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原文传递高烈度地震峡谷区公路选线理论与方法研究

论文题名：	高烈度地震峡谷区公路选线理论与方法研究
关键词：	公路路线;高烈度地震峡谷;风险管理;ArcGIS技术;云模型;层次分析法
摘要：	我国是一个地震多发国家,地震带来的地壳能量释放会引起地球表面的强烈振动,对地质条件较差的高山峡谷区道路、桥梁等基础设施造成了严重损害。同时,由于现有公路选线方法对高烈度地震峡谷区的地震风险未做重点考虑,进而加剧了区域生命线震时的受灾程度。因此,深入研究公路走廊带震害空间分布特征,考虑并评估区域潜在地震风险,建立高烈度地震峡谷区公路选线理论体系,不仅是保障交通设施地震安全的基础性课题,也是实现公路与环境和谐相处、科学合理安排公路建设任务的迫切需要。　　论文依托交通部重大科技专项“汶川地震灾后重建公路抗震减灾关键技术研究”和西部交通建设科技项目“武罐高速公路抗震优化设计及灾害防治技术研究”,以公路路线为研究对象,以高烈度地震峡谷为前提条件,采用ArcGIS技术平台,基于风险分析与管理理论,重点进行高烈度地震峡谷区公路选线理论与方法的研究,以期解决复杂条件下震区公路路线选择与设计难题。　　论文系统分析了国内外相关研究成果,针对现有公路选线理论体系和方法的优缺点及适用性,提出了本文的研究思路和技术路线。采用地理信息系统、遥感解译、全球定位系统等现代信息技术,针对汶川地震灾区,开展公路走廊带震害调查。归纳总结震区公路的主要成灾模式,分析了公路走廊带工程震害空间分布特征。考虑公路震害地带性分布规律分析需求,从概念、逻辑、物理三个方面对公路震害空间数据库进行结构设计,基于GeoDatabase框架,建立了异源异质公路震害空间数据库。提出以ArcGIS为技术支撑,以空间数据挖掘理论为基础的公路震害数据属性关联方法,构建了公路走廊带地质灾害与环境因子的属性关联数据模型,揭示了公路走廊带地质灾害地带性分布规律。　　针对高烈度地震峡谷区地震风险突出的特点,开展面向风险的高烈度地震峡谷区公路走廊带选择方法研究,并从系统工程思维的角度阐述了面向风险选线方法的具体内涵。采用主成分分析与专家调查相结合的方法进行因子辨识,筛选出对区域地震风险有显著影响作用的峰值加速度、植被覆盖率、地层岩性和坡度作为评价因子。基于云模型理论,提出云模型——层次分析法的公路震害风险评估赋权方法,建立了公路震害风险评估模型,用以表征公路走廊带区域潜在的地震风险状态,提高了公路震害风险评价的定量化程度。　　论文通过深入分析影响地震峡谷区公路路线方案决策的关键因素,建立以风险、经济、安全、环境为目标层,以9个单因子为指标层的两层次评价指标体系。在ArcGIS支持下,考虑路线方案评价需求,构建了路线方案评价单因子的计算方法和量化模型。引入最大限度考虑决策者交互要求的多属性评价理论,提出了基于方案综合度和达成度的高烈度地震峡谷区路线方案多属性评价方法,建立路线方案综合度和达成度的求解模型,并阐述了具体的评价步骤和流程,为实现路线方案的合理选择提供了技术支持。　　论文对比分析了震区公路路线设计指标及其大小与震害间的关系,明确了高烈度地震峡谷区公路路线关键设计指标,提出了平纵横合理布设要素。基于震时救援车辆特性,参照公路地震风险等级划分标准,制定了救援道路的具体设置方法。采用三维离散元数学建模,揭示不同频率、振幅、持续时间等地震波参数及岩层倾角条件下,边坡高度、坡度对边坡动力位移的影响规律,提出了震区公路边坡坡度与高度的合理值域。从桥梁、隧道、支档工程三个方面,归纳总结了高烈度地震区公路构造物的合理布置方法。　　最后,论文以武罐高速公路为依托,将提出的方法、指标体系、模型具体应用到路线选择与设计实践中,指导武罐高速公路的路线选择与设计,验证了研究成果的可行性。　　高烈度地震峡谷区公路选线理论与方法研究采用现场调查、数学建模、理论分析、工程验证相结合的研究方法,提高了数据分析与管理的精度,丰富了我国公路选线方法和理论体系。不仅对高烈度地震峡谷区公路建设具有重要的实践意义,对保障重大交通工程地震安全、协调公路与自然环境的关系具有长远的意义,而且对进一步推进我国交通事业的科学发展有着重要的理论意义。
作者：	贾兴利
专业：	道路与铁道工程
导师：	许金良
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文