路基冲蚀淤埋水毁减灾原理

我国是全世界地质灾害高易发区，也是公路里程多的国家之一，公路水毁灾害灾情严重，尤其是路基冲失、路基缺口、路基沉陷、钢筋混凝土路面板悬空、泥石流淤埋道路等路基冲蚀淤埋类型广泛分布，造成交通断道。本书针对路基冲失、路基缺口、路基沉陷、钢筋混凝土路面板悬空、泥石流淤埋道路等灾害类型，通过构建山洪泥石流冲击、磨蚀等基础理论，给出了水毁灾害形成过程的地貌学描述，提出了水毁灾害形成力学模型，研发了灾害常态修复和应急抢修成套技术，对于实施山洪泥石流研究、道路工程研究及养护减灾科技人员有重要参考借鉴作用。 

本书针对路基冲失、路基缺口、路基沉陷、钢筋混凝土路面板悬空、泥石流淤埋道路等路基水毁灾害的工程治理需求，从泥石流流速、冲击、磨蚀三方面建立了泥石流冲磨计算理论。着眼于路基冲蚀槽的形成过程，给出了路基水毁灾害的地貌学描述，构建了每种灾害的力学模型，研发了曲面路基防护结构、病损路基拓宽修复方法等路基水毁灾害常态修复新技术。针对路基冲失段锚拉框架结构、钢筋混凝土路面板悬空段锚拉结构、泥石流淤埋路段战备浮桥等路基水毁灾害应急抢修新技术建立了防治结构的工程计算方法和设计方法，并给出了工程算例。本书是一本具有较高理论水平和重要工程实用性的公路水毁灾害治理论著。
本书可作为从事公路水毁灾害勘察、设计、施工、养护、应急救援和管理科技人员的专业用书，对从事公路水毁灾害研究的科技人员具有一定参考借鉴作用。

第1章泥石流冲磨作用

 

1.1泥石流流速

 

1.1.1稀性泥石流流速

 

1.1.2黏性泥石流流速

 

1.1.3水石流流速

 

1.2泥石流冲击力

 

1.2.1流体动压法

 

1.2.2船筏撞击法

 

1.2.3地貌形迹法

 

1.3泥石流磨蚀作用

 

1.3.1泥石流磨蚀力

 

1.3.2防治结构磨蚀速度与磨蚀量

 

第2章路基缺口形成机制

 

2.1路基缺口类型

 

2.2路基缺口力学机制

 

2.2.1滑动型路基缺口力学机制

 

2.2.2坠落型路基缺口力学机制

 

2.2.3泥石流冲击型路基缺口力学机制

 

2.3路基缺口演化模式

 

2.3.1滑动型路基缺口演化模型

 

2.3.2坠落型路基缺口演化模式

 

2.3.3泥石流冲击型路基缺口演化模式

 

第3章悬空钢筋混凝土路面板破坏机制

 

3.1悬空钢筋混凝土路面板等效

 

3.1.1复合材料方法

 

3.1.2混凝土弹性模量预测模型

 

3.1.3算例

 

3.1.4等效弹性模量变化规律

 

3.2平行悬空钢筋混凝土路面板断裂破坏模型

 

3.2.1水泥混凝土路面有限元模型

 

3.2.2平行悬空路面板有限元分析

 

3.2.3基于断裂力学的平行悬空混凝土路面板极限承载力

 

3.3角部悬空钢筋混凝土路面板断裂破坏模型

 

3.3.1角部悬空钢筋混凝土路面板数值分析

 

3.3.2基于断裂力学的角部悬空混凝土路面板极限承载力

 

第4章路基沉陷形成机制

 

4.1路基吸水渗透—浸泡软化机理

 

4.2路基吸水渗透计算

 

4.2.1路基简化模型

 

4.2.2基本假设

 

4.2.3非饱和路基吸水渗透浸润锋面

 

4.3路基稳定性计算

 

4.4算例分析

 

第5章泥石流沉积物淤埋固结作用

 

5.1泥石流沉积物相变特性研究

 

5.1.1泥石流沉积物两相划分

 

5.1.2泥石流沉积物固相转变

 

5.1.3泥石流沉积物液相转变

 

5.1.4泥石流沉积物相变规律

 

5.2泥石流沉积物淤埋试验

 

5.2.1模型试验相似比

 

5.2.2桥梁淤埋受荷验算

 

5.2.3泥石流淤埋桥梁试验模型

 

5.2.4泥石流淤埋结构物试验结果分析

 

5.3泥石流沉积物固结力学机理

 

5.3.1泥石流两相流模型

 

5.3.2泥石流沉积物固结机理

 

5.3.3泥石流沉积物的固结力学关系

 

5.3.4泥石流沉积物固结试验验证

 

5.4泥石流沉积物承载力变化特性

 

5.4.1泥石流沉积物承载力变化特性试验

 

5.4.2泥石流沉积物承载力变化特性试验结果

 

