泥石流灾变控制与模型化分析方法

论文摘要

泥石流减灾主要遵循“疏导、拦挡、排导”等灾前防御理念,但分析方法体系尚不完善,有些方法偏于经验性。若能够为泥石流灾前防御及灾后响应备灾等主动式减灾提供理论分析模型,将有助于推行主动式减灾,更好地实现“防止灾害于发生之前,减少损失于发生之后”。围绕泥石流减灾的模型化分析问题,依托雅泸高速公路的泥石流减灾项目,以及M8.0汶川地震和M9.0东日本地震的泥石流、碎屑流等灾害的科学考察项目,探讨更为规范的、定量化程度更高的、适合工程应用的泥石流减灾分析模型。主要研究工作和成果如下：(1)采用系统论和控制论的模型概念和方法,规范化泥石流减灾分析模型的建立,形成了泥石流减灾分析的一些基本模型,涉及泥石流的灾害损失预测和灾情估测、减灾效果预测、减灾方案优化问题；(2)泥石流灾害损失计算模型的研究中,类比材料破坏的强度条件公式,建立了泥石流灾变损失与灾变影响因素的关系表达式,即泥石流灾变模型。该模型从理论上验证了风险模型中危险性与易损性相乘关系的合理性,同时揭示了承灾区场地条件对泥石流灾变风险的影响作用,能够用于风险预测和灾情估测；(3)考虑泥石流减灾措施对灾变影响因素的调节效果,建立了泥石流灾变控制模型,并在数学规划方法的框架下,提出了泥石流灾变控制优化分析模型、基本灾变控制模式,以及可行方案集分析方法,为泥石流减灾效果分析、减灾方案的提出及优化提供了一条较为便利的理论途径；(4)在泥石流减灾分析的基础理论问题上,探讨了泥石流启动现象和阻力规律,指出了泥石流启动与运动的相关性,并将泥石流启动与运动作为整体考虑,推导了基于动量守恒的泥石流运动糙率公式,为糙率系数的确定提供了一种较为客观的理论方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 研究现状分析
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 泥石流减灾分析的模型化
• 1.2.3 泥石流减灾分析模型的规范化和定量化
• 1.2.4 有待进一步研究的问题
• 1.3 本文研究内容和研究方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法和技术路线
• 第二章 泥石流灾变控制分析的基本模型
• 2.1 概述
• 2.2 泥石流灾变系统的概念、要素及其关系
• 2.2.1 系统论与控制论的相关概念
• 2.2.2 灾变与灾变控制的概念
• 2.2.3 灾变系统要素及其关系
• 2.3 泥石流灾变模型
• 2.3.1 材料力学的变形强度条件
• 2.3.2 泥石流灾变的结构性破坏和功能性破坏
• 2.3.3 人工建造物结构性破坏的计算模型
• 2.3.4 人工建造物灾变损失的计算模型
• 2.3.5 人员与附属财物灾变损失的计算方案
• 2.3.6 泥石流灾变损失的计算方案
• 2.4 泥石流灾变控制模型与优化分析模型
• 2.4.1 泥石流减灾效益的类型
• 2.4.2 泥石流灾变控制效益与成本的计算模型
• 2.4.3 泥石流灾变控制的优化分析模型
• 2.5 泥石流灾变与风险的关系
• 2.5.1 泥石流风险与风险的定量评价（QRA）
• 2.5.2 泥石流灾变预测与风险预测
• 2.5.3 泥石流灾变影响因素与风险影响因素的关系
• 2.5.4 泥石流灾变估测
• 2.5.5 泥石流灾变与风险的异同点
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于伯努利试验概型的泥石流灾变危险性分析方法
• 3.1 概述
• 3.2 伯努利试验概型及其计算方法
• 3.3 不同规模泥石流发生概率计算方法
• 3.4 泥石流危险性的量化模型及算法
• 3.5 实例分析
• 3.6 讨论
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于事件树的泥石流灾变风险性分析方法
• 4.1 概述
• 4.2 事件树分析方法
• 4.3 泥石流灾变的事件树
• 4.4 计算方案与实例分析
• 4.4.1 计算方案
• 4.4.2 实例（一）
• 4.4.3 实例（二）
• 4.5 本章小结
• 第五章 泥石流启动现象分析和运动糙率公式
• 5.1 概述
• 5.2 泥石流启动现象分析
• 5.2.1 泥石流启动机理研究现状
• 5.2.2 泥石流启动与运动、堆积的相关性
• 5.2.3 泥石流启动定义的建议
• 5.2.4 泥石流启动的阶段性
• 5.2.5 泥石流启动影响因素
• 5.3 泥石流运动糙率公式的推导
• 5.4 实例分析和讨论
• 5.5 本章小结
• 第六章 泥石流灾变控制模式与可行方案集
• 6.1 概述
• 6.2 泥石流灾变各阶段的控制模式
• 6.2.1 泥石流启动阶段
• 6.2.2 泥石流致灾演化阶段
• 6.3 不同理念的泥石流灾变控制模式
• 6.3.1 灾前防御理念
• 6.3.2 灾后响应理念的泥石流灾变控制模式
• 6.4 不同承灾体类型的灾变控制模式
• 6.4.1 高速公路承灾特点与灾变控制基本模式
• 6.4.2 乡村承灾特点及灾变控制基本模式
• 6.5 近期灾难事件的启示
• 6.5.1 2003年枝柳铁路卓福隧道泥石流灾害
• 6.5.2 2007年日本群马县南牧村泥石流灾害
• 6.5.3 2009年汶川地震灾区清平乡泥石流灾害
• 6.5.4 M9.0级东日本地震地质灾害和海啸灾难
• 6.6 减灾的教育培训问题
• 6.7 减灾的信息技术问题
• 6.8 泥石流灾变控制的可行方案集与实例分析
• 6.9 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的主要科研成果