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1、附件1编号： 年 号广西交通科技项目计划任务书项目名称： 高速公路改扩建工程高边坡施工对运营安全的影响评估 及控制技术 承担单位： 广西交通投资集团有限公司 协作单位： 长沙理工大学 推荐单位：广西交通投资集团有限公司 起止年限： 2012.012015.6 项目负责人： 罗根传 项目联系人： 程耀飞 ； 联系电话： 0771-5811973 填报日期： 2011.5.19 一、 研究的背景、目的、意义和国内外概况：受高速公路建设当时社会经济水平、技术水平和建设思想的制约，我国已建成的高速公路主要以双向四车道为主。随着国民经济的发展，某些高速公路将不能满足交通增长要求，需扩大通行能力，增加车道
2、数。在各省对高速公路路网进行规划时，在面对同向路网扩容（路线加密）后还需不需要对原有路段进行扩建（路线加粗）的问题时，或者是在面临扩建与扩容的谁先实施的问题上，各省已经基本上达成了共识，那就是扩容代替不了扩建，当然扩建也代替不了扩容啊，只有当扩容和扩建互为补充与完善，才能实现高速公路的可持续性发展。自1997年8月，我国首条高速公路改扩建工程-广佛高速公路改扩建工程动工以来，目前，京港澳河南段、沈大、京津、沪宁、杭雨、沪杭等高速公路已在进行拓宽或通道扩容，京石、济青、西宝等高速公路也正在进行通道扩建方案的研究规划，津京唐高速公路等的加宽也在可行性研究之中。结合国外经验及根据国家未来经济发展，可
3、以断言，全国主要经济干线走廊带内，如京广、京沪、京沈等，远期将需要10车道左右的高速公路的通行能力。因此，从长远发展和经济效益的角度讲，高速公路的扩建改扩建工程施工中的关键技术将是本世纪初我国公路建设函待解决和必须解决的重要问题。广西是西南地区最便捷的出海通道，也是中国西部资源型经济与东南开放型经济的结合部，在中国与东南亚的经济交往中占有重要地位。自广西省高速公路路网与外省对接以来，其与周边各省的经济往来日益密切，交通量不断增长，为满足未来经济发展要求，将逐步对各条路线实施加宽改造。目前，南宁柳州桂林高速公路四车道改八车道改扩建工程已进入实质性筹备阶段，其高边坡施工过程中有如下问题亟待解决：
4、高速公路经过的路线较长，沿线地形地貌、地质条件、旧路基现状、结合方式均不相同，实施高边坡改造时有可能局部或整体改变原有的支护方式，其稳定性不仅对扩建工程本身十分重要，更为严重的是有可能造成运营安全事故； 岩质边坡爆破开挖引起的溅落石块甚至边坡失稳亦极有可能造成交通中断和运营风险； 现有高速公路在选线时进行了最大限度的优化，而改扩建时无论是拼宽还是分离，所遇到的地形条件、地质条件均有可能极为复杂，必须在设计和施工中予以充分的考虑。综上所述，高速公路改扩建技术是未来交通基础设施改造的关键内容之一，结合工程需求建立改扩建工程高边坡施工对运营安全的影响评估，并提出相应的控制技术尤为重要。为此，广西交通
5、投资集团有限公司拟与长沙理工大学联合，开展广西交通科技计划项目高速公路改扩建工程高边坡施工对运营安全的影响评估及控制技术的联合攻关，对广西高速公路改扩建工程边坡施工过程中的运营安全风险评估、施工过程中的交通组织、安全控制技术与措施等各个方面进行系统化研究，以确保高速公路改建拓宽工程中的运营安全，提高保通水平。二、主要研究内容本项目拟分4个子题开展研究，包括：专题一：改扩建工程高边坡施工过程中的稳定性评估技术 (1) 收集原有边坡防护方案资料，结合工程地质勘察成果，采用原位波速测试、震动响应分析、辛普森杆试验方法等室内与原位测试方法，研究广西典型高边坡岩土体基本物理参数、弹性模量、强度指标、动剪
6、切模量、动弹性模量、动强度等动力学与静力学计算参数的取值规律。(2) 考虑施工过程的变形累加效应，综合采用极限平衡法、三维数值分析方法对高边坡改扩建工程施工方案进行稳定性评估，确定较为合理的分析方法。(3) 通过多组计算确定最优施工工艺，如开挖分级数、每级开挖深度、关键防护点等；综合经济性、环境效应等指标确定改扩建工程高边坡施工的优化原则和优化方法。专题二：改扩建工程岩质边坡爆破施工的安全评估技术(1) 采用岩质边坡模拟场地试爆的方法，对岩质边坡不同爆破工艺进行分析，研究各种孔网参数、装药参数、爆炸参数等对爆破效率的影响及其引起的飞溅石块强度和范围。(2) 采用三维离散元方法，对具有不同大小及
