条美国西部的H分量地震动数据,基于峰值地面位移的强震数据(通过对强震加速度记录进行基线调整和高通滤波,并积分得到),做多步回归得到永久位移概率评估模型。模型将峰值地面位移视作震级、震源距、传播类型特征、<一不同地质场地和局部场地条件的函数,当震中距140km时,断层侧绝对位移成W(厘米)如下:2=-M--—.A正.+.51...1A/IgM22470Ig+0648900扣03407U298500369(/K)+-+---0/.03065}+0.23020.57%+0.3898r0.27491r及100巧()](巧[""式中-:M是震级是震中距(km)A是代表性震源台站距是破裂长度;;;;U是运动方向指标==(1>0为水平运动,V1为垂直运动);r是经过岩石的水平波程比;S是地质场地条件指标(5=0为沉积场地,5=2为地质岩石,5=1为不能明确分类的场2=地),,55有关的局部±壤条件指标,(1为岩性±;种&^是与局部场地参数1每==,否则为0101或硬±条件;每为深部±壤条件,否则等于;写为深部非粘性王条件,否则等于0)。""-sev代表性震源台站脑最早是由Gu提出的,取决于实际距离及破裂的尺度:'2rj2Ic2\p,A二-SIn(55)2;,^+成+巧j,表示震源深度,。式中;S是震源尺寸&是震源相关半径 第80页西南交通大学博±研究生学位论文一假定破裂是对称的,于是断层两侧的相对位移等于侧绝对位移的2倍:=2也(5-6)屯ax、5.2考虑大地形变的跨断层线路设计假设断层两侧地块发生刚性位移,线路在断层破碎带处错断,在两侧地块上线形完好。震后对线路的恢复重建是在保证线路线形要求的原则条件下,尽可能利用原线路,使工程量最小。下面W铁路线形要求为例,来讨论同震地表位移对线路的影响。-,平面曲线设计如图55线路平面的基本线形有直线和曲线,曲线基本要素为:偏角a、半径R/。、缓和曲线。图5-5线路平面曲线曲线其它要素如下;切线长:r=-i?+Pxtan+/W(57)()等曲线长:a—2KA))=.^兰-王2+(58)D°180180=-。式中,f;f为内移距嘉^矣;mm=-为切垂配;f為43=^0。为缓和曲线角,/。^;民7Z 西南交通大学博±研究生学位论文第81页5.2.1断层在曲线上一一根据断层运动方向,被错断的曲线,在侧地块上向曲线外侧偏移,在另侧地块|5-6,JZ),上向曲线内侧偏移,如图所示,虚线为原线路为原线路导线交点实线为错断后曲线。曲线两侧导线发生沿断层方向的平移,导线方位角不变,因此曲线偏角a不’?/〇?/D。变,仅导线的交点位置发生变化,由图中变到直缓点和缓直点是曲线段的起z/r/|//I//ZI点和终点,曲线错断前的直缓点和缓直点分别为、松,曲线错动后Z、变""到Z//、WZ,Z//、为按原设计曲线要素,重建曲线段的直缓点和缓直点。矿!〇^\J1\f站1(a)右侧地块向曲线外侧偏移(b)右侧地块向曲线内侧偏移图5-6曲线段断层错动"-6a对图5所示错动,//在JZ)和Z//之间,重建曲线不左侧Z,左侧直线段将加长"占用原线路的直线段;右侧/松在/0和//Z之外,右侧直线段变短,重建曲线将占用"-//Z-原线路、//Z之间的直线段S。为计算长度S,对图56a的曲线做细部图57。/L讯S一 ̄—兰Js、於’,/;斗-巧■/\!-../.i/m//?、a?公"V、////—i?’监戶—//(a)直缓点(b)导线交点(C)缓直点图5-7曲线细部图-设两导线与断层的夹角分别为y,57y。,如图,y,,为右侧导线与断层之间的夹角,根据几何关系,有:sinasina+(7j)_= ̄ ̄ ̄ ̄(5-9)下^ 第82页西南交通大学博±研究生学位论文siingsng+)(y,^ ̄ ̄-'子—(510)^=-Dd+d(511)、:式中:D为断层相对变形量。---由式(59)(510)(511)可得;sn+i(aY,)S=+&=—i_illx-D(512)S‘sina5-7b所对图示错动,同理,可得;=^^-SxD(513)sina一。-由于有++a=18〇的几何关系,贝阿对图56a和b两种情况进行统。设4为线yiy,一一侧导线与断层的夹角,路向曲线内侧偏移,则向曲线外侧偏移侧线路按原设计曲线一=长度直线段需改建为曲线段。即在线路设计时要素修复有S,曲线外移侧需sma。-=)£01800预留5长度直线段,,由于(6<,时,不最小夹直线长度应加上5/[,]因此当麥一。^==90S用预留直线段,此时线路侧直线段与断层平行,当4时,预留最大直线段。sma°=0《9。要使预留直线段工程量最小,设计曲线偏角此外,也可适当减小曲线半径K,使曲线段长度减小。因此,线路设计选用大半径曲线跨断层也是应对断层错断变形的措施。5.2.2断层在夹直线上在断层错动中,由于靠近断层的夹直线破坏严重,同时为了尽可能利用原线路,减少废弃工程量,线路恢复是调整夹直线段,并保留尽可能多的两条曲线段。-按两侧地块发生刚性位移的假设,断层错动使线路发生如图58的变形,虚线为断一,对平行线。为使尽可能多的曲线被利用层错断后的原线路在断层两侧错断成,最佳一的方案是每个曲线完整保留远离断层侧的缓和曲线,圆曲线半径/?、圆必位置不变,’增加或减少圆曲线的长度,这样曲线偏角将发生改变,A?为改变量,导线交点位置由JZ)5-8+Aa变到JZ)。如图中,导线JO,恢复线路左侧曲线偏角变为a右侧曲,交点变到;,线偏角变为a-AaJO。,导线交点变到送样问题的核必变成求解满足条件的Aa,进而,,可求解交点位置。i-<>£02设原来夹直线段长度为,与断层的夹角为夺,且;r,做59的几何分,|[,/]如图''析图,7、7分别为原线路左侧、右侧曲线切线长7、7,分别为恢复线路左侧、右侧;;;;D为-曲线切线长,断层相对变形量,其它长度符号所代表的含义见图59。 西南交通大学博±硏究生学位论文第83页瓜/'.\图5-8夹直线上断层错动JD:每,/(a)全貌图^JD!王袭^JD;/^斗(b)断层处细部图(C)左侧导线交点处细部图(d)右侧导线交点处细部图图5-9夹直线上断层错动几何分析图 第84巧西南交通大学博±研究生学位论文在由JD、?/0、M组成的大兰角形中,有几何关系;i,—sinAasinAa_(々)(514)0+6+6T十-L12^+片d+djij在左侧导线交点处:,有几何关系snn+aiasinsi,_々—W),(515)b-7i74;f由此有:=些-6(516)i到'fsm^=!!!^11-7(5-417);(叫|賢:在右侧导线交点处,有几何关系n-si"sinsina2—^—(々;)(518)'b-王77式;;由此有:=6的2戰()-式批乃。-20))曲线要素和三角函数有下面的关系:2tan^=—sAa-in\(521)2-=-inAasinsscoAacos(>sinAa(0)0j-n—2n—1tata(5-22)=—-—incosdxs々x争42^l+tanl+22T-t+M巧tan犯I"号[产-鱼^1C523)tan+触2=+…-t抑(巧巧)L。y^-1tanan軒等 西南交通大学博±研究生学位论文第85页'么《2T-了=+an_2化。t触王号广2-^_色-(524)tantanl"=化+an寸—叶1+J号卿与--5-化5-送样将未知量均化为关于tan^的表达式,将式()(17)(519)(520)一(----(5-521)(522)(523)(524)代入式14)中,求解关于tan^的元四次方程,即可解答问题。5.2.3断层在直线上5.2.3.1断层附近有曲线-1断层在直线段,但断层附近有曲线段,利用曲线段即可调整恢复线路,如图50,虚线为断层错断后的原线路,,实线为调整恢复的线路。断层错动前后,导线方位角不变",有导线交点向曲仅导线交点位置发生变化,由图中J公变到JO。根据断层运动方向线内移和外移两种情况。扣'(a)导向交点向曲线内移扣1y1化)导线交点向曲线外移-图510利用断层附近曲线段调整恢复线路 第86页西南交通大学博±研究生学位论文-a导对图5lO线交点内移的错动,恢复线路需占用曲线直缓点外的直线段,曲线外侧需预留S长度直线段,根据5.2.2.1节的分析,可知:=^-SxD(525)sina式中:a为曲线偏角,0为直线与断层的夹角;D为断层相对变形量。5-对图1化导线交点外移的错动,恢复线路占用曲线缓直点外的直线段,由于该直线段足够长,不考虑预留变形长度。5.23.2断层附近无曲线断层附近无曲线可W利用,可假设线路W无限长直线段穿过断层,地震位移使断层5-两侧线路错断为两条平行线,如图11所示,虚线为原线路,实线为错断后曲线。为贯一组反向曲线通线路,需在错断部位增设。图5-11直线段断层错动设0为线路与断层的夹角,增设反向曲线的转向角为a。为保障行车平稳、旅客舒,W及线路养护维修的要求适,在设计速度下,对圆曲线和夹直线有最小长度的限制,分别为与且有与。。由于最小曲线长度的限制,有;180180Iy,?^,^5-26)(°kRkR即哇a+=l+--y'(527)气食撕黑(^^no)根据几何关系,有:竺全召=2T+L+-早>+2!L>2L+2!(528),。、。,ymnSina 西南交通大学博±研究生学位论文第87巧即。曲或 ̄--a<arcsin(529)2+/知"〇)5-27-转向角a要同时满足式()和(529)的限制要求,地表位移D越小,满足式--(529)的转向角a越小,要满足式(527)对转向角a的最小值要求,则圆曲线的半径越大,就可能超过最大曲线半径的限制条件。在地表位移较小时,就很难有满足条件的=转向角《。例如设计行车速度120km/h,则相应的王Y80m,由于反向曲线的rnin一圆曲线半径般不小于4000m/=20,,取。,圆曲线的最大曲线半径为12000m根据式°°(--^1/=〇48==527),《台+.90,16111时^??。。,设在地表位移0.,就没有满足()咬条件的转向角a。此时,为满足线型要求,就必须在大范围内调整线路。一设计行车速度大、地表形变小时,在错断的两条平行线上増设组反向曲线的方案是不可行的。因此,线路应避免W直线段通过断层。综上,地震后可通过减小曲线半径,对跨断层线路设计,宜W大曲线半径通过断层一的措施恢复线型要求。若不降低原线路设计水准,在线路设计时,曲线外移变形侧需=预留S长度的直线既最小夹直线长度需加上要使预留直线段工程量最小,Sina。=0。不宜,设计曲线偏角〇^9(^直线段通过断层。若^直线段通过断层也应在断层附近设一曲线。5.3蠕滑变形区线路工程设计,错动是持续平稳地发生的蠕滑是断层持续不断的长期缓慢蠕动,在时间和空间上稳定而连续一,其变形时间关系为平滑曲线。蠕滑多发生在断层两盘岩体强度低的软质一岩上,或断层破碎带内有软弱充填物或高孔隙水压力的断层,当承受定水平的剪应力时,,就会持续不断地相互错动W粘滞流变的方式释放应力,因而不能锁固W积蓄应变一般无地震或仅伴有小震能,这种方式活动的断层。在无震期断层两侧,通过布置短水UW准、短基线的跨断层形变观测点,可测量蠕滑变形速率。,活断层的活动强度主要W其错断速度来表示活断层错动速率是缓慢的,若两盘相对位错达到年均Imm/a,就属于强活动性量级了。实际上活断层的活动方式,既非绝对蠕滑也非绝对粘滑,而是二者兼而有之,即蠕滑和粘滑相伴生。如鲜水河断裂带北西段(乾宁W北),根据断层两侧断错地貌,自全新世W来的地质时期内,断层走滑速率约i2Wt0 ̄为115mm/a,这种方法测定的变形量就是蠕滑和粘滑变形的共同作用。1973年炉霍大地震后,鲜水河断裂带开始展开变形测量,陆续布置了多处跨断层短水准、短基98-线场地,观测结果则主要反映了蠕滑变形。通过112005年的观测分析,鲜水河断层 第88页西南交通大学博±研究生学位论文i2tU-12007,在邮拉巧、沟普等局部地区3mm/a。999蠕滑变形平均在Imm/a左右,可达到年间,应用近断层GPS区域网速度场资料W及同期跨断层观测资料,通过定量计算的方22U.5mm/a1.法提取断层蠕变部分〇,局部最大达到6mm/al,平均变形速率在蠕滑变形虽不会累积应力,但断层两侧长期持续的缓慢变形,在工程使用期内也会累积一定规模的相对位移量,使工程出现断错破坏。