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基于重现期的落石尺寸设计值确定方法

王玉锁 吕宁宁 王明年 唐建辉 杨竣翔 赵状 肖鹏 安博

王玉锁, 吕宁宁, 王明年, 唐建辉, 杨竣翔, 赵状, 肖鹏, 安博. 基于重现期的落石尺寸设计值确定方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20240240
引用本文: 王玉锁, 吕宁宁, 王明年, 唐建辉, 杨竣翔, 赵状, 肖鹏, 安博. 基于重现期的落石尺寸设计值确定方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20240240
WANG Yusuo, LYU Ningning, WANG Mingnian, TANG Jianhui, YANG Junxiang, ZHAO Zhuang, XIAO Peng, AN Bo. Method of Determining Design Value of Rockfall Block Size Based on the Return Period[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20240240
Citation: WANG Yusuo, LYU Ningning, WANG Mingnian, TANG Jianhui, YANG Junxiang, ZHAO Zhuang, XIAO Peng, AN Bo. Method of Determining Design Value of Rockfall Block Size Based on the Return Period[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20240240

基于重现期的落石尺寸设计值确定方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20240240
基金项目: 四川省自然科学基金项目(2022NSFSC1127);中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划重点课题 (N2021G005)
详细信息
    作者简介:

    王玉锁(1974—),男,副教授,博士,研究方向为隧道及地下工程,E-mail:wangysuo@swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    王明年(1965—),男,教授,博士,研究方向为隧道及地下工程,E-mail:19910622@163.com

  • 中图分类号: U45

Method of Determining Design Value of Rockfall Block Size Based on the Return Period

  • 摘要:

    山区交通落石事件频发且具有突发性和随机性,基于概率的防护结构可靠性设计是降低灾害风险的必要和有效手段,然而,作为设计基本参数的落石尺寸设计值的确定方法还不明确,使得可靠性设计不能有效进行. 介绍基于泊松-广义帕累托分布(GPD)复合模型的落石尺寸-重现期预测方法,结合宝成铁路白—上段落石记录数据,进行GPD阈值选取,并分析记录中缺失的最大、最小落石尺寸对阈值选取和对预测结果的影响;与地震作用标准值超越概率对应,提出以“小落石不坏、中落石可修、大落石不塌”三水准设防为标准的落石尺寸设计值确定方法. 研究表明:记录中缺失的最大落石尺寸对阈值选取影响小,但对落石尺寸预测结果影响大,与重现期对应的落石尺寸预测值随设定的最大落石尺寸呈指数型增大趋势,而记录的最小落石尺寸对阈值选取和预测结果的影响都较小;以宝成铁路白—上段落石记录数据为例,根据选取出的合理阈值,设定不同最大落石尺寸值,利用本文方法,预测得到宝成铁路白—上段50、100、100010000年重现期落石尺寸区间范围,计算得到50、100年设计基准期三水准设防标准对应的落石尺寸标准值即设计值,可为类似工程设计提供参考.

     

  • 图 1  年发生频率-落石尺寸关系

    Figure 1.  Relationship between annual frequency of occurrence and rockfall size

    图 2  100年重现期落石尺寸频次与累积概率分布

    Figure 2.  Frequency and cumulative probability distribution of rockfall size during 100-year return period

    图 3  E(μ)-μ0曲线

    Figure 3.  E(μ)-μ0 curves

    图 4  ξ-μ0曲线

    Figure 4.  ξ-μ0 curves

    图 5  $\sigma ^* $-μ0曲线

    Figure 5.  $\sigma ^* $-μ0 curves

    图 6  不同vmaxEμ)-μ0ξ-μ0曲线

    Figure 6.  Eμ)-μ0 and ξ-μ0 charts according to vmax values

    图 7  不同vminE(μ)-μ0ξ-μ0曲线

    Figure 7.  E(μ)-μ0 and ξ-μ0 curves with different vmin values

    图 8  v-1/T

    Figure 8.  Block Rockfall v-1/T of occurrence

    图 9  预测落石尺寸-vmax关系

    Figure 9.  Relationships between predicted rockfall size and vmax

    图 10  不同vmin的1/T-v

    Figure 10.  v-1/T of occurrence with different vmin values

    表  1  宝成铁路白—上段落石记录[8]

    Table  1.   Rockfall records of Bai−Upper section of Baoji−Chengdu Railway[8]

    年份 v>3.0 m3 2.0 m3<v≤3.0 m3 1.5 m3<v≤2.0 m3 1.0 m3<v≤1.5 m3 0.5 m3<v≤1.0 m3 v≤0.5 m3 合计
    1961 年 1 1 0 10 12
    1962 年 4 1 2 2 17 26
    1963 年 4 2 1 4 30 41
    1964 年 3 4 2 3 5 54 71
    1965 年 1 2 2 45 50
    1966 年 5 2 3 12 99 121
    1967 年 1 1 1 5 8
    1969 年 3 1 5 26 35
    1970 年 1 1 5 16 51 74
    1971 年 1 1 2 3 3 30 40
    1972 年 3 2 3 3 2 39 52
    合计 23 15 10 24 52 406 530
    分占比例% 4.34 2.83 1.89 4.53 9.81 76.6 100.00
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    表  2  GPD参数σξ估计

    Table  2.   Estimated results of GPD parameters ξ and σ

    条件 ξ σ
    90% 置信区间[0.40,0.60][0.86,1.02]
    95% 置信区间[0.38,0.63][0.84,1.04]
    均值0.500.94
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    表  3  各重现期对应落石尺寸均值及其置信区间

    Table  3.   Mean rockfall sizes and their confidence intervals during different return periods m3

    重现期/a 均值 90% 置信区间 95% 置信区间
    vmax=4.0 m3 vmax=6.0 m3 vmax=4.0 m3 vmax=6.0 m3 vmax=4.0 m3 vmax=6.0 m3
    50 4.93 13.42 [4.285.89] [11.3014.92] [4.13, 6.12] [11.03, 15.26]
    100 5.09 15.91 [4.396.12] [13.3417.86] [4.23, 6.38] [12.8918.72]
    1000 5.41 26.75 [4.606.69] [21.2331.83] [4.42, 7.01] [20.2833.38]
    10000 5.58 42.99 [4.707.02] [31.9553.43] [4.51, 7.39] [30.2156.86]
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    表  4  各设计基准期落石尺寸标准值

    Table  4.   Standard values of rockfall size in different design reference periods m3

    设计基准期/a 设防
    水准
    T/年 1/T/年− 1 1−1/T N 年不超越
    概率
    (1− 1/T)N
    N 年超越
    概率
    1−(1−1/T)N
    T 对应的
    落石尺寸标准值
    vmax=4.0 m3 vmax=6.0 m3
    50 50 0.0200 0.9800 0.36 0.64 4.93 13.4
    475 0.0021 0.9979 0.90 0.10 5.33 22.8
    2475 0.0004 0.9996 0.98 0.02 5.49 32.4
    100 100 0.0100 0.9900 0.37 0.63 5.09 15.9
    900 0.0011 0.9989 0.89 0.11 5.40 26.2
    5000 0.0002 0.9998 0.98 0.02 5.54 37.4
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  • 收稿日期:  2024-05-15
  • 录用日期:  2024-11-29
  • 修回日期:  2024-09-24
  • 网络出版日期:  2025-01-17

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