7、滚落高度特征石块的影响范围进行计算分析，同时结合稳定性评估方法分析不同爆破方法对岩质边坡稳定性的影响。(3) 根据上述分析研究结果，提出改扩建工程岩质边坡爆破施工的安全评估技术。专题三：改扩建工程高边坡施工过程的运营安全分析 (1) 分析改扩建工程高边坡的各种施工方案，确定各施工工序的安全等级，辨识其中存在的风险源。(2) 基于R=PC模型和模糊综合评价原理，综合考虑风险因素的发生概率及损失严重程度对风险水平的影响，建立施工风险多层次模糊综合评价数学模型。(3) 采用建立的多层次模糊综合评价数学模型，对改扩建工程高边坡施工过程中的运营安全进行风险评价，确定各层次风险因素及工程施工整体的风险等级
8、模糊集，确定各施工工序的运营风险等级与风险分布状态，为制定相应的交通组织方案提供参考依据。专题四：改建工程高边坡施工中运营安全控制技术与管理措施 (1) 分析改扩建工程高边坡施工过程中所必要道路封闭范围，通过运营安全风险分析确定施工过程中的关键工序，结合交通保通要求，提出确定施工过程中交通组织方案的基本原则和调整方法，以减少施工过程中的运营风险。(2) 基于改扩建工程中高边坡变形及稳定性分析成果，结合光纤位移测量方法、无线数据传输技术、现场视频监控技术等高边坡施工监控新技术，提出高边坡施工变形与安全监测方案，分别在坡上、坡中及坡下的变形进行施工期观测；提出预警指标，为实施安全控制提供依据。(3
9、) 编制高边坡改扩建工程边坡施工过程中运营安全控制技术指南，并在依托工程推广应用。三、关键技术及主要技术经济指标1拟采取的技术路线本项目将采用开发、总结、引进和集成的研究思路，集成国内外已有研究成果，通过文献调研、现场调查、理论分析、数值计算等手段，研究改扩建工程边坡稳定性评价方法；借助理论分析、试验，提出保障运营安全的边坡爆破新技术或新工艺；引入风险分析理论，建立高速公路改扩建施工过程中运营安全评估模型；基于风险评价结论，建立改扩建工程的高边坡施工运营安全控制技术，并将其应用于依托工程，全面提高广西高速公路改扩建工程运营安全水平和边坡施工质量。技术路线见下图1。2拟解决的关键技术(1) 改扩
10、建工程高边坡施工方案稳定性评估方法；(2) 改扩建工程岩质边坡爆破施工的安全评估技术；(3) 改扩建工程高边坡施工过程中运营安全风险分析模型的建立；(4) 考虑交通保通要求的改扩建工程高边坡施工安全控制技术。图1 技术路线图3主要技术指标(1) 高边坡改扩建工程边坡施工安全控制技术指南；(2) 提出高速公路改扩建工程高边坡施工对运营安全的风险评价方法；(3) 提出创新性研究成果，申请1-2项技术专利；开发具有完全自主知识产权的改扩建边坡施工运营安全风险评价软件1项，研究成果鉴定水平达到国际先进水平；(4) 在核心期刊上公开发表与本项目研究成果相关学术论文8篇以上；(5) 以项目研究为依托，培养
11、博士、硕士研究生3名以上；4主要经济指标通过本项目的研究，可以解决高速公路改扩建工程边坡施工过程的运营安全问题，提高改扩建工程保通水平。本项目对高边坡扩建过程中的稳定性进行分析，确定各施工工序的运营风险等级，以此制定交通组织方案，能有效保证高速公路运营安全，其成果具有良好的经济效益和社会效益，可在今后山区高速公路改扩建工程中推广应用。本项研究将确保高速公路改扩建施工过程中运营安全控制技术的科学性、先进性和实用性；研究成果将达到国际先进水平。预计课题研究成果的应用将会直接和间接创造1亿元以上的经济效益。四、准备工作情况，现有基础和条件（一）国内外现状1 、高速公路改扩建工程发展现状对于高速公路发
12、展情况分析，大致可以分三个阶段：1933年-1960年发达国家的发展阶段，1960年-1980年中等发达国家得到发展，1980年至今发展中国家发展迅猛。 高速公路起源于德国，至1991年德国高速公路总里程达到1.1万公里并连接成网，使全国5万人以上的城市和5万人以下的城市90%通了高速公路，构成了欧洲最庞大的公路网。1990年制订的州际高速公路发展计划将新建高速公路2313公里，改建高速公路2380公里。 美国是世界上拥有高速公路最多的国家，他们从上世纪50年代就开始有计划建设高速公路。1956年国会通过了州际和国防高速公路网计划法案，计划建设连接5万人以上的城市，服务于全国约6.8万公里的公
