公路地质灾害监测预警和减灾技术

1、公路地质灾害监测预警公路地质灾害监测预警和减灾技术和减灾技术 王成华 研究员 孔纪名 研究员 中国科学院中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所水利部成都山地灾害与环境研究所2010年年10月月目目 录录1.公路地质灾害主要类型及与公路相互作用公路地质灾害主要类型及与公路相互作用2.山区公路危险性区划山区公路危险性区划3.山区公路地质灾害安全监测预警体系山区公路地质灾害安全监测预警体系4.山区公路地质灾害防御体系山区公路地质灾害防御体系1 公路地质灾害主要类型及与公路相互作用1.1 地质灾害及主要类型（1）什么是公路地质灾害 由于地质作用引起的公路路基、边坡、桥涵等设施的毁坏和对相关 人员生命

2、财产造成损失的灾害（2）地质灾害的主要类型常见的公路地质灾害类型崩塌滑坡泥石流地面塌陷地裂缝 1.2 泥石流灾害（1）什么是泥石流 指山区沟谷中，由暴雨、冰雪融水或库塘溃坝等水源激发，形成的一种挟带大量泥砂、石块等固体物质的特殊洪流。往往突然爆发，浑浊的流体沿着陡峻的山沟奔腾咆哮而下，山谷犹如雷鸣，在很短时间内将大量泥沙石块冲出沟外，在宽阔的堆积区横冲直撞、漫流堆积，常常给人类生命财产造成很大危害泥石流摧毁房屋和田地，51人死亡(四川丹巴，2003) （2）泥石流分区 汇水区（清水区） 形成区 流通区 堆积区（3）泥石流形成条件 陡峻的山坡沟道 充足的松散固体物质 强大的水动力条件(4)用沟谷

3、微小地貌形态变化进行泥石流发生条件判别用沟谷微小地貌形态变化进行泥石流发生条件判别 地貌发育阶段地貌发育阶段发展期发展期旺盛期旺盛期衰退期衰退期停歇期停歇期形态特征形态特征 山坡以凸形坡为主。形成区分散，并逐渐扩大，流通区较短。扇面新鲜，淤积渐快山坡从凸形坡转为凹形坡。沟槽堆积和堵塞形象严重。形成区扩大，有时较集中，流通区向上延伸。扇面新鲜，漫流现象严重山坡为凹形坡。形成区缩小，流通区向上延伸。沟槽逐渐下切。扇面陈旧，生长植物，植被较好全沟下切，沟槽稳定。形成区基本消失，逐渐变为普通山洪沟。植被恢复良好山坡块体运动山坡块体运动发展明显。多见新生沟谷，有少量崩塌、滑坡强烈发育，供给物主要来自崩塌

4、、滑坡、错落等，片蚀、侧蚀也很发育明显衰退。崩滑渐趋稳定，以沟槽搬运及侧蚀供给为主山坡块体运动基本消失滑塌面积率（）滑塌面积率（）1-101010-11单位面积固体物质单位面积固体物质储量储量1-101010-11冲淤性质与趋势冲淤性质与趋势以淤为主，淤积速度增快以淤为主，淤积值大有冲有淤，淤积速度变小冲刷下切危害程度危害程度较大最大较大小 1.3 地质灾害与公路相互作用（1）滑坡崩塌对公路的作用 剪断公路 损毁路面 埋没公路剪断公路剪断公路埋没公路埋没公路损毁路面损毁路面（2）公路建设开挖引起滑坡崩塌 开挖坡脚引起滑坡 开挖坡脚引起崩塌（3）泥石流对公路的作用泥石流冲毁路基泥石流埋没公路泥石

