西部地区岩土工程灾害的分布规律及预报模型研究
摘要
本文在总结岩土工程灾害的国内外研究现状及发展趋势的基础上，分析了西部大开发中遇到的各种岩土工程灾害的分布状况，并对其分布规律进行评价分析。对特殊土质灾害的分布面积进行分析以及利用贡献加权法对其他各种岩土工程灾害的发生频次进行分析，得出了西部地区岩土工程灾害综合分布图，直观的显示了各种岩土工程灾害在西部地区的分布规律以及相对等级灾区的划分；选择西部地区典型的冻土灾害为主要研究现象，对其灾害机理及预测模型进行了深入研究。
在分析冰晶体与冰透镜体的形成过程中，对土体的冻胀机理进行了分析；分析了“温、压、土、水、盐”对未冻水含量和未冻水迁移的影响；分析了冻结缘的厚度的决定因素、导湿系数的计算公式以及不同的冰、水相应力分配系数表达式；分析总结了各种因素对土体冻胀灾害的影响；采用模糊综合评判法对土体冻胀灾害进行了预测，提出了改进的模糊综合评判模型，该模型中指标权重的确定方法采用主观与客观赋权相结合的方法，实现了主观判断与客观评价的统一，使评判模型更加真实、有效；文后对一实例进行预测分析，分析结果证明所提出的模型合理、切实可行。
On the base of summarizing geotechnical engineering disaster theory at home and abroad, distributing orderliness of all kinds of geotechnical engineering disasters that are fallen across in the west development is analyzed. This thesis analyzes area and frequency of geotechnical engineering disaster and gives a synthetic distributing chart, which shows distributing orderliness and comparatively disaster area partition of all kinds of geotechnical engineering disasters in the west area intuitionally. With the development of cold area, exceptive soil disaster - frozen soil is selected, whose disaster mechanism and forecast model are studied.
In the process of analyzing ice crystal and ice lens, frozen heave mechanism is studied. The influences of the five important factors named temperature, pressure, soil, water and salt are analyzed, which affect content and transfer of unfrozen water. As for the so- called frozen fringe, this thesis analyzes the factors that determine the thickness of frozen fringe, the rule that governs frozen fringe's growth and the calculation formula of the conductive humidity coefficient, moreover, this thesis discusses various expressions of the stress partitioning factor and factors that influence frozen heaven. Fuzzy evaluate is adopted to forecast frost heaving in this thesis. A better fuzzy evaluate model is put forward, in this model, determination method of the importance of index adopts the compositive method of subjective method and objective method, which makes the model more actual and more effective. Finally the model is checked by comparing the calculation result with the test result and proved reasonable an
d feasible.
在分析冰晶体与冰透镜体的形成过程中，对土体的冻胀机理进行了分析；分析了“温、压、土、水、盐”对未冻水含量和未冻水迁移的影响；分析了冻结缘的厚度的决定因素、导湿系数的计算公式以及不同的冰、水相应力分配系数表达式；分析总结了各种因素对土体冻胀灾害的影响；采用模糊综合评判法对土体冻胀灾害进行了预测，提出了改进的模糊综合评判模型，该模型中指标权重的确定方法采用主观与客观赋权相结合的方法，实现了主观判断与客观评价的统一，使评判模型更加真实、有效；文后对一实例进行预测分析，分析结果证明所提出的模型合理、切实可行。
On the base of summarizing geotechnical engineering disaster theory at home and abroad, distributing orderliness of all kinds of geotechnical engineering disasters that are fallen across in the west development is analyzed. This thesis analyzes area and frequency of geotechnical engineering disaster and gives a synthetic distributing chart, which shows distributing orderliness and comparatively disaster area partition of all kinds of geotechnical engineering disasters in the west area intuitionally. With the development of cold area, exceptive soil disaster - frozen soil is selected, whose disaster mechanism and forecast model are studied.