13、路网，其中有许多原来双向2车道的干线公路拼宽为单线2车道，但这些公路在七、八十年代后因为路基横断面和路线几何设计的缺陷，出现了不少问题，这为修改美国四、五十年代规范提供了宝贵的经验，总结这些经验后，美国高速公路发展时就注重在规划和设计时坚持长远的观点，例如美国的高速公路中间带通常设计较宽，1967年出版的AASHTO规范中推荐的最小的中间带宽18-24m，靠城区的中间带宽7-9m。较宽的中间带有利于中央分隔带排水、管线和交通安全等设施的布置，有利于行车安全，更方便于将来高速公路的扩容。 日本高速公路兴建于上世纪60年代，日本的第一条高速公路是连接名古屋和神户的全长190km的名神高速公路，建于
14、1963年7月。到2000年末己经修建7600公里的高速公路，实现“一日之国”的夙愿。1999年将鹿沼宇都宫的高速公路由四车道改建为六车道。 我国高速公路在“七五”期间，建成了沪嘉、沈大、广佛、西临为代表的高速公路，实现了我国高速公路零的突破。经过“八五”、“九五”和“十五”，不到20年时间，高速公路总里程3.2万多公里，跃居世界第二位。我国高速公路建设成绩是巨大的。我国已建成的高速公路主要以双向四车道为主。随着国民经济的发展，某些高速公路将不能满足交通增长要求，需扩大通行能力，增加车道数。通过对交通流量的调查分析表明，我国上个世纪90年代以来建成通车的11条重要高速公路，从投入使用到车流量饱
15、和，平均只有9.4年的时间，远远低于设计年限。在各省对高速公路路网进行规划时，在面对同向路网扩容（路线加密）后还需不需要对原有路段进行扩建（路线加粗）的问题时，或者是在面临扩建与扩容的谁先实施的问题上，各省已经基本上达成了共识，那就是扩容代替不了扩建，当然扩建也代替不了扩容啊，只有当扩容和扩建互为补充与完善，才能实现高速公路的可持续性发展。一般来说，在不考虑其他因素的情况下，当道路水平判断值V/C（V/C为各级服务水平最大服务交通量与基本通行能力之比）达到0.550.65时，结合老路大修为最好的改扩建时机。在这种情况下，河南省在全国率先启动的京港澳河南段的扩建工程正在紧张施工中。目前，沈大、京
16、津、沪宁、杭雨、沪杭、京港澳河北段、京港澳潭耒段等高速公路已在进行拓宽或通道扩容，京石、济青、西宝等高速公路也正在进行通道扩建方案的研究规划。此外京港澳河南段的安新、郑漯扩建已经完成，新郑、漯驻段得扩建正在紧张施工中。而广西的桂柳、柳南高速的扩建工程将于今年下半年即将全线启动。2、边坡稳定性分析及处治技术边坡是地壳表部一切具有临空面的地质体，具有一定的坡度和高度，是人工边坡和自然(岸)边坡的统称，同时也包含崩滑体。边坡自形成起，在重力、风化、地震和其它地质营力作用下，不断地发生变化，应力进行重分布，并随着边坡的演变，坡内岩土体发生不同形式的变形与位移。坡体在自重、水、震动力及其它因素作用下，常
17、常失稳而发生滑坡或崩塌，并可进一步造成地质灾害，其已同地震和火山相并列成为全球3大地质灾害之一，在全世界每年因边坡变形失稳造成了巨大的经济损失和社会影响。边坡的变形与破坏是岩土力学的应用性研究课题之一，边坡岩土体是经过多次反复的地质作用，经受过变形，遭受过破坏，形成一定的矿物成分、一定的结构、赋存于一定的地质环境中的地质体。因岩土体介质本身的复杂性和边坡工程的开放性，其所受到的影响因素比较多，所以边坡工程所涉及的领域和深度要比地基工程和地下铜室工程所涉及的广而深。近几年来，采矿、水利、交通和建筑等工程更加蓬勃发展，所形成的矿山边坡、大坝坝肩边坡、水库库岸边坡、铁路和公路的道路边坡等规模之大、数
18、量之多、环境之复杂、地质条件之复杂均是空前的，象长江三峡水利枢纽、南水北调工程和一些大型露天采矿工程等所涉及的边坡稳定性问题更是越来越突出，有的高度已达300-5OOm(大冶铁矿400m高)，有的甚至达800m，象溪洛渡水电站拱肩槽部位谷坡高陡，谷肩高程均在800m以上，左岸最大开挖坡高170250m，右岸最大开挖边坡高度160230m。国外新西兰某铜矿边坡高达1OOOm。边坡的破坏形式很多，如崩塌、滑坡、塌滑、倾倒、剥落及溃屈等，其中崩塌与滑坡是边坡破坏的主要形式。不同的行业有不同的划分，但基本上可划分为3大类：1)崩塌:这种破坏是边坡的表层岩体丧失稳定的结果，表现为坡面表层岩体突然脱离母体
