平原区路堤地震灾害风险评价研究

摘要

本文针对目前我国地震灾害多发以及地震对公路危害严重的现实，以公路地震灾害为研究对象，开展平原区路堤地震灾害风险评价研究，旨在全面认识路堤遭受地震灾害的危险程度和抗震薄弱部位，达到减少公路地震灾害损失，实现人、车、路和自然环境和谐友好的目的。
　　论文在归纳总结国内外公路地震灾害风险评价研究成果的基础上，以西安-宝鸡高速公路（以下称“西宝高速公路”）为例，进行了西宝高速公路研究区域和近场区地震地质和地震活动性评价，按照风险评价的理论和步骤，针对平原区公路开展了地震危险性、路堤震害易损性和风险评价研究，取得了以下研究成果：
　　1）通过对西宝高速公路的现场调查和资料收集，分析了西宝高速公路的基本概况以及沿线区域的地形地貌、气象条件、水文地质和地震区划概况。将路线沿线区域划分为研究区域和近场区，分析了研究区域和近场区的地震活动构造和历史地震概况，并对研究区域和近场区的地震地质条件和地震活动性进行了评价。
　　2）在地震灾害影响因素分析的基础上，选取地震动峰值加速度（PGA）作为公路地震危险性评价指标，建立了包括研究区域地震区带划分、震源机制模型和地震发生预测模型的概率性地震危险性评价模型，并确定了震源机制模型中的a、b值、震级上限Mu、起算震级M0、地震年平均发生率VMj和地震空间分布函数fi,Mj等地震动参数。在PGA衰减关系、地震危险性概率计算方法和场地地震动影响分析的基础上，进行了西宝高速公路地震危险性分析计算，基于ArcGIS10.0软件，绘制了西宝高速公路地震危险性分区图。结果显示：西宝高速公路沿线区域跨越Ⅶ度和Ⅷ度基本烈度区，评价结果略高于我国第四代地震区划图，这是与目前渭河断陷盆地地震活跃的现实是一致的。
　　3）选取理论性震害易损性评价方法对西宝高速公路K1074+520处路堤进行易损性评价，通过分析路堤震害的成因、分类和影响因素，将路堤震害划分为基本完好、轻微损伤、中等损伤、严重损伤和毁坏5级并选取路堤顶面横向最大位移率（εmax）和路堤顶面最大沉降率（ζmax）作为震害损伤参数。在确定路堤填土、土基和挡土墙各项力学参数的基础上，依托Flac3D软件，建立了无支挡结构和有支挡结构路堤的三维有限差分模型。选取美国太平洋地震工程研究中心（PEER）提供的15条地震动记录作为增量动力分析（IDA）的输入，得到了一系列（IDA，εmax）和（IDA，ζmax）样本，采用回归分析得到IDA与εmax和ζmax的统计关系，假设εmax和ζmax服从对数正态分布并对其进行概率性地震需求分析（PSDA），计算了一定PGA作用下无支挡结构和有支挡结构路堤发生各等级震害的概率并绘制了震害易损性曲线。
　　4）分析了风险的定义和应对策略，将路堤震害风险定义为未来一段时间内，路堤发生各等级震害的概率，并给出了路堤震害风险的表达式。通过研究场地地震烈度的概率分布和地震烈度与PGA的转换关系，建立了场地PGA的概率分布模型，通过对场地未来50年内PGA的抽样，采用Monte Carlo方法对无支挡结构和有支挡结构路堤的震害风险进行了计算。根据西宝高速公路地震危险性评价结果，通过回归方法拟合了研究场地的地震危险性曲线，推导了采用危险性曲线方法计算路堤震害风险的公式，通过该公式计算了无支挡结构和有支挡结构路堤在未来50年内发生各等级震害的概率，在此基础上，分别提出了Monte Carlo方法和危险性曲线方法计算路堤震害风险的工作内容和适用范围。根据路堤在未来50年内发生毁坏的概率，将路堤震害风险划分为高风险、中等风险和低风险3级，确定了路堤震害风险可接受度，即高风险是不可接受的，中等风险和低风险是可接受的，从规划控制、编制应急预案、物资和装备储备以及工程防护4方面提出了路堤震害风险处置对策。

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第一章 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容和技术路线

第二章 西宝高速公路地震地质和地震活动性评价

2.1 西宝高速公路沿线区域概况

2.2 研究区域地震地质评价

2.3 研究区域地震活动性评价

2.4 近场区地震地质与地震活动性分析

2.5 本章小结

第三章 公路地震灾害危险性评价

3.1 概述

3.2 西宝高速公路地震危险性评价模型的建立

3.3 西宝高速公路地震危险性评价

3.4 本章小结

第四章 路堤震害易损性评价

4.1 概述

4.2 路堤震害实例分析

4.3 路堤震害等级划分和损伤参数选取

4.4 西宝高速公路典型路堤三维有限差分模型的建立

4.5 基于Flac3D的路堤IDA分析

4.6 路堤震害易损性评价

4.7 本章小结

第五章 路堤震害风险评价

5.1 路堤震害风险概述

5.2 基于Monte Carlo方法的路堤震害风险评价

5.3 基于地震危险性曲线的路堤震害风险评价

5.4 路堤震害风险评价结果的讨论

5.5 路堤震害风险可接受度和处置对策

5.6 本章小结

结论与建议

结论

论文创新点

进一步研究的建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