5、流冲毁桥梁泥石流冲毁路基泥石流埋没路面泥石流冲毁桥梁（4）公路对泥石流的作用 公路建设弃渣沟谷弃渣泥石流 公路桥涵压缩过流断面阻碍泥石流通行2 山区公路斜坡危险性区划2.1 区划的目的和必要性（1）区划的目的 全面了解和掌握公路灾害的分布与危险程度 为公路安全管理和防治提供技术支持（2）必要性 公路安全管理部门需要 公路防灾规划制定需要 公路灾害监测预警需要 (3) 分区原则 1)针对性原则 2)据实情原则 3)科学性原则 4)区内相似、区际相异原则 5)求大同、存小异原则 6)易操作适用性原则 2.2 斜坡危险性分级与区划方法（1）斜坡危险性分级 极危险斜坡 危险斜坡 相对稳定斜坡（2）斜坡

6、危险性区划方法 分区因子叠加法 综合指标数值分析法 专家系统分析法神经网络模糊评判 2.3 分区因子叠加法（1）因子选择与分级有较多崩塌坡度极陡坡地形有较多滑坡、少量崩塌坡度陡坡地形有少量滑坡坡度缓坡地形无滑坡崩塌坡度缓倾平地坡度因子454525251010滑坡崩塌有可能发生少量特大型坡高极高坡地形坡崩塌有可能发生少量大型滑坡高高坡地形坡崩塌有可能发生少量中型滑坡高中坡地形坡崩塌有可能发生少量小型滑坡高低坡地形坡高因子mmmmmm3003001001003030体极软岩体、坚硬破碎岩极易发地层软岩岩体易发地层坚硬岩体偶发地层地层岩性有完善优势结构面有部分优势结构面缺少优势结构面坡体结构面（2）

7、制作单因图（等比例尺）用线条表示：水平、左斜、右斜、垂直4个方向表示上述4个因子。用空白、虚线、细实线、粗实线表示每个因子分级。用灰度表示（在计算机上用） 用灰度 0表示单因子最低级 8表示单因子第二级 16表示单因子第三级 24表示单因子最高级（第四级）（3）单因子叠加（4）制作区划图 按线条密度进行危险性分区 按叠置后的灰度大小进行危险性分区 绘制分区图2.4 综合指标数值分析法（1）分区因子选择斜坡变形现状斜坡水作用人为开挖坡脚河流冲刷坡脚外部条件纵向横向坡形坡体结构风化程度类型地层岩性坡高坡度地形内部条件危险斜坡判别因子（2）分区因子指标体系 因子作用指标：每个因子在灾害形成中的作用大

8、小 作用指标确定方法专家打分、黄金分割法和因子贡献率法 公路边坡危险性判别指标体系危危险险斜斜坡坡判判别别的的指指标标体体系系表表（3）分区模型建立 模糊判别法 神经网络法 本文采用模糊评判法 每一单元上述因子作用指数之和为 将上式进行归一化处理，便转化成斜坡危险度DSjiADjiADS201（4）具体做法 制作区划单元网格图：可采用等分法和非等分法 调查计算每个网格单元的因子综合指数，并填绘 在每个网格单元内。 确定分级界限指标 绘制危险斜坡区划图 到现场抽样检验调查、核实、修正2.5 专家系统法（1）基本原理收集整理专家经验进行分析梳理、编制危险斜坡专家判别综合表将此表与将要判别的斜坡进行

9、对照分析属何级别的斜坡（2）公路危险斜坡专家判别综合表2.6 公路斜坡危险性分区范例 以贵州省三凯公路为例 贵阳凯里三穗，长260多公里，其中凯里三穗160km为新建，位于贵阳以东，黔东南州北部，属西部黔中高原丘陵地形向东湘西山地过渡的中高山、中低山地形。 地层：贵阳凯里以二叠系碳酸盐为主，山地丘陵上 有 中生代、新生代砂、页、泥岩出露。 凯里三穗为二叠系以前的老地层为主，有变质砂 岩、页岩、板岩、千枚岩等，呈强风化状。 分布滑坡7个，崩塌1个，危险斜坡38个。3 山区公路地质灾害安全监测预警体系3.1 现行公路管理体制（1）（2） 县交通局为国家基层管理中心，本监测预警体系是基于县公路管理中

