公路石质边坡防护与环境保护的研究

西部交通建设科技项目交通编号：合同号：200131879079单位编号：WCP200102密级：内部分类号：U416公路石质边坡防护与环境保护的研究研究报告（简本）贵州省交通科学研究所重庆交通科研设计院贵州工业大学贵州高速公路开发总公司2004年3月中文题名公路石质边坡防护与环境保护的研究英文题名StudyonDefenseandEnvironmentalProtectiononRock-slopesinHighways交通编号项目来源西部交通建设科技项目单位编号WCP200102合同号200131879079分类号U416项目起止年限2001年～2003年第一完成单位贵州省交通科学研究所密级内部项目负责人郭明（所长，高级工程师）报告撰写人郭明（项目负责人，高级工程师）项目主要参加人郭明（所长，高级工程师）杨信（副所长，高级工程师）费小申（主任，高级工程师）陈筠（副教授）朱立军（校长，教授）张兰军（主任、院副总，副研究员）陈才琳（总工，高级工程师）周晓娟（副主任，工程师）魏涛（助理研究员）赵德志（助理研究员）牟成刚（工程师）马旭东（工程师）吴晓燕（助理工程师）主题词公路、边坡、防护、环境保护关键词公路、边坡、防护、环境保护、GIS、神经网络报告摘要：为确保公路工程建设项目中石质边坡工程的防护与环境保护质量，达到人类可持续发展的目的，本项目运用神经网络分析方法对公路石质边坡的地质条件、环境条件和工程活动特点进行研究，寻求公路石质边坡的正确防护方法及环境保护措施，使公路石质边坡的工程防护和环境保护得到统一解决，为公路石质边坡的环境工程设计、施工、管理和监控（通过GIS数字交通信息系统）等提供先进的技术指导。项目研究分四个部分：1）公路石质边坡地质条件因子的研究；2）公路石质边坡环境条件因子的研究；3）公路石质边坡防护与环境保护信息系统；4）编制公路石质边坡防护与环境保护技术工作指南。利用本项目的研究成果共实施了10个不同类型的边坡示范工程，项目实施后效果良好，便于成果的推广应用。ABSTRACT：Toensurethequalityofdefenseandenvironmentalprotectionofhighways’srock-slopesandcarrythepointofhumancontinuabledevelopment,byNN(ieNEURALNETWORK),westudysyntheticallygeologicalfactors、environmentalfactorsandengineeringfactorsoftherock-slopesandgaintheoptimalwaysofengineeringandenvironmentalprotectiontomakethemdevelopharmoniously.Itiseasytodesign、construct、manage、supervise-control(byDegitalTransportationGIS)thelatestconditionsoftheslopes.Thestudyincludesfourparts:1)thestudyongeologicalfactorsofrock-slopesinhighways;2)thestudyonenvironmentalfactorsofrock-slopesinhighways;and3)thestudyonGISand4)compilationofthemanualofdenfenseandenvironmentalprotectionofrock-slopesinhighways.Afterthe10demonstration-engineerings,theeffectisremarkableandmakeiteasytopopularizetheadvancedtechnologyofslope-protection.目录1概论...................................................12公路石质边坡地质条件因子的研究.........................33公路石质边坡环境条件因子的研究.........................44地质及环境因子评价方法研究.............................54.1地质条件因子评价....................................64.1.1网络输入向量值确定..............................64.1.2网络输出向量值确定..............................74.1.3网络学习样本....................................84.2环境条件因子评价....................................84.2.1网络输入向量值确定..............................84.2.2网络输出向量值确定..............................94.2.3网络学习样本....................................94.3网络学习效果与分析..................................95公路石质边坡防护与环境保护信息系统....................106公路石质边坡防护与环境保护技术指南....................107依托工程实施..........................................11结束语..................................................14致谢....................................................15西部交通建设科技项目：公路石质边坡防护与环境保护的研究——研究报告（简本）11概论“继续加强基础设施建设；认真搞好生态环境保护和建设”是实施西部大开发战略的指导思想和重点任务中的重要内容。