鄧文彬

（1.武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.新疆大學(xué) 建筑工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046）

天山公路穿越天山地槽系，活動(dòng)斷裂較多，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈，巖體節(jié)理發(fā)育，完整性差。山體陡峭，溝谷縱橫，屬地震較活躍區(qū)（地震烈度Ⅷ—Ⅸ）。出露的地層巖性主要有志留系、泥盆系、石炭系的灰?guī)r、砂巖、泥巖、礫巖、花崗巖等。坡積層以全新的碎塊石土為主，厚度0～10 m，呈松散狀，自然坡度30°，高山帶坡積層中常藏匿有永久性凍土層。區(qū)內(nèi)地殼經(jīng)歷了多期構(gòu)造變動(dòng)，褶皺、斷裂發(fā)育；沿線地形陡峻、基巖裸露、巖土介質(zhì)組成復(fù)雜，且多伴有巨大雪山與冰川氣候，自然環(huán)境復(fù)雜多變。植被稀少，主要以高山耐寒植被為主，植物落根困難。由于地處高寒山區(qū)，地形復(fù)雜，氣溫差異大，春融季節(jié)早晚溫差更大，加之植被稀少，使基巖的物理、化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)烈。

1 天山公路沿線數(shù)據(jù)采集

在天山公路沿線野外考察基礎(chǔ)上,收集、整理典型區(qū)域的自然地理概況、水文氣候特征及區(qū)域特征資料。自然地理概況資料主要包括區(qū)域的地理位置、地形地貌特征等。典型工程地質(zhì)病害區(qū)域特征資料主要包括經(jīng)緯度、區(qū)域面積和各月及年降水量表等，見表1～表4[1,2]。

表1 天山公路沿線水文站地理參數(shù)和集水面積

表2 天山公路沿線氣象站地理參數(shù)

表3 天山公路沿線水文站各月及年降水量/mm

表4 天山公路沿線氣象站各月及年降水量/mm

2 天山公路地質(zhì)病害區(qū)域劃分主要條件

1）區(qū)域內(nèi)應(yīng)有氣象水文站代表站，即平均單站控制面積在100～200 km2以下，且分布比較均勻；具有較完整、詳細(xì)的工程地質(zhì)病害歷史發(fā)生記錄或降水量實(shí)際觀測(cè)資料以及暴雨洪水調(diào)查資料；各站點(diǎn)具有時(shí)間序列較完整的雨量資料、一定的地質(zhì)資料、水文資料和氣候資料。

2）區(qū)域內(nèi)具有典型工程地質(zhì)病害地理特征，工程地質(zhì)病害頻繁，受災(zāi)情況嚴(yán)重。

3）在劃分典型區(qū)域時(shí)，應(yīng)盡量避免將小區(qū)域分割開，區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件和氣象條件相差不大。

4）區(qū)域代表站24 h降水強(qiáng)度均值指標(biāo)≥26 mm為天山公路地質(zhì)病害多發(fā)區(qū)（A區(qū)）； 21～25 mm為天山公路地質(zhì)病害常發(fā)區(qū)（B區(qū)）；16～20 mm為天山公路地質(zhì)病害易發(fā)區(qū)（C區(qū)）。

根據(jù)上述原則，可繪制分區(qū)圖。將分區(qū)圖和水文氣象臺(tái)站分布圖以及野外考察結(jié)合起來，從而確定3個(gè)大區(qū)及9個(gè)特征小區(qū)，見表5[3]。

表5 9個(gè)特征區(qū)樁號(hào)及代表站

3 天山公路工程地質(zhì)病害區(qū)域臨界雨量確定

在一個(gè)流域或區(qū)域內(nèi)，降雨量達(dá)到或超過某一量級(jí)和強(qiáng)度時(shí)，該流域或區(qū)域?qū)l(fā)生暴雨洪水、泥石流、滑坡等公路工程地質(zhì)病害。把這時(shí)的降雨量和降雨強(qiáng)度，稱為該流域或區(qū)域的臨界雨量（強(qiáng)）。