In the process of analyzing ice crystal and ice lens, frozen heave mechanism is studied. The influences of the five important factors named temperature, pressure, soil, water and salt are analyzed, which affect content and transfer of unfrozen water. As for the so- called frozen fringe, this thesis analyzes the factors that determine the thickness of frozen fringe, the rule that governs frozen fringe's growth and the calculation formula of the conductive humidity coefficient, moreover, this thesis discusses various expressions of the stress partitioning factor and factors that influence frozen heaven. Fuzzy evaluate is adopted to forecast frost heaving in this thesis. A better fuzzy evaluate model is put forward, in this model, determination method of the importance of index adopts the compositive method of subjective method and objective method, which makes the model more actual and more effective. Finally the model is checked by comparing the calculation result with the test result and proved reasonable an
d feasible.
引文
[1] 张梁、张业成、罗元华等箸．地质灾害灾情评估理论与实践．北京：地质出版社，1998．12；
[2] Petak J W, Arthur A A. Natural hazard risk assessment and public policy: Anticipating the unexpected. New York: Springer-Verlag Inc,1982;
[3] Puget Sound Council of Governments. Regional disaster mitigation plan for the central Puget Sound Region. Puget Sound Council Governments, 1975,106;
[4] Cendrero A, Keller E A, John W et al. Geoenvironmental units as a basis for the assessment, regulation and management of the Earth's surface. In: Cendrero A, et al eds. Planning the Use of the Earth's Surface. Berling: Springer Verlag, 1992;
[5] 张业成、胡景江、张舂山．中国地质灾害危险性分析与灾变区划．海洋地质与第四纪地质，1995，15(3)：55～67；
[6] 殷跃平等．全国地质灾害趋势预测及预测图编制．第四纪研究，1996b，(2)：123～129：
[7] 高大钊主编．岩土工程的回顾与前瞻．北京：人民交通出版社，2001：
[8] 罗国煜、王培清等．论两类优势面的概念及其研究方法．岩土工程学报，1 982，4(2)：
[9] 蒋建平、章杨松等．优势结构理论在岩土工程中的应用．水利学报，2001，8：90～96；
[10] 储同庆等．矿物包裹体研究方法在区域稳定性研究中的应用．地震地质，1995，17(1)；
[11] 胡瑞林、王思敬等．21世纪工程地质学生长点：土体微结构力学．水文地质工程地质，1999，4：5～8；
[12] 汤连生、王思敬、张鹏程、唐诚．水．岩土化学作用与地质灾害防治．中国地质灾害与防治学报，1999，10(3)：61～69；
[13] 滑坡文集编委会主编．滑坡文集(第十集)．北京：中国铁道出版社，1993；
[14] 史培军．“3S”技术在城市环境管理中的应用．环境保护，1999，(3)：3～4；
[15] 唐川．德国波恩地区滑坡特征与危险性评价．水土保持学报，2000，14(1)：48～81；
[16] 陈锁忠．苏锡常地区GIS与地下水开采及地面沉降模拟模型系统集成分析．江苏地质，1999，23(1)：40～44；
