探究铁路水害致灾模式与预警预报方法

冯馨莹呼和浩特铁路局包头工务段

探究铁路水害致灾模式与预警预报方法

冯馨莹
呼和浩特铁路局包头工务段

摘要：铁路是我国交通运输系统的重要组成部分，对于人们的日常出行和生命财产安全都有着重要影响，因此，保证铁路运行的安全稳定十分重要。但是，在实际当中，存在着许多容易导致铁路受灾的隐患，比如水害等，会给铁路运行安全造成不良影响。本文就以水害为研究对象，对其导致铁路灾害的模式进行分析，并探究了预警预报的方法，以提高铁路运行的安全性。

关键词：铁路；水害致灾模式；预警预报方法

随着我国社会经济的快速发展，铁路作为交通运输的主要途径，其重要性日益突显，确保铁路安全运行是当前铁路工作的重点内容。水害是引起铁路灾害的主要原因之一，对于水害致灾模式进行研究，探索科学的预警预报方法，有着十分重要的现实意义。

一、铁路水害致灾模式

（一）溜坍和滑坡引起铁路灾害

由于铁路的路基和路堑相对角度较为缓、施工边坡中的风化或结构松散的部分与基岩出现分离，给溜坍问题的发生提供了条件，在大雨时边坡渗入水，稳定性降低，导致溜坍问题的发生，最终危害铁路[1]部分铁路位于山区破碎带地形，在施工过程中，会暴露软弱岩层，使其形成滑床软弱面，加上坡前的牵引力增大，边坡的稳定性降低，出现水害时，导致边坡坡体失去稳定后发生下滑，给铁路造成灾害。

（二）泥石流和崩塌引起铁路灾害

若是铁路边坡含有大量的风化破碎岩体或者松散堆积物，当出现大量降水时，大量的地表水就会携带边坡岩体，形成泥石流灾害，给铁路造成冲击，发生掩埋、毁坏等灾害。

由于施工中降低了基岩和危岩之间的紧密性，给边坡的稳定性和结构造成破坏，出现水害时，胶结面摩擦阻力会被进一步降低，当这个阻力值下降到坡体下滑力以下时，就会导致崩塌灾害的发生，给铁路造成影响。

二、铁路水害致灾预警预报方法

水害引起铁路灾害的最主要原因是大量降水或者水流导致铁路边坡的稳定性降低，因此，在预警预报时，就需要对降水量进行预警。为保证该方法的效果，可以采取“精细化”预警的方式，其是通过对预警雨量阈值的“精”、“细”化处理，保证预警目标的准确性，从而提高预警预报的效果。本文就分别针对上述四种水灾致灾模式，对于区域内预警雨量阈值计算方法进行分析。

（一）滑坡和溜坍的预警雨量阈值计算

滑坡和溜坍的预警雨量阈值计算方法主要有土工参数反演、拟合土工参数与含水率公式以及模糊BP神经网络算法三种，其基础为监测到防洪区域内20％的雨量滑坡；对于剩下未能监测到的80％雨量滑坡，通常采用反算含水率值，然后利用阈值模型计算阈值。

1.土工参数反演法

土工参数反演法的具体措施是先对铁路边坡工程的相关文件和水灾现场勘查数据进行收集，然后分析出边坡的参数、滑动面的剖面图，再根据原先勘查数据得到滑坡发育的各个过程和性质，从而选取适当的稳定性系数，最后通过极限平衡的公式计算得到滑坡的土体参数，将其控制在合理范围之内[2]。

极限平衡采取是瑞典圆弧法，其公式为：

2.拟合土工参数与含水率公式法

土工参数c和Ф代表的分别是粘聚力和内摩擦角，与含水率之间有着非线性关系，当坡体中的含水率着增大时，在c和Ф作用下的坡体抗剪强度会出现下降。根据土工参数和含水率公式之间的关系，可以利用最小二乘法来计算得到铁路边坡“最可能”表现和“最佳”结果，从而得到预警的雨量阈值，进行预警预报。其中，土工参数是通过土工试验得到的，含水率为水重于水土总重的比值。

3.模糊BP神经网络算法

在铁路水害致灾过程中，水害对于铁路灾害的影响过程是非常复杂的，降水渗入边坡会受降雨量大小、边坡的土质和坡度以及周边植被情况等许多因素的影响，在现有的模型试验和理论推导两种计算方法下，都无法精确计算得到土体受降水影响的准确值。而模糊BP神经网络算法具有适应和自组织的功能，可以完成对非连续性函数的调整，通过学习、联想、识别和处理等过程，得到含水率和降雨量之间的模型，从而计算出相对准确的预警雨量阈值。BP算法是一种学习规则，具体为：ΔWj=ηr[Wj(t),X(t),dj(t)]X(t)。

（二）泥石流和崩塌预警雨量阈值的计算

泥石流和崩塌预警雨量阈值的计算，通常是通过调查灾害区域的雨量资料，然后综合利用预测、回归等数学计算的方法，来得到相应的雨量阈值，从而建立相应的灾害危险性、发生可能性的预警预报系统。

1.建立泥石流启动模型

泥石流启动模型多是利用PFC二维颗粒流软件来建立的，其理论基础是不连续介质力学，利用离散单元的方法来模拟泥石流发生过程中土体微观颗粒之间的相互作用和运动，从而模拟泥石流发生时岩土变大变形等方面的数值。整个泥石流启动PFC模型的建立是基于泥石流发生的降水渗入、岩土体软如和崩滑堆积三个过程的，其数据依赖于对灾害勘察的相关资料[3]。

2.确定泥石流启动含水率值

在泥石流启动模型建立模型基础上，利用“墙”命令，通过设置相应的重力加速度、原始强度和堆积体积密度等参数，将数量、直径大小合适的不规则颗粒结构置于“墙”上循环运行，借助此泥石流形成的模拟过程和辅助监测软件，可以观测到含水率与泥石流发生之间的关系，将其与实际案例相比较，就能够确定泥石流启动的含水率值，将此设为预警雨量阈值，能够起到良好的预警预报效果。（以上两点是否能加入公式？资料上只提了理论，没有合适的公式）

结语：

综上所述，水害致使铁路灾害发生的模式是多种多样的，给铁路交通运输稳定安全造成不良影响，因此，必须加强对水害的预警预测。铁路水害致灾的预警预测，需要根据灾害发生的不同种类，采取不同计算方法设计合理的预警阈值，将铁路水害致灾控制在可接受范围之内，从而保证铁路的安全性和经济性。

参考文献：

[1]王宝祥.襄渝线安康段铁路水害成因与防洪对策[J].南水北调与水利科技,2013,1:150-153.

[2]刘府生.东南山区铁路水害的体会与反思[J].交通科技,2011,3:145-147.

[3]周铭湘.渝怀铁路水害分析与防治[J].山西建筑,2011,1:123-125