西部开发中，公路基础设施建设发展迅速。西部地区山地较多、地势陡峻、地质结构极其复杂，自然生态环境较脆弱，裸岩分布广泛，水土流失严重。公路开发过程中产生的大量石质边坡对生态环境的破坏较为突出，如破坏植被及地表覆土、增加水土流失等等。因此，为了保障西部地区经济建设的可持续发展和搞好自然生态环境的保护，将公路石质边坡的防护与环境保护结合起来进行研究是十分必要和可行的。这样既可以保障公路工程的安全畅通，又能达到环境保护的要求。本项目旨在通过公路工作者和环境保护工作者的合作研究，选取贵州省典型公路路段进行科学试验，将影响公路石质边坡防护与环境保护的地质条件因子与环境条件因子加以广泛调查、综合分析，在理论上为石质边坡的环保防护方法提供依据，并在此之上建立公路石质边坡防护与环境保护信息系统，提出公路石质边坡的防护和环境保护技术工作指南，为今后公路工作者和环境保护工作者提供公路石质边坡的环境工程设计、施工等的技术指导。项目由贵州省交通科学研究所牵头承担，贵州工业大学、重庆交通科研设计院和贵州高速公路开发总公司参加。共同开展西部交通建设科技项目—“公路石质边坡防护与环境保护的研究”。项目研西部交通建设科技项目：公路石质边坡防护与环境保护的研究——研究报告（简本）2究分四个专题：1）公路石质边坡地质条件因子的研究；2）公路石质边坡环境因子的研究；3）公路石质边坡防护与环境保护信息系统；4）公路石质边坡防护与环境保护技术工作指南。本项目的关键技术在于：在对公路石质边坡的地质条件、环境条件综合研究的基础上，确定影响公路石质边坡防护的地质条件因子和环境条件因子，建立公路石质边坡地质条件因子及环境条件因子GIS数据库，并运用神经网络方法对公路石质边坡地质条件因子及环境条件因子数据进行分析。公路路基的开挖过程中将形成大量的石质边坡，由于在观念、技术和建设规模上与发达国家的差距，我国及贵州省的公路的设计中很少对生态环境保护进行专门设计，大量采用的浆砌片石护坡及喷射水泥砂浆等传统的圬工防护技术完全封闭了植物生长的环境，使得公路开挖而破坏的自然植被永久不能恢复，同时大量的高填深挖造成基岩裸露，在外界的空气、水分的作用下加速了岩石的风化、破碎，边坡不稳定性增大。而缺乏植物覆盖的边坡既不利于水土保持，大量的雨水直接流失，不利于植被的生长及存活，并且加大了对道路周边地区的冲刷，给农田水利带来不利影响。同时，大量裸露的岩石和混凝土视觉、景观效果非常差，也不利于吸收阳光和汽车尾气，对高速公路的行车带来不安全因素。因此，石质边坡的防护及环境保护成为公路建设中的技术重点及难点之一。西部交通建设科技项目：公路石质边坡防护与环境保护的研究——研究报告（简本）32公路石质边坡地质条件因子的研究公路石质边坡防护与环境保护与公路石质边坡的地质条件有关，石质边坡的地质条件是边坡主体及其反映特征，主要包括：边坡岩体的岩性、结构构造、水文地质条件、风化特征、边坡形态要素和岩质上覆土层的特点。本次研究解决的问题有：1）通过对贵州山区的区域工程地质条件的研究对石质边坡防护进行区域的评价，提供防护工程的基础信息。2）通过对已成边坡防护工程的地质条件调查，总结其经验教训，对不同边坡防护工程的地质条件进行归类统计分析，弄清各种地质条件下或不同地质条件组合下石质边坡的防护方法类型及防护实施的效果，弄清各种地质条件下或不同地质条件组合下公路石质边坡开挖后对自然生态环境的破坏情况。3）应用数理统计方法对稳定石质边坡的地质条件进行系统分析，分析各种工程防护方法适用的地质条件。具体技术路线为：收集前人资料并进行综合分析→确定影响因子和评价指标→野外调查研究对影响因子和评价指标进行论证→对影响因子和评价指标进行神经网络分析→确定因子分析评价方法→完成有关GIS信息系统的建立及研究报告的编制。通过研究，取得了以下成果：1）建立了贵州省公路石质边坡地质条件因子GIS数据库和公路西部交通建设科技项目：公路石质边坡防护与环境保护的研究——研究报告（简本）4沿线地质条件及防护措施区划，完成了地质条件主因子分析；2）完成了公路石质边坡防护方法选择的神经网络模型建立。3公路石质边坡环境条件因子的研究公路石质边坡的环境因子应概括为：边坡周围的环境（气候、温度、降水等）对边坡工程的作用及边坡形成后对自然生态环境造成影响两个概念。环境对边坡工程的作用主要是自然营力对边坡工程的侵蚀作用，气候、降水、温度等环境条件都将会对边坡的侵蚀破坏加快，甚至会使稳定边坡和已防护边坡趋于不稳定，直至造成破坏。另一方面，随着边坡工程的产生，也容易使周围环境变化，导致环境恶化，人类的可持续性受到阻碍。如：石漠化、水土流失、植被破坏、地下水循环受阻、人文景观遭到破坏。公路石质边坡的环境因子研究主要解决了下面的问题：（1）区域环境条件及其与边坡的关系通过对贵州山区环境条件的研究，对公路石质边坡的环境保护进行区域性的评价，同时提供贵州山区公路石质边坡的环境保护的基础信息。（2）统计归纳特定环境下的边坡类型和合理的环保类型通过调查现有典型边坡及防护工程的环境条件，系统地研究了目前已采用的边坡类型和环保综合处治的方法和类型，研究公路石质边坡的防止风化、降低水土流失和恢复生态植被的理论和方法。西部交通建设科技项目：公路石质边坡防护与环境保护的研究——研究报告（简本）5具体的技术路线为：收集前人资料并进行综合分析→确定影响因子和评价指标→野外调查研究对影响因子和公路石质边坡植被恢复的调查→统计归纳特定环境下的边坡类型和合理的环保类型→建立公路石质边坡环保防护技术→确定环境影响因子的评价方法→完成有关环境条件因子的GIS信息系统的建立及研究报告的编制。通过研究，项目获得了以下成果：1）建立了贵州公路石质边坡环境条件因子的GIS信息系统数据库和公路沿