馮馨瑩呼和浩特鐵路局包頭工務段

探究鐵路水害致災模式與預警預報方法

馮馨瑩
呼和浩特鐵路局包頭工務段

摘要：鐵路是我國交通運輸系統(tǒng)的重要組成部分，對于人們的日常出行和生命財產安全都有著重要影響，因此，保證鐵路運行的安全穩(wěn)定十分重要。但是，在實際當中，存在著許多容易導致鐵路受災的隱患，比如水害等，會給鐵路運行安全造成不良影響。本文就以水害為研究對象，對其導致鐵路災害的模式進行分析，并探究了預警預報的方法，以提高鐵路運行的安全性。

關鍵詞：鐵路；水害致災模式；預警預報方法

隨著我國社會經濟的快速發(fā)展，鐵路作為交通運輸?shù)闹饕緩剑渲匾匀找嫱伙@，確保鐵路安全運行是當前鐵路工作的重點內容。水害是引起鐵路災害的主要原因之一，對于水害致災模式進行研究，探索科學的預警預報方法，有著十分重要的現(xiàn)實意義。

一、鐵路水害致災模式

（一）溜坍和滑坡引起鐵路災害

由于鐵路的路基和路塹相對角度較為緩、施工邊坡中的風化或結構松散的部分與基巖出現(xiàn)分離，給溜坍問題的發(fā)生提供了條件，在大雨時邊坡滲入水，穩(wěn)定性降低，導致溜坍問題的發(fā)生，最終危害鐵路[1]部分鐵路位于山區(qū)破碎帶地形，在施工過程中，會暴露軟弱巖層，使其形成滑床軟弱面，加上坡前的牽引力增大，邊坡的穩(wěn)定性降低，出現(xiàn)水害時，導致邊坡坡體失去穩(wěn)定后發(fā)生下滑，給鐵路造成災害。

（二）泥石流和崩塌引起鐵路災害

若是鐵路邊坡含有大量的風化破碎巖體或者松散堆積物，當出現(xiàn)大量降水時，大量的地表水就會攜帶邊坡巖體，形成泥石流災害，給鐵路造成沖擊，發(fā)生掩埋、毀壞等災害。

由于施工中降低了基巖和危巖之間的緊密性，給邊坡的穩(wěn)定性和結構造成破壞，出現(xiàn)水害時，膠結面摩擦阻力會被進一步降低，當這個阻力值下降到坡體下滑力以下時，就會導致崩塌災害的發(fā)生，給鐵路造成影響。

二、鐵路水害致災預警預報方法

水害引起鐵路災害的最主要原因是大量降水或者水流導致鐵路邊坡的穩(wěn)定性降低，因此，在預警預報時，就需要對降水量進行預警。為保證該方法的效果，可以采取“精細化”預警的方式，其是通過對預警雨量閾值的“精”、“細”化處理，保證預警目標的準確性，從而提高預警預報的效果。本文就分別針對上述四種水災致災模式，對于區(qū)域內預警雨量閾值計算方法進行分析。

（一）滑坡和溜坍的預警雨量閾值計算

滑坡和溜坍的預警雨量閾值計算方法主要有土工參數(shù)反演、擬合土工參數(shù)與含水率公式以及模糊BP神經網絡算法三種，其基礎為監(jiān)測到防洪區(qū)域內20％的雨量滑坡；對于剩下未能監(jiān)測到的80％雨量滑坡，通常采用反算含水率值，然后利用閾值模型計算閾值。

1.土工參數(shù)反演法

土工參數(shù)反演法的具體措施是先對鐵路邊坡工程的相關文件和水災現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)進行收集，然后分析出邊坡的參數(shù)、滑動面的剖面圖，再根據(jù)原先勘查數(shù)據(jù)得到滑坡發(fā)育的各個過程和性質，從而選取適當?shù)姆€(wěn)定性系數(shù)，最后通過極限平衡的公式計算得到滑坡的土體參數(shù)，將其控制在合理范圍之內[2]。