[17] 江东等．RS、GIS技术在煤矿地质灾害预测中的应用．遥感信息，1999，2：19～21：
[18] 黄家柱．RS、GIS技术在长江下游江岸稳定性评价中的应用．地理科学，1999，19(6)：15～20；
[19] 谢爽．山西河津黄土地基自重湿陷的试验研究．西安冶金建筑学院，硕士论文，1990；
[20] 朱梅．山西河津黄土地基外荷载湿陷的试验研究．西安冶金建筑学院，硕士论文，1990；
[21] 陈忠达．黄土湿陷性模糊综合判别的研究．西安公路学院，硕士论文，1990；
[22] 刘悦、王家鼎．黄土湿陷性评价中的模糊信息优化处理方法．西北大学学报(自然科学
版)，2000，30(1)：78～82；
[23] 肖静静．应用灰色理论评判黄土地基的湿陷性．西安建筑科技大学，硕士论文，1996；
[24] 王梅等．黄土湿陷性质的微观研究．科技情报开发与经济，2001，11(1)：75～76；
[25] 张爱军、邢义川．黄土增湿湿陷过程的三维有效应力分析．水力发电学报，2002，76(1)：21～27：
[26] 董晓峰．对湿陷性黄土地基的湿陷性评价．忻州师范学院学报，2001，17(1)：87～89；
[27] 胡瑞林、官国琳等．黄土湿陷性的微结构效应．工程地质学报，1999，7(2)：161～167：
[28] 陈广峰、米海珍、韩志勇．兰州Ⅲ级阶地黄土湿陷性初步试验研究．甘肃工业大学学报，2001，27(2)：77～8l；
[29] 刘祖典编．黄土力学与工程．陕西：陕西科学技术出版社，1997；
[30] 涂国强、杨立中、贺玉龙、彭金伟．地质灾害预测数学模型研究．四川师范大学学报(自然科学版)，2001，24(6)：637～639；
[31] 李向全、胡瑞林、张莉．地质灾害预测评价模型库系统设计理论．地质灾害与环境保护，1999，10(4)：18～23；
[32] 胡新丽、唐辉明．GIS支持的斜坡地质灾害空间预测系统框架设计．地质科技情报，2002，21(1)：99～103；
[33] 唐川等．GIS支持下的地震诱发滑坡危险区预测研究．地震研究，2001，24(1)：73～81；
[34] 陈亚宁、杨思全．自然灾害的灰色关联灾情评估模型及应用研究．地理科学进展，1999，18(2)：158～162；
[35] 吴紫汪等．土的冻胀性试验研究．中国科学院兰州冰川冻土研究所集刊．1981(2)：82～96：
[36] 王正秋．细砂土冻胀分类．中国地理学会中国土木工程学会第二届全国冻土学术会议论文选集．甘肃：甘肃人民出版社，1983：218～222；
[37] 朱强．甘肃省混凝土衬砌渠道冻胀特征及换基措施．中国地理学会中国土木工程学会第二届全国冻土学术会议论文选集．甘肃：甘肃人民出版社，1983：455～461：
[38] 孙庆铨．素混凝土板衬砌渠道地基冻胀土壤的分级及防冻害措施．中国地理学会中国土木工程学会第二届全国冻土学术会议论文选集．甘肃：甘肃人民出版社,1983：462～470；
[39] 林达夫、林素馨．混凝土衬砌渠道地基土的冻胀分级及冻害防治措施．冰川冻土．1986，8(3)：201～207；
[40] 辽宁省水利科学研究所．渠道防渗工程冻胀破坏设计方法简则．渠道防渗技术．1986(特辑4)：6～10：
[41] 陈肖柏．祁连山木里地区季节活动层之冻胀性．中国科学院兰州冰川冻土研究所集刊．1981(2)：72～81
[42] 甘肃省渠道防渗抗冻试验研究小组．甘肃省渠道防渗抗冻研究成果综述．渠道防渗技
术．1986(特辑4)：2～5；
[43] 陈肖柏等．砂砾土中的成冰作用及冻胀敏感性．科学通报．1987(23)：1812～1815：
[44] Chen Xiaobai and Wang Yaqing. A study on frost heave prediction of soils. Proc. V ISGF,1988b,Vol.2;
[45] Chen Xiaobai and Wang Yaqing, Frost heave predication for clayey soils. Cold Regions Science and Technology. 1988d;
[46] Harlan R L. Analysis of coupled heat-fluid transport in partially frozen soil[J]. Wat. Resour. Res., 1973,9(5): 1314～1323;
[47] Guymon G, Berg R, Hromadka T. A one-dimensional frost heave model based upon simulation of simultaneous heat and water flux[J]. Cold Reg. Sci. and Technol,1980,3 :253～263;
[48] O'Neil K, Miller R D. Exploration of a rigid-ice of frost heave[J]. Wat. Resour. Res., 1985,21:281～296:
[49] Sheng D C. Thermodynamics of freezing soils[D]. Sweden: Lulea University Press, 1994;
[50] Shen M, Ladanyi B. Modeling of coupled heat, moisture and stress field in freezing soil[J]. Cold Region Science and Technology, 1987,14:237～246;
[51] Konrad J M, Morgenstern N R. The segregation potential of a feezing soil[J]. Can. Goetech. J.,1981,18:482～491;
[52] Fremond M, Mikkola M. Thermodynamical modeling of freezing soil[A]. Yu Xiang, Wang Changsheng. International Symposium on Grotmd Freezing91 [C], Rotterdam: Balkema, 1991:17～24;
[53] Miao Tiande,Guo Li,Niu Yonghong et al. Modeling on coupled heat and moisture transfer in freezing soil using mixture theory[J]. Science in China, 1999,42(Suppl.):9～16;
[54] 何平等．饱和正冻土中的水热力场耦合模型．冰川冻土，2000，22(2)：135～138；
[55] 李宁、陈波等．裂隙岩体介质渗流、变形、温度场耦合分析启然科学进展，2000，10(8)；
[56] 唐树春．第五届全国冰川冻土学大会论文集．甘肃：甘肃文化出版社，1996：31l～317；
[57] 李祝龙、章金钊．青藏公路冻土路基沉降的模糊综合评判．公路．2000(2)：21～24；
[58] 孙才志等．自然灾害的模糊识别模型及其应用．自然灾害学报，2001．10(4)：52—56；
[59] 潘懋、李铁峰编著．灾害地质学．北京：北京大学出版社，2002：
[60] 乔平定、李增钧主编．黄土地区工程地质．北京：水力电力出版社，1990；
[61] 徐学祖、王家澄、张立新著．冻土物理学．北京：科学出版社，2001；
[62] 童长江、管枫年．土的冻胀与建筑物冻害防治．北京：水利电力出版社，1985；
[63] 徐学祖、邓友生．冻土中水分迁移的试验研究．北京：科学出版社，1991；
[64] 徐学祖、王家澄、张立新等．土体冻胀和盐胀机理．北京：科学出版社，1995．
[65] 朱廷举．冻土中未冻水迁移规律研究．清华大学．硕士论文，2001；
[66] Miller R D. Freezing and heaving of saturated and unsaturated soils.Highway Research Record, 1972.(393): 1～11;
[67] 徐学祖、吴紫汪、T.石崎武志、M.福田正已、E.M.邱维林、E.D.叶尔晓夫．冻结缘的基本特征及特征参数的确定方法．冻土工程国家重点实验室年报．1994(4)：28～35；
[68] 李萍等．利用图像数字化技术分析冻结缘特征．冰川冻土，1999，21(2)：175～180；
[69] 何平等．饱和正冻土中的水、热、力场耦合模型．冰川冻土，2000，22(2)：135～138；
[70] O'Neill K, Miller R D. Exploration of a rigid—ice of frost heave. Wat. Resour. Res., 1985,21: 281～296;
[71] Gilpin R R, A model for the prediction of ice lensing and frost heave in soils [J]. Wat. Resour Res., 1980, 16: 918～930;
[72] Taylor G S, Luthin J N. A model for coupled heat and moisture transfer during soil freezing [J]. Can. Geotech. J., 1978, 15: 548～555;
[73] 陈希哲编．土力学地基基础(第三版)．北京：清华大学出版社，2001；
[74] [苏]H.A.崔托维奇著．张长庆、朱元林译．冻土力学．北京：科学出版社，1985；
[75] 陈轮、郭瑞平等．土工加筋抗冻胀工作机制的研究．冰川冻土，1996，18(4)：297～305：
[76] 王建平．人工冻土冻胀融沉规律的研究．中国矿业大学．博士论文，2000；
[77] 杨树林编著．工程模糊论方法及其应用．北京：国防工业出版社，1996；
[78] 陈肖柏、王雅卿．粘性土冻胀预报统计模型．第四届全国冰川冻土学术会议论文选集(冻土学)．中国科学院兰州冰川冻土研究所编著：100～107。
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