由于这种缓慢的蠕滑变形不是工程结构受力能体现的物理量,工程在处理送种变形调控问题时,难W纳入传统工程结构抗震设计的框架范畴,,并且蠕滑是大地基础的滑动变形不像软±、斜坡等仅形成不均匀,通过采用大刚性基础等工程处置即可沉降的地层。对于断层蠕滑问题,可放在工程布,本文认为在线路空间定线时不构成控制性问题设和工程设计环节予W考虑,最好W路基工程通过,特别是路堤工。强蠕变区跨断裂带"、程,这样可采用粗粒料填筑路堤,利用散粒体材料颗粒可W相互错动自行调节形成拱"效应的特点,基础的变形通过填料的调整作用,就可能使传递到路基顶面的变形量降iuti时采用有確轨道此外,,通过拨道及时调整恢复轨道线形低;同;其它构筑物也应具有适应一定小变形的能力,如采用波纹管式的钢管涵、或可滑动式箱涵等。当不得己采一,,用桥梁工程时,则需要开展定的科研工作如研发具有自我变形调节功能的桥梁日一本山新干线高架桥正好位于活断层之上,桥台与梁间的支座设计为有较大变形调整能iMtI力的特殊结构,,,提高桥梁的抗蠕动变形能力就是可借鉴的案例。对隧道工程可根据断层蠕滑速率,预估工程使用期断层变形量,扩大隧道断面尺寸,保证隧道断面有足125[1够的净空,这种超挖断面设计已在兰新线乌銷岭特长铁路隧道中得到应用。±耳其的Bolu隧道,则在断层破碎带处采用多个短隧道节段,在刚性节段间设置刚度相对较小的连接,使变形集中发生在隧道薄弱的连接部位,从而保障隧道各节段的完好和隧道整体"较连接"的使用功能该种节段间的的设计关键是确定节段长度和连接处的抗一剪刚度。综上,,,线路工程抗蠕动变形设计需要配合工程结构的特殊设计开展些研‘究的课题,但尚不成为影响全局的问题。5.4本章小结本章针对选线设计环节中的个体工程布设,在风险调控的设计思想下,根据对大地工程的。形变的预测,研究相应的线路减灾设计方案,讨论了蠕滑变形区线路特殊设计1()大地形变将导致断层两侧线路发生错断,为使线路恢复的工程量最小,线路宜W大曲线半径通过断层,地震后可通过减小曲线半径的措施恢复线形要求若不降低;原线路设计水准一,在线路设计时,曲线外移变形侧需预留S长度的直线段;不宜W直线段通过断层一,若W直线段通过断层,也应在断层附近设曲线。(2)对于断层蠕滑问题,认为在线路空间定线时不构成控制性问题,可放在工程布设和工程设计环节予W考虑。建议强蠕变区跨断裂带,最好W路堤工程通过,按有疆轨道设计。 西南交通大学博±研究生学位论文第89页第6章线路工程全寿命周期大震风险调控技术一一个体系能够在冲击之后迅速恢复到之前的状态,例如个城市发生大地震后,不会破"坏到整个的体系,可W很快地恢复到正常的状态,送就是所谓的弹性城市。灾害"-弹性(disasterresilient)是目前国际上应对大灾所提出的最新理念,我们认为建设灾害弹性道路体系,是我国的发展方向,而铁路公路抢险与线路修复重建技术,则是弹性道""路体系实现迅速恢复正常功能的重要保障。因此的理念下,,本章在灾害弹性研究采用简易工程减轻灾害直接损失,W及高效抢修重建技术等应对大震风险的调控策略。6.1采用简易工程策略应对大震风险条件分巧山区地震通过直接和间接两种方式对山区线路工程造成破坏作用。直接震害是线路工程直接由强地震动作用造成的破坏,间接震害是地震造成山区斜坡失稳变形等地面破坏,由于地面破坏作用而导致的各种工程破坏。一根据上章纹川地震线路工程震害的分析,崩塌滑坡等间接震害对线路工程的损毁远大于地震动作用的直接震害,是线路工程震害的主要形式。因此,在离地震烈度区评估地震风险,首先需要判断地震次生灾害是否会成为线路工程的主要成灾模式。一Dav,is最早提出了地貌演化模型,在这模型中构造作用激发地表抬升发生在地貌旋回的开始阶段,随后构造作用相对稳定,侵蚀作用开始塑造地貌Penck的地貌一演化理论认为构造抬升作用并不是发生在地貌旋回的开始,而是随着时间逐渐增强到个最大抬升速率,然后逐渐衰减消失。地貌是在地壳抬升和长期侵蚀过程中塑造的,随着构造作用地壳抬升速率增大,,地形将达到最大的起伏阶段当构造作用地壳抬升速率|减弱停山侵蚀作用继续塑造地貌,使地形起伏程度逐渐降似气Hack提出的地貌演一,构造作用直在持续上升化模型认为构造作用和侵蚀作用长期存在,在开始的地貌形一成阶段之后,地壳抬升速率和侵蚀速率平衡,地貌将达到种动态平衡Kooi的数,如果考虑地貌系统演化时间、构造作用速率、强度和持续时间值模拟研究表明,则上iWt述H种地貌演化模型是相通的。地貌的演化过程,总体来说是构造作用和侵蚀作用的共同结果。Davis将地貌演化过程分为青年期、壮年期和老年期,用W描述各阶段侵蚀作用塑造的地形特征。青年期是河流切割原始地面,地形起伏迅速增加的地貌形成阶段;壮年期是原始地面被完全切一割后,河流侧蚀,地形起伏程度降低的阶段步削蚀降低,W;老年期则是地形起伏进堆积为主的地势均夷阶段。Hack提出的地貌演化模型,由于构造作用,地貌的演化过程可能保持在青壮年期。由于持续的构造上升,地形起伏迅速增加,当坡体达到临界坡度,一岩±体失稳发生崩塌滑坡降低地形起伏程度,最终,地貌系统达到种动态平衡,地壳 第90页西南交通大学博±研究生学位论文抬升速率和侵蚀速率相平衡。此时地形起伏程度最大,坡体系统维持在临界坡度附近。,对处于幼年晩期的山区峡谷,岸坡坡度最大处于临界坡度;对处于壮年早期的山地,原始上升的离地面已被蚀成分水岭,地貌全由陡峻的坡面组成,山地整体己演化到了临界状态,斜坡基本处于临界坡度。对处于临界坡度的斜坡,在地震的扰动下,就容易触发崩塌滑坡反之,,对处于幼年早期或已进入壮年晚期的山地系统从整体上看,;不具备大范围发生地震触发崩巧滑坡的地形条件。因此对特定山区是否要考虑地震触发I"21崩塌滑坡事件大规模发生的风险,可由地貌的演化阶段所预测。一龙口山处于青藏高原东缘,是青藏高原的边界山脉,是中国地势第阶梯和第二阶梯的过渡山脉,地形起伏变化极大,在30km范围内海拔从700m升高到5000m。晚新生?代中新世W来,龙口山至少有510km的地层被剥蚀掉,上升速度约达0.6mm/a。近年来1"3的地形变化资料表明,该构造带的九顶山地区正^化3^.4111111/3速度持续上升^送种长期的隆升和夷平的动态平衡作用,造就了龙口山地区坡高谷深的陡峻地势,坡体系统处在临界坡。在2008年5月12日没川Ms8.0级地震作用下,暴发了大量崩塌滑坡,IX、222X、XI地震烈度区,面积分别为7738km、3144km、2419km,而发生地质灾害的面积222134[]分别为128.0km、205.6km、162乂km。青海玉树位于青藏高原的东北部地区,平均海拔约为4500m,W高原内部的山原地貌为主,地形特征表现为高海拔、低地形起伏。河流侵蚀作用正在向高原内部潮源,在山原地貌基础上开始切割地面,但仍大范围保留着原始山原地貌,处在地貌演化的初期° ̄20阶段30,10414.1,山体主要坡度范围在0缓于临界坡度。在年月日青海玉树M巧级地震中,,,震中地区达到IX地震烈度地表断层破裂带长达60km地面水平位移最大达1.75m。玉树地震诱发地质灾害282处,其中崩塌%处、滑坡41处、不稳定斜坡65处、泥2"6t1石流84条地质灾害总面积为1.194km,由于地貌发育程度比龙口山地区低,地震次生地质灾害发育程度比汉川地震弱得多。鲜水河位于青藏高原东缘地区,道孚W北大部分为宽谷段,地势较青海玉树更为平坦。1973年2月6日,四川炉霍甚发生了MS7.6级地震,震源深度11km,地表破裂带沿 ̄,,201,地面最大水平位移3,2m。震鲜水河谷展布长约90km宽50m.6m垂直位移.3一区公路边坡塌方40 ̄50处,巧塌宽度般为几米至几十米;震区其它地方也出现了塌方一-和山体滑坡,般规模长几米至几十米。川藏公路北线道孚炉霍段沿鲜水河谷展布,平1W7I行于地表破裂带,公路有。1处遭严重破坏上述H场发生在青藏高东缘及邻近地区的地震,由于地貌演化程度的差异(见图-1)-16,地震触发崩塌滑坡差异较大,见表6。地貌演化到坡体系统维持在临界坡度附,地震次生灾害才是线路工程的主要成灾模式近的青壮年期。 西南交通大学博±研究生学位论文第91页"‘起苗庐.別二典?38地震顺江左岸Ul(a)巧川(K度区)山体崩塌(b)玉树震区同震地表破裂与基岩断裂WW(c)炉霍地震震中区域地貌图6-1H次地震事件震中附近地貌6-表1云次地震事件触发崩塌清坡统汁崩塌滑坡雛2/个細地震事件IXX--2008LO1.52.02.5年汉川2010年玉树0.41973年炉霍0.070.6路堤,,造价低,、浅路垫、短隧、低桥等工程结构简单受损后也能在最短时间内修复,是线路工程建设中的简易工程。采用简易工程通过活动断裂影响区,这是W减小震害损失为指导方针的工程布设对策,来应对大震灾害风险。线路工程能大量采用简易工程的基本条件是地形平缓,必,特别是对高标准的线路工程须具备大段落的有利地形一条件,。由于活动断裂伴生了系列断裂构造盆地才能实现简易工程的布设,在这些盆地中就具有修建简易工程的地形条件。如鲜水河断裂带北西段,由炉霍段、道孚段、乾宁段王条次级剪切断裂左阶羽列组合而成,受走滑断裂特殊机制控制,沿断裂走向间断分布了乾宁盆地、道孚盆地、奸拉巧盆地、朱倭盆地等,而盆地间则是小丘陵隆起地形,-2。,如图6其中乾宁盆地位于乾宁段与鲜水河断裂带南东段的雅拉河段之间,宽约8km;道孚盆地位于道孚段南东向尾端,2km,长约15km宽约.5:奸拉《盆地是断裂道孚段与 第92页西南交通大学博±硏究生学位论文-,30kmm炉霍段之间形成的典型拉分盆地长约,宽约l3k朱倭盆地是炉霍段的断陷盆;一地,500m。,,长约4km宽约在纵断面上这些盆地基本在同高程面上,炉霍、道孚两县.5%。的缓坡地段。,其航空线的自然坡降为4线路通过这些盆地时有较开阔的地形可绕避平面障碍物,而在盆地间的隆起丘陵区,高程障碍也不大,可路堤、浅路蟹、短隧、低桥为主体工程设计线路,实现采用工程造价低、震后易于修复的简易工程通过鲜水河地震风险区的减灾策略。综上,采用简易工程应对大灾风险的条件是:①地震次生灾害不是线路工程的主要成灾模式。;②具有修建简易工程的地形条件iSH誦奸拉紀盆地盆地前沿隆起区道乎盆地盆地前沿隆起区乾宁盆地襄麗奠裹区IIII!I图6-2鲜水河盆地和隆起相间地貌6.2震后线路工程抢险修复技术地震受损工程的修复与重建是震后减灾的重要工作。地震灾区严重受损的铁路、公路在震后一般会经历抢通、保通^^及恢复重建兰个阶段。震后抢通阶段要求在最短时间内,,采取各种可能手段清除线路断道障碍开通救援通道,此阶段的特点是时间紫、任务重,大型机械不能进场,只能用简单快捷的临时括施保障抢险救援车辆的通行。在保通阶段,主要是针对对线路通行有较大影响的变形过大或局部破坏结构,采取加固措施,维持道路通行,提高线路通行能力,该阶段的特点是要保障通行安全,但不考虑线路线平顺。恢复重建阶段即全面修复线路,恢复线路工程安全、通行能、结构耐久性等问题力、服务水平等使用功能,使之达到原线路设计水准。6.2.1震后线路工程抢险保通措施震后线路保通的原则有:(1)充分利用原有线路线位,原则上W原位保通为主,充分利用原有工程进行修复加固。当原位修复加固工程艰巨、施工安全风险大、原位保通有较大困难时,宜因地制宜,开通便道通车。(2)在对线路震害初步调查、评估的基础上,统筹安排、分布实施,损伤工点原则上按通行风险的高低程度,依次进行修复加固。 西南交通大学博±硏究生学位论文第93页(3)保通阶段需保障通行安全,但不强求通行能力。对线路通行有较大影响的损伤结构,,采取加固措施控制变形发展,使其能继续发挥功能,而不强调恢复到原设计状态,对其进行观测。;对线路通行影响较小的损伤结构(4)修复加固工程优先选择简单易实施、见效快的方案,工程设计要考虑缺乏大型机械的条件,尽量选用小型机具就能施工的方案,不能由于修复加固工程施工造成断道事件。(5)在保通阶段,最首要的目标是保证道路通行,修复加固工程可不考虑耐久性,但若修复加固方案能兼顾耐久性要求,应按恢复重建阶段的要求进行设计,使其达到原设计标准。6.2丄1路肩墙工点抢险保通措施(1)若墙前有宽阔的空地,则可改建为路堤。第2章中倒塌的粧基托梁路肩墙-14)(图2,抢险保通阶段采用地震清方±石,堆(-3硕成简易的路堤结构临时通车图6),而在恢复重建阶段,对已形成的路堤边坡进 ̄4)行加固设计(图6。