19、，迅速下落并堆积于坡角，有时还伴随着岩体的翻滚和破碎。 2)倾倒:这种破坏是因为边坡内部存在一组倾角很陡的结构面，将边坡岩体切割成许多平行的块体，而临近坡面的陡立块体缓慢地向坡外弯曲和倒塌。3)滑坡:这种破坏是在较大范围内边坡沿某一特定的滑面发生的滑移。滑坡的形态，一般是四周被裂隙所圈定，滑面为平面或曲面，滑体上往往有滑坡台阶，滑坡后壁上可能有擦痕，滑动轴向在滑体运动速度最大的方向上。其中滑坡是边坡失稳破坏的主要形式，并且其破坏性最大。滑坡按滑坡面的形态可划分为三类:平面滑坡:边坡沿某一主要结构面发生滑动;楔形滑坡:当边坡岩体中存在两组以上结构面相互交切成楔形体，且结构面的组合交线小于边坡角但
20、大于其摩擦角时，容易发生破坏;圆弧性滑坡:在土体、散体结构的岩体和均质岩体中常发生这种破坏。影响边坡稳定性的影响因素很多，其主要因素如下：1)岩体结构因素:在岩体强度及稳定性分析中，结构面被认为是特别重要的因素，结构面强度比岩体本身的强度低很多。由于软弱结构面的存在，岩体的整体强度大大降低，这增大了岩体的变形性能和流变性质以及加深了岩体的不性、各向异性和非连续性等。大量的边坡工程失事证明，一个或多个结构面组合边界的剪切滑移、张拉破裂和错动变形是造成边坡岩体失稳的主要原因。从边坡稳定性考虑，应特别研究岩体结构面的成因类型、规模、连续性及间距、起伏度及粗糙度、表面结合状态及充填物、产状及其与边坡临
21、空面的关系等。 2)结构面的抗剪强度:结构面的抗剪强度是影响和计算边坡稳定的重要参数。对它的测定和选用应仔细研究，并考虑其与潜在破坏条件相协调。3)地下水:水对边坡岩体的稳定性的影响不仅是多方面的，而且是非常活跃的，大多数边坡岩体的破坏和滑动都与水的活动有关。水作为自然界极其常见的流体，常常影响岩石的变形过程，在很多情况下会加速甚至诱发岩石的变形与破坏。水在岩石中的作用与岩石的结构特征有很大关系，主要表现在两个方面，一是水的物理化学作用，其往往改变岩石的物质成分或结构，二是水的力学效应，这两种作用往往相互祸合，对岩石的受力过程产生复杂的影响。4)爆破震动:边坡岩体在爆破震动的瞬时冲击作用下，由
22、于爆破冲击波向四周扩散，当压缩波到达边坡自由面后，开始产生拉伸波，使岩体受到拉伸作用，可使原裂隙张开、扩展或产生新的裂隙，使岩体产生变形和破坏。5)其它因素:边坡的几何形状、后期的风化作用等因素。边坡稳定性分析评价的观点变化是随着人类理论方面的突破和实践经验的积累而变化的，特别是随着对岩土力学的认识而发展的，经历了3个阶段的发展。最初人们对边坡的稳定性分析重点放在单个边坡的稳定性分析上，并基于土力学原理进行简单的分析，忽略了岩体的结构特性，特别是软弱结构面对边坡岩体稳定性的影响。在岩体结构的概念提出和形成后，人们划出了岩体结构类型，提出了实体比例投影法，并用基于块体破坏的方式进行边坡稳定性评价
23、.后来随着岩体力学的发展，人们开始研究边坡稳定的变形破坏机制，在计算方面不仅应用了极限平衡，还应用了弹塑性力学理论，并且随着计算机技术和计算方法的发展，开展了各种数值模拟，其中最有代表性的是有限单元法。目前常用的稳定性分析法基本上可分为：工程地质类比法、极限平衡分析法、极限分析法、应力应变分析法、模型试验法、专家系统等几大类。（1）工程地质类比法 工程地质类比法是一种经验性的方法，它是根据某一地区已存在的占优势的或总体的表现中所取得工程地质知识，进行边坡工程稳定性的初步评价。目前随着勘测技术的发展和各种相应规范的完善，对边坡工程的地质评价越来越趋向于理性和科学化。目前倾向于综合采用现代遥感、遥
24、测技术及各种勘测技术(包括热释光、爆裂测温、扫描电镜等测龄技术)；现代数学力学新理论、新方法等，如各种数值分析、模糊数学、灰色系统理论、断裂力学和损伤力学及概率分析等，实现地质过程及各要素的定量描述和定量解释，并与现代计算机紧密结合起来，实现边坡变形破坏地质过程的定量计算模拟，为边坡工程的地质评价奠定了可靠的基础。（2）极限平衡分析法极限平衡理论是最经典的确定性分析方法，具体方法是将滑动趋势范围内的边坡岩土体按某种规则划分为一个个小条块，通过条块的平衡条件建立整个边坡的平衡方程，依次为基础进行边坡分析。其根据边坡和滑面大小的关系，可用来分析边坡的局部和整体稳定性问题。极限平衡法自从Fellen