3.1 利用單站臨界雨量分析區(qū)域臨界雨量

因影響臨界雨量的因素很多，且各種因素的定量關(guān)系難以描述，各次激發(fā)災(zāi)害發(fā)生的雨量不完全相同，因此區(qū)域內(nèi)各站的臨界雨量也不盡相同。根據(jù)計(jì)算出的區(qū)域內(nèi)各單站臨界雨量初值來確定區(qū)域臨界雨量，這種方法稱為單站臨界雨量法。區(qū)域臨界雨量的取值不是一個(gè)常數(shù)，而是有一個(gè)變幅，變幅一般在Rtmin及之間。在該變幅內(nèi)，區(qū)域中達(dá)到臨界雨量的站點(diǎn)相對(duì)較多，但不是全部。只要降雨量在該變幅內(nèi)，區(qū)域內(nèi)就有可能發(fā)生工程地質(zhì)病害。臨界雨量變幅不能過大，否則對(duì)工程地質(zhì)病害防治意義不大。

根據(jù)前面關(guān)于臨界雨量的確定方法，結(jié)合不同地區(qū)的降水特點(diǎn)，計(jì)算出天山公路周圍各站點(diǎn)24 h的臨界雨量值，見表6。

表6 工程地質(zhì)病害各氣象站24 h臨界雨量表/mm

3.2 天山公路區(qū)域工程地質(zhì)病害臨界雨量的分析計(jì)算

根據(jù)區(qū)域內(nèi)各雨量站歷史工程地質(zhì)病害發(fā)生時(shí)間表，收集對(duì)應(yīng)的雨量資料（區(qū)域內(nèi)只要有一個(gè)站發(fā)生工程地質(zhì)病害，視為該區(qū)域內(nèi)發(fā)生了工程地質(zhì)病害，則區(qū)域內(nèi)所有雨量站都要收集和統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)的降雨過程資料），降雨過程的劃分與單站方法相同。

計(jì)算區(qū)域內(nèi)與歷次工程地質(zhì)病害對(duì)應(yīng)的各時(shí)段最大面平均雨量。假設(shè)區(qū)域內(nèi)共有S個(gè)雨量站，共發(fā)生工程地質(zhì)病害N次，共統(tǒng)計(jì)T個(gè)時(shí)段的面平均雨量。面平均雨量的計(jì)算可采用算術(shù)平均法、泰森多邊形法、雨量等值法等多種方法，但要保證計(jì)算精度。Rtj為t時(shí)段第j次工程地質(zhì)病害對(duì)應(yīng)雨量過程中的最大面平均雨量（通過滑動(dòng)平均得出），則區(qū)域內(nèi)各時(shí)段有N個(gè)（每場(chǎng)災(zāi)害一個(gè)）最大面平均雨量值。

區(qū)域臨界雨量初值的確定:統(tǒng)計(jì)N次工程地質(zhì)病害各時(shí)段最大雨量面平均值的最小值，即為各時(shí)段區(qū)域工程地質(zhì)病害臨界雨量初值：

3.3 天山公路無資料區(qū)域臨界雨量的確定

采用內(nèi)插法與比擬法結(jié)合，同時(shí)根據(jù)實(shí)例調(diào)查進(jìn)行區(qū)域臨界雨量值的參數(shù)確定，再依據(jù)災(zāi)害與降雨頻率分析法確定無資料地區(qū)區(qū)域臨界雨量和各歷時(shí)臨界雨量的頻率分析,見表7。

依據(jù)表7，結(jié)合天山公路工程地質(zhì)病害發(fā)生頻率以及植被覆蓋情況，確定天山公路工程地質(zhì)病害區(qū)域臨界雨量，見表8。

表7 天山公路區(qū)域代表站各歷時(shí)臨界雨量/mm

表8 天山公路工程地質(zhì)病害區(qū)域各歷時(shí)臨界雨量成果表/mm

進(jìn)一步分析表8可以看出，A1和B1反映普遍規(guī)律，B2和A2反映特殊規(guī)律，從而揭示天山公路工程地質(zhì)病害區(qū)域各歷時(shí)臨界雨量具有普適性和特殊性。這主要是由地質(zhì)條件、地形以及天氣系統(tǒng)所致。

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