改建路堤要有一定的地形条件,即墙脚处地面横坡小,墙前有宽阔的空地。路堤坡1:1,度越小,路堤结构越稳定,大于的坡度在保通阶段地震清方±石堆勘的路堤边坡自身就很难保证稳定。因此,墙前空地宽度大于挡墙高度时,抢险保通阶段可采用路堤结构。围6-3抢险保通阶段状况图6-4恢复重建后状况(2)若墙脚处地面横坡缓,墙前有小空地,则可在墙前覆±。6-5,墙脚处地面横坡缓,但墙前空地不满足改建路堤的条件如图,则在墙前覆±,一部分地震清方上石既消化了,也可提高挡墙稳定性。 第94巧西南交通大学博±硏究生学位论文麟顏i图6-5墙前覆王措施一个对挡墙整体稳定性有利的±压为墙前覆±给挡墙提供了。由于被动极限平衡状态的位移远大于主动极限平衡状态的位移,因此墙后±体在达到主动极限状态时,墙前止体还未达到被动极限状态,对挡墙的作用力小于被动±压力理论值尽。墙前覆±产生一 ̄的±压力,计算时按被动王压力值的某百分数(如30%50%)进行折减。《铁路路基-支挡结构设计规范(TB100252006)》规定,墙前±体对挡±墙的作用为只取部分被动一-±压力值,般情况下取1/3被动±压力ti。《公路路基设计规范JTGD302004》中规()1定,荷载增大对挡±墙结构起有利作用时,计入《的分项系数,墙前被动±压力分项系数7取0.3。墙前覆±的±压力马可按下式计算:,0==-口尽7]X炸Xp(61)与臺3式中:T]为墙前覆±王压力折减系数,可取0.3;7为墙前覆±容重(砂!/m);A为挡2°=墙覆±高度(m)为被动±压力系数,Ktan45+(墙前覆±内摩擦角。;K();p为pp^(3)若墙脚处地面横坡陡,墙前为斜坡陡坎,则加固坡脚。-如图66倾斜变形挡墙,地面横坡陡,墙前为斜坡陡坎,,地形条件限制较大但挡,抢险保通阶段因地制宜,墙整体结构未发生破坏,用木粧和砂石袋对防护加固挡墙坡脚保障了临时通车的安全。—一同墙前覆±样,木枯砂石袋防护加固坡脚给挡墙提供了个提高挡墙整体稳定性的作用力。但这种措施有效期短,在强降雨作用下很快就失效。保通阶段要尽快对这类挡墙做修复加固工程。 西南交通大学博±研究生学位论文第95巧%.\MpiwM/j图6-6倾斜变形挡墙用木植砂石袋加固一(4)挡墙墙身出现开裂、鼓胀变形等结构损伤,继续使用有定的安全风险,采取加设套墙。、外侧设置支撑墙等方式加固-7图6为浆彻片石挡墙加设套墙。这种加固措施即不影响保通阶段的通行要求,也能满足恢复重建阶段的工程需要。麵*图6-7浆彻片石挡墙加设套墙6.2丄2地基不稳定工点抢险保通措施还有部分路基由于地震造成地基失稳,在保通阶段严重威胁通行安全。对地基不稳,施定路基工点的处貴原则是先进行地基处理,但方案制定要考虑线路通行的特殊要求-8工过程不能影响线路的通行。如图6所示路段,汉川地震诱发了大型滑坡,路肩墙持续变形,2008年震后变形量不明显,2010年路肩墙变形量已达80cm,挡墙处于解体状一态,10米处新修座混凝±挡墙,最。工程整治首先采用抗滑粧处理滑坡然后在原挡墙后通过墙间填王将原挡墙掩埋,这样避免了混凝±挡墙施工对临界解体挡墙的扰动,施工期原挡墙仍发挥了临时支挡工程的作用。 第96巧西南交通大学博±研究生学位论文(a)墙外10m新建挡墙化)墙间填±图6-8保证线路通行的地基不稳定工点处治措施地基不稳定工点多是地震诱发滑坡工点,小直径钢管粧作为抗滑支挡结构,适用于中小型滑坡。施工过程无开挖方,对岩±体扰动小;不需大型机具,施工占地小,对原线路通行影响小布置灵活-,场地适应性强施工安全且快捷。图69为汉川震后;粧位;滑坡采用小直径钢管粧钢管枯加固。圓图6-9钢管柱施工一般小于300mm,先用钻机成孔小直径钢管粧的直径,然后在预成孔中放入空也钢管,最后在钻孔及钢管内高压灌注水泥砂浆。待水泥砂浆固化后,粧顶布设大刚度联系梁一,将定间距、排距的钢管粧组合成空间框架体系。离压注浆,,,水泥砂浆在±体中沿软弱滑面扩散浆液的凝固使滑带±粘聚形成水,。泥±改善了滑带±的性质,提高了滑面的抗剪能力高压注浆也对滑面W下稳定岩±体,有充填、挤密的加固作用。框架体系的钢管粧,改善了单根钢管粧上的内力分布,提高钢管粧的刚度,能大幅度提高抗滑能为。由于粧对止体的约束作用,大大提高了粧一间±强度,,钢管巧与巧间±相互作用形成粧±复合结构,进步提高抗滑能力。单粧极限承载力按钢管巧屈服强度计算,单枯抗弯矩能力由钢管和水泥砂浆共同作用,若只考虑作为骨架的钢管材料,单枯抗弯矩: 西南交通大学博±研究生学位论文第97页如(6山良水泥砂浆抗剪强度极低,单粧抗剪力主要由钢管材料提供,P:=-At(63Q[]):d为钢管外径T式中;权]为钢材强度设计值;/为钢管惯性矩;^为钢管截面积为;[]钢材抗剪强度设计值;若不考虑粧间±体作用,W结构力学方法按排架结构可计算出组合粧结构的水平承载力。根据经验,滑坡推力r《400kN/m,可选用两排粧;400kN/m<r《700kN/m,选w>7ii用H排粧;r00kN/m,建议采用抗滑粧或大直径钢管粧。6.2.2基于变形控制的路基支挡结构修复技术-,保通线路就成为抢险救援工作的重点2工程的地震灾区既有线抢通后,表5挡墙IXX区震害统计显示,路基挡墙在、毁坏率较小,但大多数挡墙都受到不同程度的损伤,一路肩挡墙在IX、X度区严重损害率较高,分别达到83.63%、20,.00%即有相当部分挡墙需加固维修才能保证车辆一般通行的要求。地震灾区既有线抢通后,仍面临很大的保通压力,有大批的震损工程需修复加固,及时而有效的修复加固措施的制定实施,就成为保通工作的重点。对第二章调查的汉川地震震损挡墙工程,在震后5年中进行了变形和修复处治工程运行效果监测的跟踪调查。震后保通阶段受损挡墙的修复加固措施,是在缺乏工程震害评估经验及方法的条件下进行的,工程实践先于理论研究。在总结工程案例的基础上,根据震后5年调查数据和理论分析,提出地震灾区挡墙基于变形的震害评估方法及处治加固工程措施的设计要点。6.2.21.挡墙地震损伤程度分析倾斜变形和滑移变形是挡墙在地震作用下的两种整体损伤变形模式,对110个4m6-24W上的损伤挡墙按变形模式进行统计,如表所示,挡墙变形量在cmW下,均统计为轻微变形一;若座挡墙兼有倾斜变形和滑移变形两种模式,统计为滑移变形。表6-2挡墙变形统评工点数滑移倾斜倒塌轻微变形岩质地基0口720王质地基25化722-(震害调查表明,倾斜变形图610)可发生在岩质地基及王质地基挡墙上,变形量一cm-般随地震动的増大而增大,最大测量倾斜变形量达40(图68c)。 第98页西南交通大学博±研究生学位论文]>闕眶uM^mm(a)倾斜变形模式(b)岩质地基(C)±质地基(已加固)图6-10挡墙倾斜变形一-滑移变形(图611)仅发生在±质地基挡墙工点,变形量般也随地震动的增大而-增大,最大实测变形位移80cm(图61化)。(a)滑移变形模式化)王质地基图6-11挡墙滑移变形两类地震损伤变形的挡墙,墙顶产生S的同等变形量,倾斜变形挡墙变形模式如图6-lOa所示-,产生的旋转角为滑动变形挡墙变形模式如图6lla所示。假设挡墙在成y;时刻内,产生成墙顶相对位移,对倾斜变形挡墙,有:W(6-4手盖)尸=(6-5)。批4奈尚式中:W为挡墙转动角速度,r为倾斜变形挡墙动能,W为挡墙墙高,J为挡墙对墙趾。。的转动惯量。对滑移变形挡墙:,有 西南交通大学博±研究生学位论文第99页=—-v(66)dt;=偷-(67)^1臺式中:V为挡墙平动速度,Th为滑移变形挡墙动能,W为挡墙质量。对单位长度的挡墙;-J=rdA(6-8)〇pj^M=dA(6-9p)j^(式中:p为挡墙容重,^为沁到墙趾的距离,积分区域0为挡墙横断面。根据横断面几何形态,对高度是宽度几倍的截面形式;,易知'-rd4<d4-pp(610)^j^j^即-J<M-Jh(611)---根据式(611),比较式(65)和(67),可知7<厂。设淆移变形挡墙外力做功。?为听,,倾斜变形挡墙外力做功为W由动能定理,知有成立。。由上分析可知,变形挡墙墙顶发生同等变形量时,,挡墙所受外力做功是不等的发生整体滑移变形的挡墙能量需求比倾斜变形挡墙明显大。此外,挡墙墙前普遍有较厚twww一的覆±,基础埋深也要求在,,挡墙发生整体滑移1米W上由于这反作用力作用需要更多的能量。挡墙发生倾斜变形的能量小,可认为是地震动±压力作用的变形效应而需要较大;的能量,才可能使挡墙发生整体滑移变形,,地震动±压力作用效应有限难W提供能量使挡墙产生较大的滑移变形效应,但若在地震作用下挡墙墙后±体破坏,破坏滑体的下滑力作用,就有可能给滑移变形挡墙提供足够的能量。据此推理,发生倾斜变形的挡墙,挡墙在震后仍为承受王压力的工点墙后±体性质并未发生质的变化;而发生滑移变形的挡墙墙后王体可能已有滑面贯通,挡墙在震后是承受滑坡下滑力的工点。经过5年5一,而个巧期的跟踪调查,发现倾斜变形挡墙的变形均没有进步的发展部分滑移变形挡一墙在巧期后变形进,变形量増大,步发展,确定转化为滑坡工点表明前面的推理正确。6.222..倾斜变形挡墙损伤程度及修复效果评估1?倾斜变形挡墙损伤评估根据上面的分析,地震损伤模式为倾斜变形的挡墙,震后仍为挡±墙工点,可用设计挡墙的方法技术直接评估挡墙的地震损伤程度,分析震后加固措施的效果。挡墙抗倾覆能力和地基承载力不足是地震作用下挡墙倾斜变形的原因发生倾斜 第100页西南交通大学博±研究生学位论文变形的挡墙,地震损伤评估是将原设计挡墙绕墙趾转动,获得挡璃倾斜变形后的状态(图6-1化),并检验这种状态下挡墙的抗滑移稳定性、抗倾覆稳定性和基地承载力。--..H级公路设计车辆荷载汽20级(S13、K>15),娃100级车辆荷载验算(>1.3、。(-公>1.3)。W调查路段标准8米衡重式挡墙为例图612),旋转墙趾获得不同倾斜变。形程度挡墙的状态,检算挡墙的稳定性,分析倾斜变形挡墙的损伤程度。主要计算参数一-3见表6,取挡墙倾斜变形量与墙高之比作为反映挡墙倾斜程度的统度量,计算结果-13见图6。円\円i‘i7-差6-图128米衡重式挡墙计算模型(cm)表6-3主要计算参数参数^3挡墙容重UkN/m3k/填料容重19Nm填料粘聚力0°填料内摩擦角35°175填料外摩擦角.3基底容重18kN/m基底°内摩擦角30基底容许承载力值SOOkPa墙底摩擦系数0.4-13所,随倾斜变形量的増加验算荷载检算计算结果如图6示,挡墙抗滑动稳定系数和抗倾覆稳定系数X。下降,基底最大应力上升,挡墙整体稳定性降低。抗滑动稳定系数K和抗倾覆稳定系数吟的下降呈直线形式,且抗倾覆稳定系数K下降的斜率远大于e。抗滑动稳定系数基底应力的上升呈非线形加速形式。挡王墙设计时,抗滑动稳定系 第1西南交通大学博±研究生学位论文10页数K和基底应为是设计的控制指标,即抗滑动稳定系数Kc满足要求时,抗倾覆稳定系c一一一,这和基底应力般首数吟般也能满足要求,且有定富余量样倾斜变形后的挡墙Kc。如本例中3%时,K低于1.3的设计控制先超出设计控制值,当倾斜变形与墙高比达c值:当倾斜变形与墙高比达5%时,基底应力超过允许值:当倾斜变形与墙高比达7%时,3%时,,反之K于1.3的验算值,因此,当倾斜变形与墙高比达到就应进行加固处理。低可不采取措施,凡倾斜变形与墙高比低于3%的工点,即使未采取加。现场调查也证实一固措施,震后直处于正常使用状态。2r1800巧00-1.8|巧■12朋S1?.2?300呈1I00%1%2%3%4%5%6%7%8%9%10%祕斜隻化与端内比、"-^-o-Ko-A-化化MI人Kc大图6-13倾斜变形挡墙地震损伤程度分析结果2.震损挡墙修复效果分析在保通阶段,调查路段路肩墙普遍采取的紧急加固措施是在墙外增设错杆框架,对一,前面进行地震损伤程度评估的8米衡重式挡墙,按这典型措施进行加固框架结构设6-计为2X2米布置的纵横肋梁,错杆设计在纵横肋梁节点处,计算模型如图14所示。-2-13)错杆错固力可按抗滑移和抗倾覆稳定性设计,如式(61)式(6,并按设计错固力检算基底应力。-£-^1.3jj:X)(eXrZT^.(612)COSairJ叫邸-(613)片―//cosa()i式中:r为错杆错固力,完与为止压力作用于基底切线方向总分力,XWt为挡墙自重始作用于基底切线方向总分力,巧为铺杆距挡墙顶部的距离,为倾覆力系对墙趾的文。一°° ̄a为错杆与水平面的倾角1〇3〇。