25、ius提出圆弧滑动法来，己经出现了出现了数十种极限平衡分析法。传统的极限平衡法认为滑动面沿长度方向是不变的，这与实际不符。郭汉容在极限平衡公式中引入一个几何参数R,将单位走向边坡条块分析为扇形条块段分析，用于锥形边坡分析中;D. Stark等认为极限平衡二维分析中隐含破坏面垂直剖面方向无穷大繁荣假设与实际情况不符，建立了极限平衡三维分析法。（3）极限分析法极限分析法是运用塑性力学上、下限定理求解边坡稳定问题。上限定理解，即所谓能量法，通常需要假定一个滑裂面，并将滑坡体分为若干刚性块，然后构造一个协调位移场，根据虚功原理使结构处于极限平衡的外荷载。V. Y. F. Chen在Limiting a
26、nalysis and soil plasticity一书中全面阐述了用极限分析求解地基承载力、土压力和边坡稳定的原理。其中应用塑性力学上限定理求解边坡稳定的二维方法是在上限定理的支持下，应用最优化方法获得安全系数的理论解。（4）应力-应变分析法应力-应变分析法为确定性数学模型评价方法，主要包括有限单元法、边界元法、离散元法、块体理论(DDA)和流行元法等方法。极限平衡分析和极限分析法，均将滑面以上岩土体作为刚体、不满足变形协调条件，而应力应变分析法可模拟多种材料、本构关系和复杂边界条件的各种问题。目前在岩土工程的应力应变分析方面按材料力学介质特性划分，可分为基于连续介质力学的数值分析方法和基
27、于不连续介质力学的数值分析方法。基于连续介质的数值分析方法有有限元法、FLAC等，最典型的就是有限单元法。有限单元法是将岩土体看成变形体、可以有效的模拟材料的应力应变关系，还可以处理各种复杂的边界条件以及材料的非均匀性和各向异性，对边坡的应力分布、塑性区范围和位移等可进行有效的模拟，并可详细了解加固处理措施如锚索、抗滑桩等措施的作用机理和局部应力状态，了解边坡的变形破坏机制。目前有限单元法不仅已由线性发展到高度非线性和大变形问题，同时还可考虑流变、渗流、温度、热导与应力藕合，损伤、断裂以及流动和动力效应。在岩坡稳定性分析中，为了更好地反映节理、裂隙断层等的所产生的不连续性，出现了将岩体看作被完
28、全分割的块体镶嵌系统的分析方法。这些方法在分析发育充分的岩体变形和稳定问题时具有独特的优势，可以从另一方面真实地分析岩土体的各种力学行为。其中不连续变形分析方法以石根华博士和Goodman教授提出的(DDA)和离散单元法(DEM)最为著名，另外一些方法如刚体弹簧元法、界面元法、陈胜宏提出的块体单元方法，石根华通过研究DDA与有限元的数学基础，于1995年提出了DDA与有限元法的统一形式-数值流形方法NMM(numerical manifold method)。使得连续体、非连续体的整体平衡方程都可以用统一的形式来表达，可更好地反映岩体的连续与不连续性特征。（5）可靠性评价方法 影响边坡系统安全
29、的因素很多，有些因素具有不确定性或无法准确的知道，因而用概率模型-可靠性方法进行边坡稳定性评价是合适的。20世纪70年代后期，边坡工程界开始接受不确定性的概念，构造随机模型，采用概率论和数理统计知识，如可靠指标和破坏概率来评价边坡的安全度。祝玉学等在边坡可靠性分析中做了大量的工作，他指出可靠性评价方法只是安全度问题的一种方法，是确定性方法的发展和补充，因边坡系统随机因素太多，难以确定各因素的概率，该方法还需进一步的研究。 （6）专家系统随着人类的进步和工程经验以及工程实例的积累，我们已可以建立起相应的数据库。边坡工程地质数据库就是收集已有的多个自然斜坡、人工边坡实例的计算机软件。它按照一定的格
30、式，把各个边坡实例的发育地点、地质特征、变形破坏影响因素、形式、过程、加固设计以及边坡的坡高、坡角、坡形等因素收录起来，并有机地结合在一起，可以从中方便查得相似程度最高的实例进行对比。专家系统是一种按学科及相关科学专家的水平进行推理和解决问题、并能说明其缘由的计算机程序。边坡稳定分析设计专家系统就是进行边坡工程稳定性分析与设计的智能化计算机程序。在岩石和工程力学方面，国内外最早的专家系统是用于岩体分类，李彰明开发了露天矿边坡实用的专家系统。（7）神经网络人工神经网络是依据人脑结构的基本特征发展起来的一种信息处理体系或计算体系。它仅是对神经系统的数学抽象和粗略的逼近和模仿。它由输入层、隐含层、输