第6章路基冲蚀淤埋水毁减灾技术

 

6.1曲面路基防护结构

 

6.1.1砌块结构设计

 

6.1.2施工步骤

 

6.2桩—墙复合抗滑支挡技术

 

6.2.1结构设计

 

6.2.2施工步骤

 

6.2.3适用条件

 

6.3病损路基拓宽修复方法

 

6.3.1结构设计

 

6.3.2施工步骤

 

6.4路基冲失段锚拉框架结构

 

6.4.1结构设计

 

6.4.2施工步骤

 

6.5路基缺口组合式桥梁

 

6.5.1结构设计

 

6.5.2施工步骤

 

6.6路基沉陷段组合式聚酯砌筑块

 

6.6.1结构设计

 

6.6.2施工步骤

 

6.7钢筋混凝土路面板悬空段锚拉结构

 

6.7.1结构设计

 

6.7.2施工步骤

 

6.8泥石流淤埋路段战备浮桥

 

6.8.1结构设计

 

6.8.2施工步骤

 

6.9泥石流淤埋路段承载伞通行结构

 

6.9.1结构设计

 

6.9.2施工步骤

 

6.10泥石流沉积体注氮快速凝固技术

 

参考文献

截至2014年底，我国公路总里程达到450万km，其中约24%位于泥石流灾害高易发区。我国公路水毁灾害以路基缺口、路基冲失、路面板悬空、路基沉陷、桥梁墩台变形破坏等类型为主，分布范围广，出现频率高，灾情严重，其防灾减灾长期得到公路管理部门与科技工作者的高度重视但却从未得到有效解决。尤其是近十年来，在全球性地质活动程度加剧、气象条件频繁出现的宏观地学背景下，我国公路水毁灾害直接经济损失每年超过30亿元。如2004年汛期，湖北省十堰市连续遭遇暴雨袭击，国道G209、G316和襄关路、兴界路、鲍竹路、郧漫路、十两路等省道水毁损失十分严重，被冲毁挡墙261处计93415m3，路基沉陷82处，水毁路面16×104m2，公路临时中断交通31条，乡村公路路基水毁达2000km； 2009年4月至7月，贵州省大部分地区遭受到强降雨袭击，造成国道、省道和县乡道近80余条公路交通中断，山洪泥石流毁损路基、路面、桥梁和涵洞，仅黔东南地区国、省干线公路共冲毁路基3.5km、冲毁防护工程83处计11505m3、路基塌方133处计117009m3； 2012年四川省凉山彝族自治州喜德县“8.13”洪灾，全县累计冲毁县道32.1km、乡道44km、通村公路272km、桥梁16座，交通基础设施损毁估算达到2.7亿元。

从1998年开始，本书作者团队立足四川、重庆、贵州、新疆、云南、河南、陕西等省市区的公路交通防灾减灾，对路基水毁灾害进行了深入、系统、持续研究，本书即是基于系列研究成果整理提炼而成，解决了路基冲蚀淤埋水毁灾害减灾系列基础理论问题，构建了路基水毁灾害常态修复和应急抢修成套技术，具有较高理论水平和重要工程实用性。

本书包括6章，第1章由陈洪凯、崔志波和唐红梅编写； 第2章由陈洪凯、崔志波、李海湛、刘国礼、杨玉平和唐兰编写； 第3章由唐红梅、李海湛、刘国礼、吴国勤、王德新和周福川编写； 第4章由梁丹、杨玉平、刘书萍和陈玉红编写； 第5章由陈洪凯、姜会玲、张中义

和钟盈编写； 第6章由陈洪凯、唐红梅、崔志波、何晓英、李海湛、刘国礼、吴国勤、刘燕和李小明编写。全书由陈洪凯统稿，李小明和梁丹负责图文校对。

本书在编撰过程中，得到兰州大学李吉均院士，重庆大学鲜学福院士，中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所崔鹏院士、韦方强教授、陈宁生教授和王全才教授，解放军后勤工程学院郑颖人院士和刘元雪教授，三峡大学李建林教授，中山大学刘希林教授，清华大学孙其诚教授，中南大学徐林荣教授，重庆师范大学赵纯勇教授，华东交通大学郑明新教授，重庆市地质矿产开发局总工程师刘东升教授，重庆交通科研设计院柴贺军教授和邓卫东教授，西南大学王建力教授，重庆大学阴可教授，重庆交通大学唐伯明教授、梁乃兴教授、王平义教授、周华君教授、王多垠教授、梁波教授、吴国雄教授等专家学者的大力支持和热忱关怀，在此一并致以诚挚的谢意！

本书的出版得到重庆交通大学地质资源与地质工程重点学科、西部交通地质减灾创新团队和重庆市两江学者特聘教授专项经费资助。

虽然本书团队竭尽全力编撰本书，但是书中难免错漏，敬请各位同行批评指正。

 

2015年12月

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