总力矩,根据施工机具,般取,6 ̄4计算挡墙恢复设计标准所需最小猫固力列于表,据此得出不同变形量挡墙加固后6-15的稳定性指柄见图。 第102页西南交通大学博±研究生学位论文摩6-14加(cm图固措施计算模型)表6 ̄4设计错杆错固力倾斜变形与墙高比最小错固力(kN)3%14%25%36%97%158%219%2710%331.70r,800A…-王.60苗窒、户、.一140.口。.碧■6005-—1300?驾""I1.205003%4%5%6%7%8%9%10%M刹获化巧娟韩比0kc■□ko―一-―kc、ko抖化ft化化巧大化山—崔化巧大時辑巧化图6-15加固措施计算结果本例是按达标设计计算的,结果表明,错杆加固措施能同时改善倾斜变形挡墙的抗滑移、抗倾覆稳定性及基底应力这兰项指标,当倾斜变形与墙高比小于5%时,加固设计的控制指标是抗滑动稳定系数/^;当倾斜变形与墙高比大于5%时,基底应力成为控c制指标6-4可。从表见,加固措施所需的错固力并不大,调查路段倾斜变形最大的挡墙其倾斜变形与墙高比不超过6%(认为超过该变形量的挡墙已经跨塌),按本例8米挡9kN墙计算,采用设计错固力即可,常规普通错杆即能满足要求。因此在震后保通阶段, 西南交通大学博±研究生学位论文第103页一一般不需对每个工点单独设计施工便利的设计错固力,经,可根据施工条件选择典型一挡墙验算通过后,按统设计尽快施工。一采取铺杆框架修复加固的倾斜变形路肩墙,自保通阶段工程处治后,直维持良好一(40cm),的运行状态,如最大倾斜变形的挡墙恢复重建阶段没有进步的工程措施,也依然能正常使用。6.2.2.3滑移变形挡墙工点转化为滑坡的判据,根据上面的分析,滑移变形的挡墙震后可能是承受下滑力的滑坡工点。因此对滑。移变形的挡墙,再制定处治方案,关键是快速有效判定工点是否转化为滑坡,滑移变形挡墙变形量为S,由于地震±压力能使挡墙产生有限的变形认为滑移变"一形挡墙变形量S在小于某临界值尸,^^前,仅仅是地震±压力作用造成的效应变形""量S大于临界值C/后,则有滑坡下滑力作用造成的效应。这样,当时,则认为挡墙工点已转化为滑坡,临界值d的计算成为滑移变形挡墙工点转化为滑坡的判据。1.滑移变形挡墙临界值的计算临界值是墙后地震±压力的最大变形作用效果,由于地震应力的加。在地震过程中载,当墙后总±压力的作用刚克服最大抗滑力时,挡墙由静止启动,发生偏离王体方向的微小滑移。变形发生后,墙后±体在达到主动极限状态之前,±压力降低,使整个体系趋于稳定,挡墙重新静止。因此,挡墙临界滑动状态需满足2点:①止压力的下滑力-。1等于最大抗滑力,②墙后王体达到主动极限状态如图66所示重力式挡墙,根据挡墙临滑状态,可按下式计算滑动临界加速度:W+£sin幻+5+cos幻+5+*Wtan幻{"()[每i()c]〇}/-(614)=W+cosa_+5W+sin幻+5tan幻片0毎,()()][式中:W为挡墙重量为挡墙滑动的临界加速度系数;为水平地震加速度系数为;A,时的地震主动±压力:。为墙背倾角,逆时针为正;5为填±与墙背的摩擦角;a。为基础底面倾斜角;/为基础底面与地基间摩擦系数。通过数值计算A。,此时。即为滑动临界加速度。。居,-图616挡墙临界滑动状态受力图i43一Nf!墙后±体贯通破裂面形成,将破裂王模体和挡墙起看成刚性体,根据ewmark 第104巧西南交通大学博±硏究生学位论文滑块理论,地震加速度时程中超过临界滑动加速度。的部分加速度时程,是使哪体位移f目的原因,两次积分这部分加速度时程ewmark永久位移,P:,可得N=。--化(')油4(615)I(A)J式中:为Newmark永久位移,刪为加速度时程。位移的计算需场地加速度时程〇(0,由于强震记录台站与工点场地间地震波的传播。,ewmark方法积分计算过程和场地地形效应的影响,难W确定场地加速度时程的按N(-15)位移的工作量大,采用式6计算位移变形量是不易实现。基于Newmark方法,国内外学者根据强震加速度记录,建立了多种位移回归模型,来预测地震下坡体的永久位移。模型的建立首先将地震台站的强震加速度记录作为邸),一6-15,假定系列临界加速度A,按式计算永久位移A然后用峰值加速度等能反应地震动特征的参数,建立参数与计算得出的永久位移化之间的统计拟合方程,最终得到位移回归模型。不同位移回归模型的基本形式,,差异主要体现在采用的地震动特征参数w-i"[如脯son语先采用的地震动特征参数是临界加速度,么后建立了Arias强度和临iWAmbt界加速度为地震动特征参数的回归模型rases的回归模型采用临界加速度比;y;twi民oberto采用Arias强度和临界加速度比。地震台站记录的加速度时程反映了该次地震特殊的震源机制和传播路径,加速度时一程选用的地震事件越多、地区越广,得到的位移回归模型精度越差。场地震事件的数据回归能很好反映该次地震的情况,得到精度较高的位移回归模型,因此,需建立评估地震事件的位移回归模型。汉川地震中,中国数字强震动台网的420个台站获得了1253条主震强震动记录,在7个台站中一化03可供数据共享的40,选取任水平向峰值加速度大于g的台站(阵)共,有效水平向强震动记录221条,用于建立回归模型。台站分布计112个、有效强震动-5所示记录数量及其最大峰值加速度见表6。表6-5回归模型所用强震动数量及台站分布 ̄ ̄ ̄^台站(阵)有效水平向峰值加速度^’数量强震动数量(cms)757四川155%.7陕西2342153.9甘肃816184.9宁夏3457.6山晒2231.9云南1232.6合计112221 西南交通大学博±研究生学位论文第105页为了消除基线漂移并提高信噪比,在计算Newmark位移前,需要对每条挑选出的强?震动记录进行基线修正和带通滤波(带通频率0.230Hz),滤波后峰值加速度大约降低3%左右。给定临界加速度序列.、.I、.。:002g化05g、Og化2g、03g对每个台站两个方向的强震动记录,分别计算上述5种临界加速度下的Newmark位移,选取其中较大者用于回归分析,ewmark方法只。由于选取的强震动记录中峰值加速度较小的记录较多而N能计算峰值加速度大于临界加速度时的位移量,因此存在大量永久位移为0的结果,剔除之后,总共获得268个有效Newmark位移。采用上述数据,使用临界加速度比为地震动特征参数,拟合回归Newmark位移与临界加速度比的关系,得到的巧川地震位移回归模型如下:- ̄262-(/17M、|(-)=--^ ̄616log0.194+lo1化g口maxI\、/,式中:化Wcm计。为地震峰值加速度对具体场地可采用地震动衰减公式计算,=回归均方差为化371,相关系数护91.4%。6-按式16计算化,即可认为是具体滑移变形挡墙工点的临界值d,工点的A则根据-式614确定。2.坟川地震实震资料的检验/,计算出滑移变形挡墙工点的临界值C并与震后实际变形量S对比,若认为该6-225个9工点己转化为滑坡。在表滑移变形的挡墙工点中,有个工点在震前就位于抗滑整治工程及其附近路段,根据工程设计,对剩余滑移变形挡墙工点计算临界加速度ilW按周荣军给出的汉川地震加速度衰减公式计算场地峰值加速度。,工点结构形式和_一主要岩止体参数见表6-6。图6-17是震后第次测量位移变形量(2008年雨季后)与式-616回归曲线。在回归曲线及回归曲线W上的工点,跟踪监测表明均转化为了滑坡,而5一在回归曲线W下的工点,在震后年时间内,大部分挡墙的变形量没有进歩的发展,是未转化为滑坡的滑移变形工点。说明判断方法是有效的。表6-6王点结构形式及王体主要参数地理位置结构形式(k;a)〇。°28.01化3100597N12103,.米衡重式浆硕片石路肩墙19035。°27.5WE51N119035103,308.490米衡重式浆硕片石路肩墙。°28."23N35103E,30巧.139米衡重式浆彻片石路肩墙190°。10330.8巧E3100.718N719035,米衡重式浆勘片石路肩墙。°13510332.444E,3100.870N8米衡重式浆痴片石路肩墙90。°巧30356N61903510328.87E,3.米衡重式浆掏片石路肩墙。°10333.416E,3101.509N3.7米仰斜式检路壁墙203520 第106页西南交通大学博±研究生学位论文表6-6工点结构形式及±体主要参数)(续地理位置结构形式(k;a)〇。103331,Sr0U44N11.62墙203520.77E米仰斜式抢路壁。°10330.625E,3100.578N4.75米仰斜式拾路蟹墙203520。°10330.1100.45213520化,31.412N3米直背式浆棚片石路蟹墙°°10328.54化,30巧.168N4.75米仰斜式浆顽片石路蟹墙213025。。10328巧.1013520.425E,306N3.84米仰斜式浆硕片石路蟹墙2。°27.65化,N22623152010330:58.996米直背式拾路墅墙。。10327.491E1.12N3.7213520,3000米仰斜式浆彻片石路垫墙°°2010327.610E,3100.178N4.75米仰斜式浆硕片石路壁墙3520。°1028.52N义1203.082E,310093米仰斜式浆勘片石路垫墙3520,由于没有正确的认识部分滑移变形的挡墙,在震后保通阶段按挡墙工点加固后,仍在不断发展变形。由于整治处治措施不及时,这些已转化为滑坡的工点规模不断发展。本节提出的滑移变形挡墙工点转化为滑坡的判据可在震后快速实施,进而制定正确及时的工程处置措施。5年的跟踪调查也表明,判断为±压力作用的滑移变形路肩墙能继续°°一使用10328.873E,30巧.356N,滑移变形量达8cm,直没,如处路肩墙虽然震后有采取任何修复加固措施一,但直正常使用。80r么I遗臺得巧王1A0更力侣用60A\,。\么0....10203040.5口/Omfl巧图6-17回归曲线与实测情况对比汉川地震之后,出于应急性工程需求《,建筑结构专业制定了四川省建筑抗震鉴定i与加固技术规程tw》地方标准,但交通领域只有交通部发布了《汉川地震灾后公路恢复is一tw重建技术指南》,且该指南虽提出了些震后公路恢复重建的原则和方案,但尚未涉及具体设计方法和作业程式,这样总体上看岩±工程有关研究是相对滞后的,也说明基于震损机理的修复及整治技术需要一段时间的认识和积累。通过对汉川地震后5年加固修复工程运行状态的调查,挡墙震损主要有倾斜变形和滑移变形两种模式。倾斜变形挡墙震后仍为挡±墙工点,采用横向加固措施可有效地控制变形发展,并能将挡墙整体稳定性和基地应力恢复到规范要求;整体淆移变形挡墙可 西南交通大学博±研究生学位论文第107页能己转变为滑坡工点,,可根据本文方法快速判断是否己发生转化从而按滑坡制定处治方案。调查路段在2008年雨季后,就进入了保通阶段。5年挡墙监测数据表明,倾斜变形挡墙采取错杆加固后,,基本都能保持良好的运行状态;对整体滑移挡墙由于当时对有些已转化为滑坡的工点认识不足,未能按滑坡及时处治,导致部分挡墙变形量不断增大甚至倒塌,増加了保通压力和处治难度。因此建议,对量大面广的小滑坡,处治工程投资不大,保通的要点是尽快制定方案并立即实施对于较大型的滑坡,要点是先采取施;工快捷的措施,,如前缘堆载支挡、打钢管粧等控制滑坡变形的发展,然后再遵循滑坡处治的正常勘察设计程序,实施整治工程。6.3震后重建线路设计原则6.3.1峽谷区线路震害特征与重建工程设计因地震损毁严重,原线路无法恢复或工程处治困难、工程投资高、施工和运营风险大的路段,震后需重新建设。重建线路是指震后在原有线路的基础上,利用部分较完整的路段,优化需重新建设的路段,重新进行选线设计的线路。重建线路选线设计的特点是线路的廊道方案不变。路网结构中的干线公路,是联系重要城镇的交通枢纽,性质重要,因此干线公路的恢复重建工程是震后恢复重建项目中启动较快的工程。干线公路由于性质重要、交通量大,设计往往采用较高的技术标准,按短捷方向联结控制据点,确保较高的行车速度和较低的运输成本。在地形起伏较大的山区,河流是重要的地形结构,大部分城镇均沿河分布。为了使这些城镇间有快速、便捷的交通;同时,充分利用河床的自然坡降攀升克服海拔,,山区线路尽可能沿河谷两岸延伸这是山sw区选线最基本t、最普遍应用的原则。