31、出层组成。神经元是其基本处理单元，神经元之间有连线，知识由各神经元之间的连接强度表达，网络的记忆存储行为表现为各单元之间连接权重的动态演化过程，网络学习的目的就是寻找一组合适的连接强度。它以并行方式处理数据和信息，具有良好的容错性、很强的自学能力和对环境的自适应能力，通过搜索非精确的满意解来达到输入和输出的非线性映射，特别适宜处理知识背景不清楚，推理规则不明确等复杂类型模式识别且难以建模的问题。研究表明，在岩土边坡工程系统分析领域内采用神经网络具有独特的优势。利用神经网络理论，可以尽可能多地将各种影响因素作为输入变量，建立这些定性或定量影响因素同边坡安全系数与变形量之间的高度非线性映射模型，然
32、后用模型来预测和评价边坡的安全性。 （8）复合法任何一种分析方法都不是万能的、唯一的、排它的方法，而把两种或多种分析方法融合起来，取长补短，这种方法目前在工程界得到了广泛的应用。如神经网络的学习包括两个优化过程，分别是网络连接权重的优化和网络拓扑结构的优化。而优化权最著名的方法是BP算法，但BP的最大弱点是局部极小和无法学习网络拓扑结构。遗传算法作为对自身演化过程学习的一种优化算法，与神经网络结合可解决这个问题。目前将人工神经网络和遗传算法相结合进行位移反分析，并成功地用于岩石边坡的分析工作中。在专家系统的设计中，目前遗传算法已成功用于推理方法的选取、隶函数形状及参数的选取和相关权重的确定等，
33、对其中一些参数用遗传算法进行调协可大大提高专家系统的性能。（9）监测由于边坡岩土体的地质条件在前期勘察工作中难以认识透彻，且边坡的稳定性又受环境因素的影响而具有动态变化的特点。因此加强监测对及时准确地评价边坡的稳定性，指定经济合理、安全可靠的边坡加固工程处理方岸具有重要意义。由于现场监测结果直观可靠，因而利用监测结果对边坡过程的稳定性进行分析，已成为边坡工程中稳定性评价极其重要的一种方法。目前，我国的边坡工程安全监测技术朝着监测仪器多样化、监测仪器精度和自动化程度逐步提高、众多仪器相互补充和具有中国特色的监测系统设计、分析和预报。边坡治理工程一般可分为两类：一类恢复滑坡的平衡状态，即所谓控制滑
34、坡产生的防治工程；另一类是通过设置阻止滑坡作用的构筑物，阻止滑坡移动，即所谓直接治理滑坡运动的工程。滑坡控制工程法，一般采用排除滑坡处的地表水、地下水，改良滑动面软弱物质的性质，恢复和保持滑动面的平衡状态。滑坡治理工程法采用对滑坡体施加反作用力的方法，增加抵抗滑动的作用，维持滑坡体的平衡。在20世纪50年代，我国加固治理边坡主要采用地表排水、清方减载、填土反压、抗滑挡墙及浆砌片(块)石防护等措施。但工程实践经验表明，采用地表排水、清方减载、填土反压仅能使边坡暂时处于稳定状态，如果外界条件发生改变，边坡仍然可能失稳。在1981年洪水期间，宝成铁路有10处滑坡是属于曾经整治过但仅采用排水、减灾和抗
35、滑挡墙措施的。20世纪60年代末期，我国在铁路建设中首次采用抗滑桩技术并获得成功。随后在成昆线、湘黔线、宝成线、川黔线等铁路建设中推广应用。抗滑桩技术的诞生，使一些难度较大的边坡工程问题的处理成为现实，由于它具有布置灵活，施工简单，对边坡扰动小、开挖断面小、污工体积小、承载力大、施工速度快等优点，受到工程师们和施工单位的欢迎，在全国范围内迅速得到推广应用，并从20世纪70年代开始逐步形成以抗滑桩支挡为主、结合清方减载、地表排水的边坡综合治理技术。在20世纪80年代末期，由于锚固技术理论研究和凿岩机械取得突破性的发展，我国开始大量采用锚喷防护技术。锚喷技术的采用对高边坡提供了一种施工快速、简便、
36、安全的处治防护手段，因此很快得到广泛采用。对于排水，人们也有了新的认识，主张以排水为主、结合抗滑桩、预应力锚索支挡综合整治。南昆铁路八渡车站巨型滑坡，采用地面、地下排水，锚索和锚索桩支挡的综合治理措施获得成功。该项治理工程后被誉为20世纪90年代的治理巨型滑坡的成功典范。在20世纪90年代，压力注浆加固手段及框架结构越来越多的用于边坡处治，尤其是用于高边坡的处治防护工程中。它是一种边坡的深层加固处治技术，能解决边坡的深层加固及稳定性问题，达到根治边坡的目的，因而是一种极具广泛应用前景的高边坡处治技术。近年来，随着科学技术的发展，可供选择采用的边坡加固措施越来越多，有削坡减载、排水与截水措施、锚
