基于構造地貌學的山區(qū)孕災環(huán)境分析及線路工程減災策略.pdf

1、中國鐵路工程經(jīng)過上百年的發(fā)展，意識到只有在方案比選階段重視區(qū)域地質環(huán)境，才是確保工程安全、節(jié)省投資的最終途徑。這就需要在幾百乃至上千公里地域上高效、低成本地獲取區(qū)域性的特征信息、評價區(qū)域地質環(huán)境。構造地貌學是研究地球內(nèi)動力作用形成的或直接受地球內(nèi)力作用控制的外力作用所形成的地表形態(tài)特征及其發(fā)生、發(fā)展、結構和分布規(guī)律的科學，可以在大型和中型的地貌尺度上研究地貌的輪廓、形成機理和區(qū)域分異，這正是一種與鐵路選線廊道選擇方案階段研究尺度相匹配的

2、學科。因此，在大面積選線和線路原則方案比選時引入構造地貌學理論與方法是鐵路勘察設計的技術發(fā)展方向之一。本文即在構造地貌學的時空尺度上，配合航衛(wèi)片、遙感解譯與ArcGIS等技術，通過案例性的研究，分析區(qū)域孕災環(huán)境、進行災勢預測、提出減災選線策略。主要內(nèi)容分為以下幾個部分:
　　(1)首先從構造運動的角度介紹了構造地貌的形成過程及中國的地貌格局，其中來自印度板塊的作用力是中國大陸及中亞新生代構造變形的主要動力來源，內(nèi)動力是系統(tǒng)的，穩(wěn)定

3、的，而外動力則是隨機的。地球內(nèi)動力作用在地表山體中產(chǎn)生的力學效應是結構應力釋放和結構松弛，與外動力作用的剝蝕，搬運和沉積的作用方式是相互促進的、相互耦合的。我國主要山地災害的區(qū)域分異總體上與構造活躍性一致，西強東弱。在不同的氣候區(qū)劃區(qū)則強化了特定災種的嚴重性，內(nèi)動力對災害分布有控制作用。
　　(2)基于地貌循環(huán)理論，論證了在一個地貌發(fā)育循環(huán)周期內(nèi)，流域谷坡將經(jīng)歷向臨界坡發(fā)展、到達臨界坡、偏離臨界坡的演變階段，在降雨、地震等觸發(fā)條件

4、具備時，山地災害相應地呈現(xiàn)從發(fā)展到旺盛再到衰退的規(guī)律，這就是根據(jù)流域演化發(fā)育階段預測地震觸發(fā)崩塌滑坡危險性的原理。針對地貌循環(huán)理論假定整個流域同時發(fā)育的缺陷，提出了根據(jù)河床坡降指數(shù)（SL指數(shù)）的突變點劃分流域地貌單元的理念，從而解決了地貌侵蝕循環(huán)理論應用于復雜大流域的適用性問題。文中分別論述了通過地貌循環(huán)理論和河谷縱剖面指標法求得谷坡狀態(tài)的理論和方法，實震資料證明兩種方法均是正確的，只是精度不同?；诘孛惭h(huán)理論可以建立起一種與原則選線

5、階段精度要求相匹配的區(qū)域性地震觸發(fā)崩塌滑坡危險性預測方法，而河谷縱剖面指標法只適合定性的粗略判定。上述方法亦可為其它誘因的區(qū)域性山地災害危險性預測提供借鑒。
　　(3)優(yōu)化了區(qū)域地應力狀態(tài)評估方法，并將構造應力狀態(tài)應用到了崩塌滑坡優(yōu)勢方向的評估中?；诂F(xiàn)有的地應力評估模型，通過增加一個自變量（地震活動性參數(shù):b值）修正，修正后的模型在地震活動比較強烈的地區(qū)地應力評估精度得到明顯提高。基于蘆山地震的實震資料，提出自然坡體的優(yōu)勢方向是

6、決定崩塌滑坡方向的首要因素，但需考慮不對稱地形造成的坡向分異現(xiàn)象;基于對抗性原理，提出新構造應力場也是崩塌滑坡方向的全局性影響因素;地表最大累計加速度方向（可由地震臺站記錄獲得）也是其代表區(qū)域內(nèi)崩塌滑坡方向的影響因素。本文有關上述三因素對地震觸發(fā)崩塌滑坡方向的控制效應的認識，對于盲斷層型地震，可能是具有普適性意義的規(guī)律。
　　(4)冰川泥石流的形成是內(nèi)動力和外動力作用的共同結果，隆升速度控制了泥石流地形的發(fā)育程度。在強隆升區(qū)的邊緣

7、地區(qū)，河流強烈下切，原來的U型冰川槽谷正在向V型谷轉換，上游為U型谷，寬緩平坦，為泥石流的物源提供匯集的場所;下游為V型河谷，窄深陡峭，為泥石流提供流通區(qū)，是泥石流爆發(fā)的理想地形。地殼的隆升速度決定了U型谷是否向V型谷轉化及轉化的速度。年隆升速率＜2mm時，U型谷得到很好保存，不向V型谷轉化;年隆升速率＞2mm時，會向V型谷轉化，且隆升速率越大，轉化速率越大，冰川泥石流溝發(fā)育時間更短。原有的冰斗地形，成為天然的大面積匯水區(qū)域，也大大的加

8、速了大型泥石流地形條件形成的進程?；诘貧ぢ∩髮δ嗍鳒系牡匦胃脑?、冰期旋回對泥石流物源的影響、冰斗的陰陽坡效應對泥石流危險性的影響，提出了冰川泥石流孕災環(huán)境的評定標準。研究為冰川泥石流形成過程的認識提供了新的視角，并為冰川泥石流的發(fā)展趨勢預測提供新方法。
　　(5)針對冰川泥石流、冰湖潰決、雪崩這三類典型的冰雪災害，提出了海洋性冰川覆蓋區(qū)減災選線策略。在冰川泥石流嚴重地段，線路最好布設在陰坡;若遇到大型泥石流溝，需考慮堵河風險

9、。針對冰湖潰決引發(fā)主河突發(fā)洪水風險，應盡量采用高線位。在雪崩分布的地段，線路易布設在陽坡;可以通過明洞或者防雪柵欄防護。針對雪崩拋程對線路危險性的重要意義，本文基于山體崩塌和雪崩之間的異同點，以雪崩形成區(qū)面積、雪崩最大高差進行雪崩拋程預測。通過統(tǒng)計帕隆藏布江然烏-通麥段典型的溝槽式中等濕雪雪崩36處，認為等價摩擦系數(shù)與對數(shù)面積之間存在良好的線性關系，關系式為:Hmax=Lmax/0.1586 ln(S)+0.66454（相關系數(shù)為R2=