河流在山区的特殊地理位置和自然条件,决定了山区沿河(溪)走廊具有资源丰富,线性工程单元投资小,建设条件好,福射影响面广一的优势,具有低投入高产出的经济效益和社会效益。因此,山区干线公路般采用沿河(溪)线。一根据河谷横断面,河谷的形态可分为V型峡谷和U型宽谷。V型峡谷是个深而窄,具有陡峭边坡的河谷。与V型谷相比,U型谷谷底较宽,发育有河漫滩和河流阶地。大UW部分河谷的横断面形态均属于这两类或这两类的混合型。准确的形态取决于岩石的隆起速度、岩石类型、气候类型W及河流发育阶段。在根本上,侵蚀作用的特点决定了河tisuwi谷形态的类型。V型河谷是河流发育幼年期的形态,河流的下蚀作用强于侧蚀作用。U型河咎是在V型河谷基础上发展而成的,河流的侧蚀作用强于下蚀作用。由于地质构,山区河谷形态通常是V型谷与U型谷交替分布。在基岩性质比较坚硬的地区造的影响,,谷坡抗侧蚀能力强,河谷形态呈V型在基岩性质比较软弱的地区谷坡抗侵蚀能力较; 第108巧西南交通大学博±研究生学位论文。弱,河谷形态己发展为U型,岩层磨耗快一在V型峡谷地区,地形是对线位影响最重要的因素。般情况,线路利用狭窄的河一流阶地或坡脚堆积区组成的带状地形布线,因此,线路高程稍高于般洪水位。这是建设费用最省、施工工程量最少、对地质环境影响最小的线路方案,但抗灾能力差,易受,高等级道路通常采用桥隧工程超常洪水或斜坡重力灾害的影响。为了提高抗灾能力,通过平面和高程上的线位调整,来避开灾害易发的坡脚部位,或者采用工程措施整治灾害,减轻括!失。6.3丄1S303映秀至卧龙段公路同震灾害省道S303映秀至卧龙段公路位于没川地震的震中地区,是巧川地震道路损毁最为严一重的干线公路之。各种地震地质灾害遍布整个河谷,各种公路震害现象随处可见。S303映秀至卧龙段公路基本沿渔子溪左岸行进,全长约45公里。渔子溪属暇江水一系的级支流-汉川,在映秀附近汇入蜗江。沿线区域地质构造W在耿达附近通过的茂县断裂为界,,断裂西北侧为小金弧形错皱带断裂东南侧为龙口山华夏系构造。沿线出露-6-地层见图18。茂县破川断裂的东南侧为渔子溪下游,分布地层为晋宁澄江期中基性-侵入岩浆岩,是坚硬岩组。中游段的志留系茂县群岩组(Smx)是软质半坚硬岩,小金错皱带的其它岩组均是半坚硬岩。虽然渔子溪下游河谷经历的侵蚀演化时间最长,但由。于岩性,下游河谷横断面比志留系岩组河谷横断面更为窄深下游河谷仍然是具有陡峭边坡、狭窄谷底的典型V型峡谷,而志留系岩组河谷宽阔,已演化成U型河谷。¥注巧保巧巧ih立货巧商前m译犯勾绍。化化巧法巧巧ITI|却關^y/y§1^1?—-巧C巧巧尚涂川>6巧巧系s括中泌X巧巧巧度|y|/////八II一图6-18省道S303映秀卧龙段沿线出露地层渔子溪河谷触发了大量的同震地质灾害,沿该河谷展布的省道S303严重损毁。尤其 西南交通大学懊±研究生学位论文第109页是下游段,河谷两岸曾经植被茂密的山体震后广泛暴露出内部岩体,除蟲龙山、耿达隧--道外,其余明线路段几乎全被严重掩埋或损毁(图619)。茂县巧川断裂两侧灾害的规模形成鲜明对比,断裂东南侧,两岸坡体发生大面积连续崩塌,而断裂西北侧,仅在局-7-部地区发育地质灾害。断裂两侧对公路造成损毁的同震地质灾害见表6。茂县巧川断裂东南侧,规模最大、危害最强的同震地质灾害是岩崩。大量岩石块体和岩屑从陡峭的-边坡上振离崩落,这些大小不同的岩块沉积在谷底,形成瑕塞湖(图620)。岩崩掩埋(--22-23)路基、砸毁桥梁,对道路造成了非常巨大的危害图621,6,6。18公里明线10路段,46处大型岩崩灾害形成的岩堆就掩埋了余公里,另有不计其数的落石砸毁路一一面。地震滑坡般不在硬质岩上发育,下游河谷仅有处高位滑坡发育。断裂西北向,同震地质灾害明显减径,25公里长线路有26处崩塌堆积体对道路的损毁也相应减少。,掩埋线路长度约3公里。3处滑坡均为地震动力作用下的老滑坡复活。m6--图19S303起点K7段地震破坏情况表6-7茂县-汉川断裂两侧省道S303线映秀-邱龙段沿^同震地质灾害断裂东南断裂西北线路长(除隧道)18km25km崩塌46处岩崩%处滑坡1处岩石滑坡3处老滑坡歷塞湖7处1处道路水毁4处2处泥石流9条沟谷型及2条坡面型2条沟谷型及4《坡面型 第110页西南交通大学博±研究生学位论文 ̄^P16-20图水电站被岩崩形成的退塞湖淹没,水流从水电站建筑中通过Wm图6-21路基被岩崩掩埋图6-22桥梁被岩崩摧毁6-23图陡峭边坡发生大面积岩崩灾害,毁断桥梁、掩埋大段线路 西南交通大学博±研究生学位论文第…页w地震触发地质灾害的总体分布规律是随着震中距的增加而衰减tl。地震触发地质灾害的规模与地震烈度有密切的关系。根据经验统计,大的边坡塌方灾害不发生在地震烈uwi度<\1的区域。具体来说,在VI度区,几乎没有边坡塌方灾害;在vn度区,没有大规模的边坡塌方灾害,V型。但在强震作用下谷沿河线可能发生更为严重的地质灾害。地壳快速隆升区,,区域性剥蚀和夷平作用活跃。因此最初深埋的岩石逐步接近并出露地,岩体原来的离应力不断减小表。在这区域性垂向卸荷过程中,通过卸荷回弹,在地壳浅表层形成一系列近于水平向的卸荷裂隙。送些裂隙使完整岩体裂解,其力学性能变成isty一与层状岩体相似。河谷演化是区域垂向卸荷岩体进步的卸载过程。在河谷的下切和卸荷过程中,应力场出现调整并重分配。由于应为释放,边坡岩,岩体的平衡状态破坏wit体发生向着河谷临空方向的卸荷回弹,并形成裂隙。iwtsss一岩浆岩i、碳酸盐岩、角碌岩、变质岩等高强度坚硬类岩石是弹脆性的,旦达到强度极限,其抗压强度大大降低,甚至下降到零附近,脆性岩石的破坏是没有明显。塑性变形的瞬时破裂由于岩体强度高,承载力强,在地貌演化过程中可W存储较高的'lwl62t]应变能。地震时,地震应力加载到卸荷裂隙上,当裂隙上的总应为达到或超过极一。限强度时,脆性破裂发生由于瞬时加载的地震应力,硬质岩体中储存定应变能的卸荷裂隙发生脆性破坏快速释放能力,导致灾害发生。usuwiV型。,谷是河谷发育的青年期,是地貌演化卸荷作用最活跃的阶段由于地震累计在地壳浅表层卸荷裂隙中的应力应变在很短时间内释放一。这过程将河谷演化中本一一将在未来段时期释放的应力应变提前起释放,从而在地表造成严重的破坏。软质类岩石和半坚硬类岩石的力学性能是塑性或弹塑性的。和坚硬类岩石相比,具有较低的极限强度和较高的残余强度。在较小荷载作用下,送些岩体就能发生变形破坏释放地貌演化过程中的卸荷应力。因此,这些岩体在正常状态和中小地震下容易发生地质灾害,但在强震作用下,硬质岩河谷诱发的岩崩灾害最为严重。6.3丄2震后重建工程""S303映秀至卧龙公路是通往汉川卧龙特别行政区重要的生命通道。卧龙特区另一条外出通道是绕道600多公里、翻越两座海拔近5000米的雪山,经小金、雅安到达成都11。此线路夏秋季节洪水和山体滑坡使道路经常中断,而夹金山、己郎山在每年月至""次年4月都要冰雪封山,卧龙随时都存在再次沦为孤岛的危险,生活物资和救灾物资的运输将面临极大的困难。S303映秀至卧龙公路成为制约卧龙抗震救灾、维护社会稳定的生命通道,震后被列为首批启动的重建工程。S3的映秀至卧龙段公路重建工程于2009年5月开工,预计2010年底完工,批复重建投资8.119亿元。震前该公路正在进行二级公路的改建,根据路网结构,重建工程也按山区二级公路建设,,设计速度40km/h为了减少干扰或避免造成新的更大的次生病 第112页西南交通大学博±研究生学位论文。害,对个别特殊困难路段,其平纵面指标放宽到30km/h的设计速度路线基本控制点为起点映秀、止点卧龙和耿达,路线走向控制点为原路已建成的重要巧梁、隧道等。重建工程基本利用震前线位,新增3座隧道6座大桥,映秀至耿泣段[^重建为主,局部路段利用原路恢复,局部路段进行重建,震前线位和重;耿达至邸龙段W利用原路恢复为主-K1+建工程线位见图618。重建路线起于映秀,沿渔子溪左岸沿原路上行,随后于300设桥跨河换至对岸,并于K2+100设桥跨回接上原路,W避开左岸的泥石流,顺右岸布设和潜在不稳定滑坡体K4-K5段线路内移新建南华隧道避开,随后路线沿原路线位布设;一该段的框塞湖,直沿原路线位布设随后路线;于大阴沟沟曰新建虎嘴崖隧道,避开该一段偃塞湖,从堪塞湖尾端出隧后接上原路耿,随后路线直沿原路线位布设到耿达镇;-卧龙段达,跨岸避开烧汤沟路段为重建路线,其余均利用原路恢复。6.3丄3震后灾害和重建工程巧毁山区地震发生后,最常见、最普遍关注的震后地质灾害是落石,但对V型峡谷道路危害最大的震后灾害是暴雨引发的泥石流。至2010年8月13日之际,恢复重建工程除一1隧道未完工,其余主体工程已基本完成。2010年8月13日,渔子溪遭遇130年遇特1303大暴雨,降雨量在8小时内达到60mm,诱发了渔子溪大部分支沟爆发山洪泥石流。S映秀至卧龙段,有60处泥石流损毁道路28处坡面型泥石流。,其中包括32处沟谷型和-汉川断裂两侧渔子溪支沟爆发的泥石流规模相当虽然茂县,但断裂东南侧的公路破坏严1重,28处沟谷型和4处坡面型泥石流损毁公路。这些泥石流在V型谷谷底沉积,形成樞塞湖游塞河道,抬高河床水位。其中肖家沟和蟹子沟两条沟谷型泥石流完全堵断渔子-,,见图624。恢复重建工程直接被掩埋、淹没线路约65溪对公路造成的破坏最为严重.,公里,更有大段未直接淹没的线路不得不废弃恢复重建成果损毁殆尽。圓毁坏路段‘沟谷泥石流會■瑕塞湖《"拟建隧道方案■泥石流堆积扇映秀-北川断裂图6-24起点-K7段泥石流损毁情况及新设隧道绕避的调整方案 西南交通大学博±研究生学位论文第113页肖家沟位于新建南华隧道出口附近,爆发了50万方特大泥石流,和南华隧道出口的坡面型泥石流堆积在一起,将隧道出口洞口掩埋至端墙顶,阻塞河道并形成瑕塞湖,原河床抬高了30m,抬高的水位高于隧道洞曰路面标高约20m。路基被泥石流沉积物和堪一塞湖掩埋或淹没超过-1km,逸是受震后泥石流灾害影响最严重的路段之。图625是泥口一2石流前后南华隧道洞情况。肖家沟在震前就是条老泥石流沟,流域面积0.24km,原线路设有泥石流排导槽。根据调查,该流域震后可形成泥石流物源的松散物质高达3573万m,将对线路造成巨大的威胁。一蟹子沟是另,爆发方量达42万方处特大型泥石流,河床抬高十余米,形成堪塞湖一6-26)不仅淹没路基,并将施工单位项目部淹没(图。蟹子沟在震后曾经爆发过次泥一石流。距蟹子沟250m远的香家沟是条潜在泥石流沟,也对道路构成威胁。两条邻近3泥石流沟共计有松散物质401万m。一与公路同侧的泥石流也不同程度的阻塞河道,,抬高河床掩埋损毁公路。此外,些发生在河谷另一侧的泥石流流入河床,压缩河道。当水流通过这些狭窄的过流断面时,一水流提高其过流速度并转向公路侧,。由于水力条件的改变公路路基发生水毁灾害。(a)2010年8月13前(b)2010年8月13后,泥石流沉积物掩埋隧道出口-2520图610年8月13日前后南华南华隧道洞口m:4I匿'驾6-26框塞湖淹没重建工程项目指挥部 第m页西南交通大学博±研究生学位论文地震时,岩体中的不连续结构扩展,岩体裂解,大量块体堆积在陡峭的坡体上。这些岩石块体为泥石流的形成提供了丰富的松散固体物源。泥石流启动的临界雨量明显低iwti于震前水平,容易在暴雨状态下形成大规模的泥石流。V型谷沟谷狭窄,容量小,搬,,运能力不足,泥石流很难被搬运并堆积在河道形成瑕塞湖,抬高水位,改变水力条件,对V型谷道路造成巨大的危害。614.1.重建工程调整线路设计一由于震后坡体残留大量松散物质,在段时间内河床还将齡高,河道清理操作难度较大,即使清理后,河道也极易再次齡积。针对泥石流和河床游积抬升而淹没公路的灾害,需大幅度提同线路标局。,该段调整的路线方案W隧道为主由于主要灾害集中在映秀至耿达段V型河谷,在耿达至邸龙段仍基本沿原有道路案见图6-18。,调整线路方映秀至耿达段,主要地质病害集中在两段,,,。起点至K7段距离震中仅3公里,次生灾害极其发育灾害集中调6-24整线路新设隧道绕避瓦司沟、肖家沟、蟹子沟、香家沟(图),该方案绕避所有灾害点,抗灾能力强,受山地灾害和河床渺塞抬离影响小。K10至K18段为全线地形最狭窄的路段,支沟发,次生灾害极,,懼塞湖梯级分布育较多其发育设隧道绕避大阴沟、上盐水沟、烧香沟、大水沟、油桌坪沟等灾害路段。