37、固措施、混凝土抗剪结构措施、支挡措施、压坡措施以及植物框格护坡、护面等。在边坡加固治理工程中也开始强调多措施综合治理的原则，以加强边坡的稳定性。今后随着工程建设规模的不断增大，边坡高度的不断增高，复杂性不断增大，对边坡的处治技术要求也将越来越高。3、安全风险评价技术关于风险的讨论，在西方最早可见于19世纪末的经济学研究中。美国学者J. Haynes在其1895年所著的Risk as an Economic Factor一书中认为:风险意味着损害的可能性。后来，随着人们“减小这种损害可能性或不确定性的愿望”的日益增强和科学技术的不断发展，风险和风险管理作为一门学问于20世纪50年代开始在经济学、
38、社会学、管理科学、环境科学和工程设计等领域都得到了不同程度的发展。风险评价指的在风险识别和风险估测的基础上，对风险发生的概率，损失程度，结合其他因素进行全面考虑，评估发生风险的可能性及危害程度，并与公认的安全指标相比较，以衡量风险的程度，并决定是否需要采取相应的措施的过程。安全评价的概念应用于公路方面是在20世纪80年代初英国开始的，起初是由于一些新建道路在刚刚通车不久即发生很多本可避免的交通事故，为了防止此类事故的发生，学者第一次提出了安全评价的概念；但这一概念被直到80年代末才被正式采用；到1991年，英国已强制要求对所有的国家主干道和高速公路进行安全评价。20世纪90年代早期的澳大利业、
39、新西兰，90年代中期的加拿大，90年代末的美国都先后开始了对公路安全评价的研究，引入该概念并进行研究。目前其他国家和地区如：新加坡、马来西业、南非、意大利、丹麦、荷兰和香港等都开始对公路安全评价进行了相关研究。国外研究的内容主要包括:公路安全评价的概念、步骤、阶段、效益成本分析及评价队伍的构成、人员素质的要求等，研究的重点在于如何利用评价人员在公路安全方面的经验对各阶段的公路工程安全隐患进行识别，因此国外的安全评价的研究报告或标准规范中均提供了各阶段的安全评价的速查表(或称“检查表”)。这一措施已获得了积极的效果。另外，一些发达国家也在研究量化的交通安全评价模型，美国联邦公路局组织多方人力、物
40、力进行了系统的工作，对相关的关键技术和应用平台进行了研究、开发，目前已经推出了具有突破意义的IHSDM(Interactive Highway Safety Design Model，互动式的公路安全设计模型)的测版，为公路安全评价、安全改良提供了核心的技术支持。现在有些国家已订有风险管理及分析的一般指引，例如英国标准BS8444，澳大利业/新西兰标准AS-254360及加拿大标准CAN/CSA-Q634-91。目前在我国还没有进行过公路交通安全评价体系的系统研究，以及修订相关的交通安全评价标准和规范。目前在部分省市开展的安全评价工作主要是引进国外的一些方法或将现行标准、规范中涉及公路安全的指
41、标加以引中。但是实际上，其安全评价不仅仅是检查是否符合标准，而是应该评价该公路是否能为道路使用者提供安全的行车环境。目前国内在这方面已作了一些研究工作，提出了根据地质情况、构造运动、降水、公路交通量、平曲线半径路面等各种致灾因素来确定综合影响系数来评价其风险水平。但是由于这一问题的复杂性，至今仍有许多问题尚未解决。现阶段国内外学者对风险评价研究较多。王鹏在对水麻路危岩形成特点及影响因素综合分析的基础上，确立适合的危岩灾害风险分析方法，并建立了水麻路危岩风险评价中的指标体系；采用模糊综合评价法的数学模型，对水麻路危岩进行了危险性评价，其评价结果与现场调查的结果基本一致。欧志坚在风险管理理论基础上
42、，引入可拓理论，提出了公路山岭隧道施工安全风险辨识方法;建立了安全风险可拓辨识模型。首先，从公路山岭隧道施工安全角度出发，运用可拓发散树模型对公路山岭隧道施工中的安全风险因素进行全面的辨识，建立风险因素库。其次，运用可拓识别方法确定其中的主要风险因素，根据其隶属值的大小对主要风险因素进行排序。最后，以中条山隧道为背景，对可拓辨识模型的工程应用进行了全面研究，证明该模型的科学性和有效性，并开发了公路山岭隧道施工安全风险辨识系统。冯文凯针对公路岸坡这类大型线性工程之特点，采用目前通用的Visual Basic语言与Fortran语言相结合，编写了公路岸坡稳定性风险分析计算机系统RASHBS ( R