極限平衡采取是瑞典圓弧法，其公式為：

2.擬合土工參數(shù)與含水率公式法

土工參數(shù)c和Ф代表的分別是粘聚力和內摩擦角，與含水率之間有著非線性關系，當坡體中的含水率著增大時，在c和Ф作用下的坡體抗剪強度會出現(xiàn)下降。根據(jù)土工參數(shù)和含水率公式之間的關系，可以利用最小二乘法來計算得到鐵路邊坡“最可能”表現(xiàn)和“最佳”結果，從而得到預警的雨量閾值，進行預警預報。其中，土工參數(shù)是通過土工試驗得到的，含水率為水重于水土總重的比值。

3.模糊BP神經網絡算法

在鐵路水害致災過程中，水害對于鐵路災害的影響過程是非常復雜的，降水滲入邊坡會受降雨量大小、邊坡的土質和坡度以及周邊植被情況等許多因素的影響，在現(xiàn)有的模型試驗和理論推導兩種計算方法下，都無法精確計算得到土體受降水影響的準確值。而模糊BP神經網絡算法具有適應和自組織的功能，可以完成對非連續(xù)性函數(shù)的調整，通過學習、聯(lián)想、識別和處理等過程，得到含水率和降雨量之間的模型，從而計算出相對準確的預警雨量閾值。BP算法是一種學習規(guī)則，具體為：ΔWj=ηr[Wj(t),X(t),dj(t)]X(t)。

（二）泥石流和崩塌預警雨量閾值的計算

泥石流和崩塌預警雨量閾值的計算，通常是通過調查災害區(qū)域的雨量資料，然后綜合利用預測、回歸等數(shù)學計算的方法，來得到相應的雨量閾值，從而建立相應的災害危險性、發(fā)生可能性的預警預報系統(tǒng)。

1.建立泥石流啟動模型

泥石流啟動模型多是利用PFC二維顆粒流軟件來建立的，其理論基礎是不連續(xù)介質力學，利用離散單元的方法來模擬泥石流發(fā)生過程中土體微觀顆粒之間的相互作用和運動，從而模擬泥石流發(fā)生時巖土變大變形等方面的數(shù)值。整個泥石流啟動PFC模型的建立是基于泥石流發(fā)生的降水滲入、巖土體軟如和崩滑堆積三個過程的，其數(shù)據(jù)依賴于對災害勘察的相關資料[3]。

2.確定泥石流啟動含水率值

在泥石流啟動模型建立模型基礎上，利用“墻”命令，通過設置相應的重力加速度、原始強度和堆積體積密度等參數(shù)，將數(shù)量、直徑大小合適的不規(guī)則顆粒結構置于“墻”上循環(huán)運行，借助此泥石流形成的模擬過程和輔助監(jiān)測軟件，可以觀測到含水率與泥石流發(fā)生之間的關系，將其與實際案例相比較，就能夠確定泥石流啟動的含水率值，將此設為預警雨量閾值，能夠起到良好的預警預報效果。（以上兩點是否能加入公式？資料上只提了理論，沒有合適的公式）

結語：

綜上所述，水害致使鐵路災害發(fā)生的模式是多種多樣的，給鐵路交通運輸穩(wěn)定安全造成不良影響，因此，必須加強對水害的預警預測。鐵路水害致災的預警預測，需要根據(jù)災害發(fā)生的不同種類，采取不同計算方法設計合理的預警閾值，將鐵路水害致災控制在可接受范圍之內，從而保證鐵路的安全性和經濟性。

參考文獻：

[1]王寶祥.襄渝線安康段鐵路水害成因與防洪對策[J].南水北調與水利科技,2013,1:150-153.

[2]劉府生.東南山區(qū)鐵路水害的體會與反思[J].交通科技,2011,3:145-147.

[3]周銘湘.渝懷鐵路水害分析與防治[J].山西建筑,2011,1:123-125