10、心论述的。交通局县级交通厅（交通委员会）省级交通部国家级三级管理部门村级机耕道县、乡公路省道、省级高速公路国道、跨省高速公路公路级别3.2 监测预警体系建设（1）监测预警体系建设的原则 科学性原则 研究公路线性工程特征，依据监测的目的， 收集国内外有关资料，规划本县（地区）公 路安全监测网络 针对性原则 针对公路，保障公路安全运行 简单易操作性原则（2）监测预警保护的重点 国道、高速公路 省道、省内高速公路 县道 重要地段，中、大型桥梁保护（3）监测预警网络建设 依据我国公路管理体制，建议建立以县公路局为中心的县、养护工区、沿线村民参与的“三级公路安全监测网络”，他们的职责如下。 铁道部已列专

11、题研究铁路灾害多发地段安全监测预警网络建设。县公路安全监测预警中心县公路安全监测预警中心公路养护工区安全监测组公路养护工区安全监测组公路沿线村民群测群防点公路沿线村民群测群防点组织县内各公路地质灾害危险性区划，确定地质灾害组织县内各公路地质灾害危险性区划，确定地质灾害重点监测隐患点，一般监测隐患点。制定监测方案、重点监测隐患点，一般监测隐患点。制定监测方案、监测计划。向养护工区监测组布署，每年汛前、汛后监测计划。向养护工区监测组布署，每年汛前、汛后到各线进行地灾排查，检查指导计划的实施。到各线进行地灾排查，检查指导计划的实施。参与本工区内地质灾害调查、危险性区划、确定重点参与本工区内地质灾害调

12、查、危险性区划、确定重点隐患点和一般隐患点，负责地灾重点隐患点监测。组隐患点和一般隐患点，负责地灾重点隐患点监测。组织指导本工区沿线村民对一般隐患点监测和定期公路织指导本工区沿线村民对一般隐患点监测和定期公路沿线地面灾变巡查。定期向县中心上报监测资料。紧沿线地面灾变巡查。定期向县中心上报监测资料。紧急情况下随时上报。急情况下随时上报。负责分工线路的一般灾害隐患点监测和地面巡查，定负责分工线路的一般灾害隐患点监测和地面巡查，定时向工区安全监测小组报告，紧急情况时，随时报告。时向工区安全监测小组报告，紧急情况时，随时报告。县级公路地质灾害监测网络结构及职能划分3.3 山区公路地质灾害预警（1）公路

13、地质灾害预警体系县灾害防御指挥中心县灾害防御指挥中心公路环公路环境资料境资料县公路安全监测预警中心县公路安全监测预警中心公路地质灾公路地质灾害现状资料害现状资料公路地灾危险公路地灾危险性区划资料性区划资料公路地灾隐公路地灾隐患点资料患点资料地灾监测网地灾监测网布设资料布设资料地灾监地灾监测体系测体系适时监适时监测资料测资料监测预警监测预警智能系统智能系统预报警预报警报标准报标准专家专家系统系统综合决策分析综合决策分析应急抢险处理应急抢险处理警报警报县监测预警体系框图（2）公路地质灾害预警报分类 依据某类灾害可能发生的时间分为：长期预报 又称灾害发生趋势预测，一般预测在三年以后发生中期预报 预测

14、时段一般在13年内发生短期预报 预报时段1年左右发生临发预报 一般在3个月内发生。可分为三阶段发布 一级警报 预报时段三个月，可能在三个月内发生 二级警报 预报时段三天，可能在三天内发生 三级警报 预报时段一天，可能在一天内发生3.4 公路地质灾害监测预警智能系统（1）智能系统的结构基础信息数据库动态信息数据库信息综合处理，灾害预警报决策分析软件包信息输入输出（发布）系统 （2）智能系统的功能信息获取输入的功能信息存储的 功能信息自动查询的功能信息更替的功能（资料数据陈旧了，用新的资料替换）信息分析、处理、决策的功能（由一系列分析软件来完成）信息决策输出的功能 （3）智能系统的运行输入某公路环