43、isk Analysis System of Highway Bank Slope)，从而为快速、准确、合理地评价岸坡的稳定性风险提供了有力工具。萧焕雄、韩采燕在考虑最近一次历史洪水发生时间这一因素下，提出了防洪系统年洪水风险率模型。郑成功提出了科技风险的概念，分析了科技风险的特征、破坏性以及成因等，提出了科技风险与科技事故的减灾对策。黄崇福、史培军定义了城市自然灾害的可能性风险，并提出了一级评价模型和二级评价模型，二级模型适宜于单一致灾因子的分析。胡德福研究了化学实发事故风险的评价。刘希林根据大量调查统计资料，提出了判断泥石流危险程度和评估泥石流泛滥堆积范围的方法。胡瑞林将计算机技术应用于地
44、质灾害评价，初步提出了地质灾害评价的计算机模型预测系统与应用方法。罗元华、孟荣、张梁等在借鉴国外和国内其它领域研究成果的基础上，根据环境经济理论，对地质灾害评价与经济损失分析的理论基础进行了探讨。张业成，张梁在对中国近年地质灾害灾情分析的基础上，运用层次分析(AHP)法评价了中国地质灾害的危险程度，进行了全国范围的危险性区划。雷明堂等人在分析影响岩溶塌陷的因素(如岩溶化程度、断裂分布、土层厚度、水动力条件及己有塌陷分布)的基础上，运用GIS距离分析、标量分析、网格叠加分析、分级分组分析等功能，进行了塌陷危险性评价及分区。从国内风险研究的情况看，各领域的风险研究深浅不一，有的刚起步，有的还未开展
45、相关工作。在高速公路运营安全评价方面， 国内仅有张生瑞等以连霍高速公路憧关-西安-宝鸡段为研究对象，依据评价原则，对高速公路施工期交通组织服务水平、经济效益等指标体系进行分析筛选，建立评价指标体系。依据高速公路研究成果中确定的服务水平指标闽限值，确定各指标的评价标准。然后，运用动态综合评价方法对高速公路施工路段交通组织进行评价，得出高速公路改扩建交通分流方案评价函数的闽限值，从而选出最合理的规划方案，保障高速公路施工期间道路通畅，车辆安全通行，保障周边路网正常有序。杨建宏研究了施工安全事故危险性因素的预测方法。运用事故树分析法，定性分析与定量分析相结合，对施工现场的危险源进行了辨识，在此基础上
46、提出了相应的安全生产管理对策。并运用模糊综合评价方法，对道路施工现场的安全状况进行了综合评价。由此可见，高速公路改扩建工程边坡施工引起的运营安全风险研究还未展开，或者说未全面展开，尤其是这方面的风险分析理论还未建立起来。4、高速公路运营安全控制技术关于高速公路的改扩建工程，我国目前尚没有相应的规范和标准。目前方法一般是实验性和研究性的。然而，高速公路改造有其自身的特殊性需要我们关注。在公路建设大发展的同时，我国己建成通车的公路在运营中也出现了较为严重的交通安全问题。从中国各类事故伤亡来看，2004年，各类事故统计中，安全生产领域道路交通事故成为“第一杀手”。2004年共发生道路交通事故51万7
47、889起，死亡10万7077人(占各类事故死亡人数的78.3%)。2007年全国群众安全感调查主要数据显示，在影响群众安全感受的问题中，选择“交通事故”的占38. 2%，与2006年相比，上升了5个百分点，位居榜首。在高速公路运营安全方面，王晓飞以通道路网为研究对象，以路网运营安全为基本目标，依托济青南龚相关路网，在各类灾变条件下(灾害性天气事件、不良交通状态事件、交通通件)，研究事件影响范围内路网运营安全管理及应急处置方法，对部分关键技术进行深入理论研究，并将结果应用于济青南线工程实践。王琰以区域公路网为研究对象，从静态管理的角度出发，对公路运营安全管理系统进行了需求分析，构建了静态公路运营
48、安全管理系统的框架，并对系统的核心技术，即公路运营阶段的静态安全管理技术进行了深入的理论分析和建模。刘铁鑫从高速公路服务水平和高速公路运营者的经济效益两方面来进行研究，分别建立高速公路改扩建时机决策模型。对既有沈大高速公路的路基、路面、桥梁等现状进行调查检测，调研类似工程，进行必要的理论分析和计算，在此基础上，对沈大高速公路路线、路基、路面、桥涵、互通立交等方面的改扩建方案及重点技术问题进行研究。韩宝睿通过对我国的通行能力计算过程与美国的计算方法比较分析，着重分析了各个计算参数的合理性。找出了我国高速公路通行能力计算上的不足之处，提出在通行能力计算时应该以实际交通量而非折算交通量来预测车道数。在计算参数上提出应该考虑城市化水平的建议。在多车道高速公路通行能力计算上提出采用不同的管理模式来预测车道数，并提出了整体八车道高速公路通行能力的计算模式。卢涛等通过分析冰雪天气对高速公路行车安全的影响及其对策,确定运营