其余路段则合理抬高路基、疏竣河道,治理病害,仍基本利用原有线路。6.3丄5重建线路选线设计原则S303映秀至卧龙公路的恢复重建工程启动较早,在重建王程规划时,公路部口只负责路域W内灾害的防治,对路域W外的地质灾害不够重视。同时,由于设计人员对震后地质灾害的演变过程不清楚,没有对震后继发性泥石流的发育条件、发展趋势、规模及,对泥石流输移泥沙粮高主河河床的龄积量缺乏科学计算时间延续性的清楚认识,未能及早发现灾害风险。重建工程没有充分考虑泥石流对公路的危害外,更没有考虑到泥石流堵塞主河后的巨大次生灾害,致使重建工程基本报废。一震后恢复是个长期的过程。全面的震后恢复包括自然、经济和人口的恢复,其中,1uwu自然恢复是后两者的基她胃气地震后iw自然环境恶化,尤其是山区河谷地带。强震后最初的几年是震后灾害的高发期,由于大量的固体松散物质,大规模地质灾害不断发生。对强震受损灾区,震后灾害的高发期不适宜进行工程建设,送在S303线恢复重建工程中得到了沉重教训。但畅通的交通是促进震后全面恢复的基础建设,为确保交通顺畅,损毁的干线公路在震后灾害高发期易采用便道通车。恢复重建工程应在震后灾害高发期之后进行,由于公路行经区域震后次生灾害极为发育,基本稳定需要数年,而完全稳定则需要数十年,震后线路工程的建设不可能彻底避开或治理所有灾害,达到绝对安全的程度。重建工程应W震后次生山地灾害防范为主指导选线设计,在地质选线框架 西南交通大学博±研究生学位论文第1巧巧下,注意震后次生山地灾害的特点。根据震后S303重建线路王程的典型案例,可W得出震后重建线路选线设计原则。1.重建线路选线设升原则(1)线路重建工程宜缓,特别要避开震后山地灾害的高发期。干线公路在震后地质高发期易采用便道通车。(2)地震中较完好的路段,具有较好的抗灾能力,重建工程宜尽量利用。(3)对震害特别严重的路段,不应再利用原来的线位,选线设计应W防范震后山地灾害、提高线路抗灾能力为指导思想。(4)落石是震后最普遍、持续时间最长的灾害,应设计落石防护措施减轻灾害损失,大规模的落石灾害应采用隧道绕避。(5)河谷两岸地震后发生滑坡、崩塌而造成偃塞湖的地段,应评估其淹没和堵塞体溃项?,合理确定路线高程的影响范围、桥位及桥梁跨径。(6)当可能因发生滑坡、崩塌而改变河流流向,影响岸坡及路基安全时,应采取必要的防护措施。2.震后重建时机的讨论一强震后区域地质环境恶化,地质灾害将进入个活跃期,工程建设应避开地质灾害频发的活跃期。但震后山地灾害的发展趋势、区域地质环境的恢复过程属世界性难题,震后工程建设时机难W把握。W往国内外地震地质与地震震害的研究表明在X,活跃期可、XI度地震烈度区一一能持续5年,因此植被覆盖程度在。植被能有效的防止水止流失定程度上反映了这一twHiwww活跃期。些研究数据表明,植被恢复过程需要几年或更长时间。随着时间的推移,不稳定斜坡的数目和活跃性下降,但仍然需要足够的时间才能恢复到震前水平。,在X,滑坡需要十年时间而泥石流所需时间更长。、XI度地震烈度区破坏性大地震后,由于岩±体结构遭到破坏,山体斜坡状态极不稳定,外界环境的,极易诱发大量的崩塌变化、滑坡、泥石流等山地灾害。山地灾害活动的时间滞后持续效应可能长达十年W上。在此期间新建工程将大量遭受山地灾害,风险较大,工程可能被毁,震后重大重建工程宜缓建。根据巧川地震震后三年的观察,IX度及IX度区W下的一地震烈度区,地震时岩王体受到定程度的损伤,在震后设3年内,坡体表层失稳现象相对增多,但大型灾害形成的基本条件未发生显著变化。因此对非极震区震后重建工程可照常进行,其工程规划设计也可按正常程序和规范执行。""6.3.2生命线工程选线设计原则""本文认为,线路的主要功能是,生命线,对乡镇W上的居民点或政府机构在遭受大灾时,能够保障抢险救援人员及物资的运输,W及为灾区人民提供基本生活必需品 第116页西南交通大学博±研究生学位论文""运输的通道。根据工程的作用、定位、技术及造价等因素,具有生命线意义新建公路选线设计原则如下:(1)在廊道上与既有线分开,保障主要成灾模式也与既有线不同。(2)降低线型标准,不考虑平时运输能力,尽量采用简易工程,节约造价。—一(3)般不布设难W修复的重大工程,若必须布设时,宜提高个抗震设防等级进行设计。(4)兼顾沿线居民出行需求和经济发展的要求。W下W震后新建蒲化公路为例进行述评:"5-.ir汉川地震发生之后,虹口乡与外界联系的两条公路同时中断(都江框市紫----口),。经过抢险人员8天的抢险坪铺虹口蒲阳向峨,开,都江框市虹虹口成为孤岛一生命通道通了都江框市经紫坪铺至虹口这,但只能在交通管制下勉强维持通行。震前,都江偃市经紫坪铺至虹口的白八公路是虹口乡对外联系的极为重要的通道,承担了虹口乡几乎全部进出物资和人员往来的运输任务。震后白八公路多处因山体滑坡、路基下沉,原路受损严重,尤其是峡谷地段,地震造成公路上方岩体崩塌,崩塌高度约500m的坡面破,山体破裂、崩塌堆积岩石和危岩极易产生滚石和飞石碎形成危岩,随时可阻断道路通行,严重威胁过往车辆和行人的安全。原道路修复难度极大、修复周期长。一另条由都江張市经蒲阳镇、向峨乡至虹口的公路标准低、路况差、绕行距离长,巧川大地震对这条路破坏也很大,要恢复通车也相当困难。道路的通行问题严重阻碍、制约一"生命线"了虹口乡的震后重建和社会经济恢复。因此,决定新建条虹口乡具有意义的对外交通通道。新建线路为蒲(阳)虹(口)路,公路起于蒲阳镇金凤(高程723m),利用有利地形顺山势采用自然或回头展线升坡,翻越卡子班口(高程1444m)后顺山势展线而下,一98m)-止于虹口乡东场口贾家沟(高程为9,是条越岭线(如图627)。与沿白沙河行经的白八公路相比,蒲虹路不受沿河线河谷地质灾害的影响,不易遭受大的震害,保障了主要成灾模式也与白八公路不同,。为了使线路布设尽可能顺应地形降低工程对自然环境的破坏,H级公路、设计,采用受灾易于修复的简易工程降低王程造价,总体按行车速度30km/h(回头弯道为25km/h)的技术标准进行设计,局部困难路段适当降低线形标准,甚至采用平、纵面线形的极限指标值。全线采用了19处回头弯道,最小回头一一弯道平曲线半径20m/12处;6处般平曲线(不含回头弯道)半径小于30m,最小般平曲线半径24.5m/l处。路线总长23.8041on,路线增长系数3.3,平曲线总长16.067km,67.5全线均是路基工程占总里程的%。除两座13m的跨水沟小桥外,边坡最大开挖高,度20m/l处,并进行了防护设计,由于没有中、大桥等大型工程,即使地震受损,全线也能很快修复通车。 西南交通大学博±研究生学位论文第117页""蒲虹路是按照生命线意义规划设计的,由于线路特殊的性质,决定了线路没有一良好的营运条件,沿线多雨雾。在线路迹口路段,,没有注意山区的气候环境线路侧一一是悬崖高挡墙。旦发,另侧是削方高边坡与全线其它路段盘山线路不同,迹口路段生灾害断道,,没有可绕行的便道,是线路的控制性路段。此外由于震后施工的影响,一也诱发了滑坡灾害,公路回头弯正在滑坡前缘通过,公路受到滑坡的严重威胁。为了-,628。绕避该滑坡,公路该回头弯再次降低了曲线半径如图講图6-27蒲虹路与白八公路地理位置-28图6为绕避滑坡公路再次减小曲线半径到15米6.4本章小结1)(震后线路抢险保通的基本原则是对线路通行有较大影响的变形过大或局部破坏结构,采取简单有效的临时加固措施,维持道路通行,提高线路通行能力。对路基挡墙主要采用加固坡脚,对地基不稳定工点,需治理滑坡。(2)对震区典型路基工程的修复处治工点5年的跟踪调查分析,在总结工程案例的基础上提出基于震害机理的震损工程修复重建设计要点。捜墙震损主要有倾斜变形和滑移变形两种模式。倾斜变形挡墙震后仍为挡±墙工点,采用横向加固措施可有效地控制变形发展,并能将挡墙整体稳定性和基地应力恢复到规范要求;整体滑移变形挡墙可能 第118页西南交通大学博±研究生学位论文己转变为滑坡工点,需根据变形位移判断是否已发生转化,从而按滑坡制定处治方案。(3)对在原有线路廊道上恢复重建的线路工程,需避开地质灾害窩发期,重建工程应W震后次生山地灾害防范为主指导选线设计,在地质选线框架下,注意震后次生山地""灾害的特点。震后新建生命线工程,应在廊道上与既有线分开。 西南交通大学博±研究生学位论文第119页结论1论文的主要工作及结论论文在纹川地震,W大地震风险调控为指导思想,、芦山地震大量震害调查的基础上基于地貌演化理论,分析了山区线路工程的主要地震成灾模式,运用构造地貌理论,综合分析了活动断裂塑造的地貌格局和强震灾害效应,研;根据地震波动理论与实震资料,究了地震波传播的地形效应;根据断层活动特点研究了相应的线路减灾设计方案,从而开展了高烈度地震区新建线路从廊道选择到个体设计的环节选线技术的研究。针对震后成灾环境巨变,次生山地灾害频发的特殊情况,论文研究有关震后线路工程修复与重建技术等,论文系统研究了高地震烈度山区选线设计与风险综合调控,取得了如。综上下主要结论:(1)路基工程破坏并不严重,而且易于抢通。山地灾害是造成线路工程破坏的最大因素,山地灾害对线路工程的影响远大于工程直接震害,边坡防护工程能有效减轻山地,灾害对线路的影响,但山地灾害的发生往往始于山脊线附近的对线路造成巨大损失的山地灾害发生在路域W外,对山地灾害的预防(防治)不能单纯依靠工程措施,应该在—线路设计的源头选线阶段从减灾的角度来考虑。线路通过发震断裂,任何加强工程结构物抗震能力的措施都难W抵抗大地变形问题,应通过选线阶段的策略来减轻震害损失。(2)路堤工程主要震害特征是路堤边坡上部拉裂、下部鼓张变形,且震害现象多发生在护坡平台上方边坡。地震作用下线路填挖交界处损伤最为严重,往往产生纵、横向开裂,错动等现象。挡墙工程的震害模式主要有外倾变形、滑动变形两种整体性失稳破坏,W及墙体水平向凸出变形、开裂等局部性破坏。地震烈度、挡墙材料、墙高、线路走向是影响挡墙震害程度的因素,随着地震烈度的增加,挡墙的震害模式由倾斜变形向倾覆倒塌发展。挡墙的整体变形模式与地基基础密切相关,岩基挡墙发生倾斜变形,±基挡墙发生倾斜和滑移变形。随着挡墙高度的增加,王压力作用点整体呈下降的趋势;岩基上的挡墙随地震烈度的増加,±皮力作用点整体呈上升的趋势。地震作用下边坡防护工程变形破坏伤损程度与错固防护边坡的错杆(错索)长度成正比的。地震边坡的破坏模式表现为上部拉破坏和下部剪切破坏,坡体上部震害比坡体下部严重得多,边坡防护工程抗震设计的关键点之一是控制边坡上部张拉裂缝的形成与发展,震后损伤错固防护边坡的危险部位也是坡体上部。一(3)断裂构造盆地在地形陡峭的山区往往形成系列宽谷或线状分布的开阔地形,既是自然演化的经济据点和交通廊道,也是铁路应利用的有利地形,还能有效减轻铁路 第120页西南交通大学博±研究生学位论文服务期内的山地灾害。逆断层下盘烧曲盆地、正断层上盘断陷盆地、走滑断层断階盆地和拉分盆地,,均是铁路廊道方案可利用的地貌单元。综合考虑地震风险和地形条件对,,线位可选择在下盘的盆山过渡区域,铁路逆断层;对正断层由于该类断层震级不大一可沿正断层上盘断陷盆地布线,般,并采用工程抗震设计抵御地震风险;对走滑断层有平直地形可利用,可实现W简易工程通过走滑断裂带的减灾策略。(4)区域性地震动的强弱程度与海拔高程并无密切的关系;宽厚山体或大地势台阶也不存在明显的地震动沿高程递増的规律性。在铁路选线确定大段落线路高程时,可不一考虑高程放大效应,但般不宜采用山脊线方案。体波的直射和反射使背坡面易于产生,因此易在背坡面产生大规模的崩塌灾害,且面顺坡向的裂隙:迎坡面更易于形成面波。波不易于传出迎坡面,因此在迎坡面产生表层塌淆灾害当坡体两岸条件相同时,在体,,波占地震波主要能量的近场区,线路应选择迎坡向在面波占地震波主要能量的远场区线路应选择背坡向。峡谷地形在空间上能有效阻断高频成分民ayleigh波的传播,地震波一一在峡谷入射侧振动强烈,在另侧减弱。选线通过峡谷地形时,根据活动断层与峡谷一侧之间的相对位置,应避免选择峡谷入射方向的。(5)当线路必须通过活动断裂带时,应采用新建工程造价低、损毁后宜修复的路堤、浅路蟹、短隧、低桥等简单易修复的工程形式。