15、境、灾害现状、隐患点特征、监测网布设、首次监测等基础资料数据输入专家研究的灾害预警报分析决策模型、类比曲线、图形输入隐患点监测的适时数据随时检查智能系统的运行情况专家组随时分析智能系统输出的信息，一旦出现某隐患点加剧变形或临发的前兆，县监测预警中心应立即组织专家考察确认是否报请县灾害防御中心发出警报。 3.5 重点泥石流隐患点监测预警（1）泥石流监测的主要内容和方法重点监测泥石流沟的松散固体物质储量和水动力条件（暴雨、冰湖溃决） ，暴雨，湖、库溃决）水动力条件监测（大雨体物监测泥石流沟及两岸松散固度量测泥石流沟、坡比降，坡泥石流形成条件监测泥石流流速监测泥石流流量监测泥石流流态特征泥石流动力特

16、征监测（2）泥石流监测预警网络（以四川省汶川县城南沟泥石流为例） 南沟自然环境特征南沟（中、上游为茨里沟）位于县城东南，岷江左岸一条小支沟，长6km，流域面积8km2, 主峰3201.1m，沟口位于县城，213国道通过。两岸坡高陡：上游2030 ，中游2025 ，下游35 以上。主沟纵坡比 降：上游325，中游280 ，下游333.8 。沟谷两岸出露地层以泥盆系（Dyl2)千枚岩为主，中、上游松散堆积物厚515m。沟谷中游两岸分布有大型老滑坡4个，估算方量近2000万m3，1滑坡近20年滑动。降雨量：下游岷江河谷500600mm/年，中、上游8001200mm/年，多暴雨。 险情分析、治理现状

17、和存在问题威胁 40多个单位、1700多人的安全、固定资产1亿元威胁 213国道20042006年进行勘测治理：沟中游1滑坡抗滑桩治理，中下游顺 沟道建1000多米长的排导槽排除泥石流， 排导槽上端修了高近5米的拦挡坝。存在问题： 通过城区段排导槽太小，不能排除大型泥石流，2、3 、4滑坡未治理，有可能在长降雨，特大暴雨中起 动，阻断茨里沟，发生大型泥石流。 南沟泥石流监测预警网布设沟口建监测站，沟沟口建监测站，沟内上、中、下建三内上、中、下建三个监测点。个监测点。上游点清水区上游点清水区中游点固体物质中游点固体物质下游点下游点泥石流流态、泥石流流态、堆积、成灾堆积、成灾4 山区公路地质灾害防

18、御对策4.1 公路选线科研阶段的防御对策 公路建设规划中的选线定线是公路地质灾害防治的源头、第一关， 总结近40年的经验，公路选线应遵循以下原则。（1）遵循与山系正交的原则，以高桥、长隧道垂直爬上第三地势阶梯。据 估算：山坡平均坡度为30，越岭隧道长度增加1km，两端就可缩短 展线57.7km。 川藏公路二郎山隧道长4.160km，比展线至二郎山垭口缩短线路长 20km，和三小时车程。（2）遵循分段展线的原则，尽早脱离河上行至高原（台地）上。（3）遵循绕避灾害为主的原则，沿河线路利用桥、洞避让灾害多发段。（4）遵循宁高勿低原则，沿河线路按灾害多发段上界高度以上定线。（5）遵循地质灾害坡向分异规律，沿河线路多走阴坡（南岸），少经阳 坡（北岸）。据川藏公路然乌108道班，长270km沿河路段，崩 塌、滑坡分布在北岸49处，南岸14处；泥石流北岸80条，南岸45条。（6）遵循多填少挖原则，高原高寒地区按最佳填方高度定线。（7）遵循少挖少填原则，低山丘陵地区多用旱桥、棚洞通过。4.2 公路勘察设计中的减灾防灾措施 对无法避让的地质灾害点，应与公路主体工程同时勘察，同时设计，按以下原则选择防护措施：（1）有可能发生崩塌、落石的陡坡（陡岸）段，多采用清除 危岩，棚、洞、网防护。（2）对开挖后有可能引起滑动的