大地形变将导致断层两侧线路发生错断,,线路宜W大曲线半径通过断层为使线路恢复的工程量最小,地震后可通过减小曲线半一径的措施恢复线型要求;若不降低原线路设计水准,在线路设计时,曲线外移变形侧需预留S长度的直线段,,;不宜W直线段通过断层若W直线段通过断层也应在断层附一近设曲线。对于断层蠕滑问题,认为在线路空间定线时不构成控制性问题,可放在工程布设和工程设计环节予W考虑,最好,。建议强蠕变区跨断裂带W路堤工程通过按有確轨道设计。(6)震后线路抢险保通的基本原则是对线路通斤有较大影响的变形过大或局部破坏结构,采取简单有效的临时加固措施,维持道路通行,提高线路通行能力。对路基挡墙,对地基不稳定工点,需治理滑坡主要采用加固坡脚。挡墙震损主要有倾斜变形和滑移变形两种模式,。倾斜变形挡墙震后仍为挡±墙工点采用横向加固措施可有效地控制变形发展,并能将挡墙整体稳定性和基地应为恢复到规范要求;整体滑移变形挡墙可能已转变为滑坡工点,需根据变形位移判断是否己发生转化,从而按滑坡制定处治方案。对在原有线路廊道上恢复重建的线路工程,需避开地质灾害高发期,重建工程应W震后次生山地灾害防范为主指导选线设计,在地质选线框架下,注意震后次生山地灾害的特点。"生命线"震后新建工程,应在廊道上与既有线分巧。2论文的创新点论文的主要创新点如下: 西南交通大学博±研究生学位论文第121巧(山区线路利用构造盆地的工程案例,但尚未见到有从理论层面对1)目前,虽然有这些工程实践合理性进行论述的文献,。论文基于构造地貌理论通过对活动断裂塑造的地貌格局和强震灾害效应的综合分析,:对逆断层提出,线位可选择在下盘的盆山过渡区域,由于该类断层震级不大,对正断层,铁路可沿正断层上盘断陷盆地布线并采用;一工程抗震设计抵御地震风险对走滑断层,般有平直地形可利用,可实现W简易工程;通过走滑断裂带的减灾策略。为山区线路走向方案合理利用构造盆地提供了理论依据。(2)长期W来,选择对线路有利部位通过是线路定线的基本原则。地震波在山区的复杂传播过程,使山区各地地震波响应有巨大差异。论文基于地震波动理论,针对选线关也的地貌单元和空间尺度,根据地震波传播的地形效应研究对线路相对有利的部位。一提出:在确定大段落线路高程时,可,但般不宜采用山脊线方案不考虑高程放大效应;在体波占地震波主要能量的近场区,线路应选择迎坡向,在面波占地震波主要能量的远场区,线路应选择背坡向,,:线路通过峡谷地形时根据活动断层与峡谷之间的相对位置一侧等应避免选择峡谷入射方向的。发展和细化了高地震烈度山区地形选线理论。(3)大震之后,对地震受损线路进行快速修复和重建工作,也是减灾的重要环节,一但汉川地震前,相应技术的发展直未得到重视。论文在汉川地震后5年加固修复挡墙工程运行状态追踪调查的基础上,结合理论分析,提出基于震害机理的震损挡墙工程修复设计要点;倾斜变形挡墙震后仍为挡±墙工点,采用横向加固措施可有效地控制变形发展,并能将挡墙整体稳定性和基地应力恢复到规范要求;整体滑移变形挡墙可能己转变为滑坡工点,可根据整体滑移变形量快速判断是否己转化为滑坡工点,从而按滑坡制一,项基于震害机理的工程修复技术案例性研究定处治方案。挡墙工程为例完成了。3问题与展望(1)选线源头规避与线路工程全寿命周期统筹防控风险,实施线路工程减灾总体设计,是最先进有效的抗震减灾模式。也是高烈度地震山区铁路公路减灾理论与技术的发,同时对工程设防展方向。本文研究W高地震烈度山区定线为主线、抢险保通等风险调工程全寿命周期统筹防控风险的一控手段也有所涵盖,但对于线路些重要手段,如监测,工预警等,尚未涉及震后抢险修复技术也只W路基挡墙为例开展了研究,其它;此外程类型没有涉及。这些问题导致论文研究的系统性、還辑性尚有不足。如何建立高烈度一地震山区线路工程总体设计理论,应是进步发展的方向。(2)论文的研究是在汉川、芦山地震实震资料的基础上进行的,汉川、芦山地区均,还有待更多场地属于龙口山地震带,这两次大地震呈现的现象是否具有普适性的规律震实震资料的检验。 第122页西南交通大学博±研究生学位论文致谢本文的研究工作是在导师姚令侃教授的精也指导下完成的。在论文的选题、研究、撰写与定稿等各个阶段。在攻读博±学,导师都付出了大量的精力,给予了具体的指导位期间,导师对我的学习、生活和做人等方面都给予了亲切的关怀、热情的帮助和淳语的教诲。导师渊博的学识、,严谨求实的治学态度,W及对科学问题敏锐的洞察力,都。!将使我受益终生在此,谨向导师姚令佩教授表示最诚挈的敬意和衷也的感谢邱燕玲二零一五年五月于西南交大 西南交通大学博±研究生学位论文第123巧参考文献""-1.5姚令侃,陈强12汉川地震对线路工程抗震技术提出的新课题的.四川大学学[]-,2009()4350报(工程科学版),413:.[2]XuQ,FanXM,Huan呂民Q,etal.Landslidedamstriggeredby也eWenchuanEarthquake,SichuanProvi打cesou化westChina.BulletinofEnineerinGeoloand出e,y]gggyEnv200968373-386ironment:.,,[3CuiP,ZhuY,HanY,etal.The12Ma2008WenchuanEarthuakeLakes;Distributionand]yqRikEvaluatJLs-sionlides20096209223.,and:[],,[4]陈晓清,崔鹏,程尊兰,等.5.12渡川地震瑕塞湖危险性应急评估[叮地学前缘,2008,4-249154:24,()5PariseMJ.Aseismscetatn化son民Wiclandslidesu化ilityriofeoloicunitsbasedon[],pggganalysisofcharacteristicsoflandsHdestriggeredbythe17January,1994Northridge,earthuakeJ-Califbmiaq[].EngineeringGeolo,2000,58:251270.gy口)[6]KeeferDK.LandslidesCausedbyEarthquakes[J].GeologicalSocietyofAmericaBulletin,954406-42巧84:1.,()7WanaHlRSassaKGFukuok.AssessmentofLandsideiskDurinEarthuake/Rainfallon[,g,呂q]PIttA2004UrbanAreasJ.DisasterreventionResearchnstiuennualsKoU)Universit[],yy,,47C-:93115.()8V*anDenEeckhautMPoesenJGoveisGetal.Characteristicsofl:hesizedistributionof[],,,recentandhistoricallandsHdesin幻oulatedhillreionJ.EarthandPlanetarScienceppyg[]y88-603Leters20072563:5.,,()-9ReficeACao.PttttlonoDrobabilisicmodelinofuncerainiesinearhuakeinduced[],pggq-landslidehazardassessmentJ.Comuters&Geosciences2002286:735749.[]p,,()10良eahanW.ThefieldpracticeofrailwaylocationM.NewYork:TheEngineeringnews[][]ublishingcoman1904.ppy,11EHtrt.NMcHenr.RulesforrailwalocationandconsucionMewYork;TheEnineerin[]yy[]ggnewsublishincoman1903.pgpy, 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西南交通大学博±硏究生学位论文第1引页26insueezi打rockte良olutunneAnatoanotorwauJ1SuleymanD.了unnelinghlliMrke.[]qg,,y,了y[]En-ineerinGeolo672002;7396.gggy,()[127]RussoM,GermaniG,AmbergW.Designandconstructionoflargetunnelthroughactivefaults:arecentapplicationC.InternationalConferenceofTunnellinandUnderround[]ggSaceestanbule-ctobeUs.ITurk1618Or2002.p,y,-128DavisWM.Theeorahicalccle?GeorahicalJournal.189914:481504.[]gpy阴gp,g,129Pe打ckW.Morphologicalanalysis〇nandformsM.NewYork:StMartinsPressl%3[][],ackJDnamiceui邮riumandlandscaeevolution:ehomema民[130]HT.yqp[C].InMlWN,FllC.sofandutonoston-eckmevo:AenandUnwi打11.Theorielfbrli.Bll975:8702.,-131KooiHBeaumontC.Laraleeomorholo:classilctsreciledand[,sccaonceonc]gpggypiriterratedwithcontemorarideasviaaurfacerocessesJournalofGehsilgpysoycapp-%民esearch.1996101336:133.,132姚令侃,黄艺丹,杨庆华.地震触发崩塌滑坡自细织临界性研究J.四川大学学[][]0-4报(工程科学版)?210,42(5):333.[133]李勇,黄涧秋,DensmoreAlexander,等.奴川8.0缀地震的基本特征及其研究进工程科学版-展机.四川大学学报2009413725.,,;()()s80地震重[134许冲,戴福初,陈剑等.200乂汉川M.灾区次生地质灾害遥感精细解译]化遥[54-762感学报典4可.135殷跃平,张永孤马寅生,.青海玉树Ms7.1级地震地质灾害主要特征化工[]等-,20101;.程地质学报,83289296()136许冲,徐锡伟,于贵华.玉树地震滑坡分布调查及其特征与形成机制阴.地震地[]20-1247质,341:62.,()[137田连权.四川炉霍地震泥石流[C]//泥石流(3),重庆;科学技术文献出版社重庆]-%:分社,165866.138中国地震局地震现场应急工作队.玉树7.1级地震断层地表破裂带和地质灾害调查[]--R/OLtt.16报.h://wwwmlr.ov.cn.20004:2.[]pg39,,..[1]孙毅向波,杨小松等小直径钢管排粧支挡结构抗滑机理及工程应用路基工20-12(3).程,,:5760—铁道第二勘察设计院TB10025:1402006铁路路基支挡结构设计规范中国铁[]脚北京道出版社2006., 第132巧西南交通大学博±硏究生学位论文二-14.订GD302004公路路基设计规范公路勘察设计研究院.北京:人民交通[U中交第间出版社,2004.142.姚令侃J?王景梅,杨明汉川震区路肩墙抗震能力检算与震害机理分析重庆交通大[],[]-.201029619924学学报(自然科学版):9.,()143.EffectsofuakesondtJ.Gt1965NewmarkNMearthamsandembankmenseoechniueq[]q,,[]-152:139160.()144J化so打民WKeeferDK.Analsisof1;he%ismicoriginoflandslides:examlesfroml:he[],ypNew-MadridseismiczoneJ.GeologicalSocietyofAmericaBulletin1993105:521536.[],,145J化so打民WHarLMichaelJM.Amethodforroducindiitalrobabilisticseismic,[],p巨pggp-landslidehazardmasJEiG200058271289.打打eerineolo:.p[]gggy,,NM-146AmbrasesNenuJMEdulat.E.arthuakeincedrounddiscemensarthquake[]y,qgp^]-tturalDnams11.EnineerinandSrucic,19886:985006ggy,147Roberto民.Seismicallyinducedlandslidedisplacements:are出ctivemodeJ.Enineerin[]p[]ggeo-Glogy200058:337351.,,4M.s8.0地震四川及邻区数字强震台网记录岩石力学与工。引周荣军,赖敏余稱等汉川00299185-1858程学报町21,():0.149DB51T5059-2008(试行)成都市建设委员会..四川省建筑抗震鉴定与加固技术规程[]S.成都:四川省建设厅2008.[],150四川省交通厅化川地震灾后公路恢复重建技术指南阀.北京[]:人民交通出版社,2008.5Pav.EveNVAMG11looulosKlidou.assilooulos.aineomorholoical[]pppppgpgEnvM--ironmentsBern:SnerVerla2009:.liprigg5066.[],-152StrahlerAN.HsometricareaaltitudeanalsisofeosonaltooahJGeolocalypyripgrp.gi[]()y[]So-cAmericaBulleti13111ietyofn9526:1171142.,,()153SchummSA.GeomorhicthresholdsandcomlexresonseofdrainaesstemsJ.Fluvial[]pppgy[]-eomorholo19736.:6985gpgy,,[154]CuiPeng,ChenXiaoqing,ZhuYingyan,etal.TheWenchuanearthquake(May12,2008),Na-SichuanrovinceChinaandresultineohazardsJturalHazards1561;16p,,gg[.20193.],,()155VlM-aleoLGFerrerMGlidonCRC615.eoloicaenneerin.Lon:Press2011:613.[]j,ggg[],156TaoMinLiX化inLiWuChenin.Charac化risticsoftheunloadinrocessofrocks[]g,g,gqggp-underhtttat201245.ihiniialsressJ.ComuersndGeoechnics:8392g[]p,, 西南交通大学博±研究生学位论文第133页tttr157XiaMinRenGuanmin.CharacerisicsandmechanismofC0打cenatedunloadinin[],gggbanksloeofYanuhdroowerstationJ.Journalof也eGeoloicalSocietofIndiapgqyp[]gy^4-201382:421429.,()15FairhurstC.Astoftlktlt8WawersikWRudbriterocfracureinaboraorcomression,yyp[].Internat1exerimentsionalJournalof民ockMechanicsandMininSciences9707:p^]g,,口)-561575.MXTtt159iaoJinliJiauenaChenChen.hefailurecharaceristicsofranieundertruetriaxial[,,]ggg-unloadinconditionJ.ProcediaEnineerin201126:16201625.g[]gg,,160Yi打ZhiianLiXibinJinJiefanetal.Failurecharacteristicsofhihstressrockinduced[]qg,g,g,gbyimactdisturbanceunderconfininressureunloadinJ.TransactionsofNonferrouspgpg[]M-etalsSocietofChina201222:175184.y^,y)[161]HuaAnzeng,YouMingqing.RockfailureduetoenergyreleaseduringunloadingandacationtounderroundrockburstcontrolTunnellinanderroundpplig[J].gUndgSpaceec20011-Thno:2logy641246.,,2TaoMinLiXibi打LiDiuan.Rockfailure3D16inducedbdnamicunloadinu打derg,[],gyyyg-stressstateJ.TheoretlFM2013icalandAiedractureechanics65:4754.pp,,[]163ShiehCLChenYSTsaiYJetal.VariabtRThDFiliinainfallresholdforebrislowafter,,,]y[-ChiEt;CtrlTiChinttilJlfSedimt化eChiarhuakenenaaa.Iemao口aournaowannenq,口]R241-1esearch2009.:7788,,1HH-64aashi.LontermDteRPocesses:LessonsLeanedfromthe1995Kobeisasrecoverrr[]ygy-EarthuakeC.InternatEtThFitAnniversarqionalConference0打arhuakeE打ineeri打ers[]qg呂yofenchuanEarthuakeenu-12Ma2009-.WqCh,9,670676,gdyM-165FrazierAERe打schlerCSilesSB.EvaluatinPostdisasterEcosstemResilience[],,gyusingMODISGPPData[J],InternationalJournalofAppliedEarthObservationandeo-Ginformation201321;4352.,,[166]WangZY,CuiP,Wang民Y.MassMovementsTriggeredby化eWenchuanEarthquakeandManagementStrateiesofuakeLakesJ.InternationalJournalofRiverBasingQ[]anaemen-t20097:391402.Mg,,[167]DiBF,ZengHG,ZhangMH,etal.Quantifying1;heSpatialDistrib加onofSoilMassWastingProcessesafterthe2008EarthquakeinWenchuan,Ghi打a:aGaseStudyoftheL-onmenshanAreaJ.Remot:eSensinofE打vironment2010114:761771.g[]g,, 第134页西南交通大学博±研究生学位论文鹏,何思明,姚令侃..16,等没川地震山地灾害形成机理与风险调控[M]北京:[糾崔-科学出版社.2011;173174.69LinWTLinGYChouWC.AssessmentofVeetationRecoverandSoilErosionat口],,gyLandslidesCausedbaCatastrophicEarthuake:aCaseStudinCentralTaiwanJ.yqy[]cai-EcoloilEngieerin200628:7989.gig,,Chou-70LinWCl.VRreuCYLoHMetaeetationecoveAssessmentatthJouJo口,],,gyMoimtainandslidereaCausedbhe921EarhuakeinCenalaiwanJ.EclilLAytttrT[]oocaqgMode-llin2004176:7581.g,,17LinWTChouWCLinCY.VeetationRecoverMonitorinandAssessmentat[。,,gygLandslidesCausedbEarthquakeinCentralTaiwanJ.ForestEcoloandManaementy[]gyg,20052-10:5566., 西南交通大学博±研究生学位论文第13S页攻读博±学位期间发表的论文及科研成果1.攻读博±学位期间参加的科研工作"—1铁道部科技研究开发计划课题高速铁路勘测设计技术深化研究复杂艰险山区高[]"(2011G011-速铁路选线理论及技术评价体系研究编号:A),主研,负责高地震烈度山区减灾选线技术研究。"[2]国家重点基础研究发展计划(973计划)项目震后次生山地灾害的活动特点与形成""规律研究(编号:2008CB425802)中子项目纹川地震区次生山地灾害活动特征"与分布规律,主研,负责汉川地震次生山地灾害和线路工程损毁调查分析。""口铁道部科技研究开发计划项目铁路路基工程抗震设计标准与方法研究(编号:]2008G010-A),主研,负责路基工程震害调查、路基工程抗震设计方法的研究。""[4]国家自然科学基金重点项目川藏交通干线环境灾害演化规律及工程风险(编号;41030742),参研,负责沿线高地震烈度地区线路方案研究。"铁道部科技研究开发计划课题工程前期关键技术研究—5川藏铁路灾害类型及其特[]"1-B(,征调查研究编号:201G019),参研负责高地震烈度地区线路灾害特征及线路方案研究。""6国家自然科学基金面上项目地震触发崩塌滑坡自组织临界性及其判据(编号:[]41172321),参研,负责数值分析。2.攻读博±学位期间发表的论文1邱燕玲,姚令侃,朱颖,魏永幸.高地震烈度山区铁路减灾选线技术[化西南交通大学[]144972-0150200409070)学报,206:9W0.(EI:2,()2,姚令侃,邱燕玲魏永幸.青藏高原东缘进藏高等级道路面临的挑战[化西南交通大学[]09-20124815724251)12475:71734.(EI:学报,2,()[3]邱燕跨,姚令侃,徐光兴.基于震害机理的挡墙工点修复处治技术[可止木工程学报,201346l160-165(EIsu:20132816484559);.,(pp)4YanlIULinYYCttSeHi-uanVinkanaouan,haracerisicsofismicazardnashaed[]gQ,g,QpValleyandHazardMitigationMethods[J].Ope打JournalofSafetyScienceandTechnology,-%20155227.:,()5(1邱燕玲,姚令侃.峽谷地形隔震效应及减灾选线对策[J.铁道标准设计2015年1月[]]待刊) 第136页西南交通大学博±研究生学位论文.6邱燕挣.纹川地震路基挡墙震害特征分析[J]重庆交通大学学报自然科[],姚令侃,秦伟(巧6-学版).2010巧4巧1.,():7.J.]朱宏伟,姚令侃,蒋良潍,邱燕玲考虑变形影响的重力式挡墙地震±压力分布[]岩[-±工程学报:60.201335㈱1的51044.(EI;201327164711),巧邱燕玲刘兆生.高烈度地震区岩止体边坡崩塌动力学特性研究内.西]杨庆华,姚令侃,,-北地展学报.2011331:333义,()秦伟.9,姚令侃良潍,邱燕玲地震作用下岩质地基措墙±压为变化特性数值分析化[],蒋-:交通科学与工程.20112712328.,():口0]罗圆,姚令佩朱颖,邱燕玲.基于超标地震风险分析的铁路方案评价模型化世界地震工程.(录用待刊)