基于可靠度的土石坝风险分析及维修策略研究

山东大学硕士学位论文基于可靠度的土石坝风险分析及维修策略研究姓名：刘兴芳申请学位级别：硕士专业：水工结构工程指导教师：贾超20080416基于可靠度的土石坝风险分析及维修策略研究作者：刘兴芳学位授予单位：山东大学相似文献(10条)1.期刊论文H.托桑.孙大伟土耳其土石坝地震危险性分析-水利水电快报2006,27(13)对土耳其的大型土石坝进行了地震危险性分析,并确定了这些坝的风险等级.2.学位论文刘祥柱风险分析理论及其在日照水库管理中的应用2009土石坝作为一种水库枢纽的挡水建筑物，因适应范围广、筑坝材料可就地取材，经济效益好、施工速度快、施工导流易于解决而得到广泛应用。我国已经建成的大、中、小型水利水电工程中，水库大坝90％以上均为土石坝。据资料统计，土石坝漫坝和坝体失稳是土石坝失事的两个主要原因。我国从1950年到1990年因洪水和失稳漫坝的大坝共有1147座，约占同期大坝失事总数的46.6％。在大坝失事事故中，土石坝所占比例高达70.5％。目前我国的绝大多数土石坝已经运行了近50年，即将达到其正常使用年限，病险水库量大面广，且逐年增多。因此，加强对土石坝水库进行风险分析和风险评价的研究，为土石坝水库工程的除险加固提供科学的决策依据，很有理论意义和实际意义。大坝风险是近10年来国外发展起来的一种安全管理新理念。其最大的特点就是不仅关心大坝安全，而且关心大坝溃决对下游的影响。如何提高大坝安全，平衡大坝安全、公共安全与水资源利用之间的关系？目前，正在各领域逐渐推广使用的风险管理技术可以较好地解决这一问题，将风险管理引入大坝安全管理中来，可以有效地克服现有管理模式的不足，对保障大坝工程及下游公共安全、提高水库大坝安全管理水平都有现实而迫切的意义，也是大坝安全管理的必然选择。本文基于风险理论的研究，通过构建风险计算模型，对日照水库的土石坝工程进行风险分析，通过较为合理的风险计算模型和风险分析方法找出潜在危险点和事故发生途径，以便更好地掌握土石坝存在的险情类别和失事规律，为坝体的设计与管理提供决策依据。本文主要工作内容如下：(1)较为详细的介绍了风险分析的基本概念、研究内容、不确定性分析和失事概率的计算方法等；(2)基于失效理论对土石坝的失效机理进行研究，通过坝体安全影响因素分析建立土石坝风险分析模型，研究其主要失效模式，针对土石坝的三种主要破坏类型-漫顶破坏、渗透破坏和失稳破坏分别建立了相应的风险计算模型；(3)对日照水库的土石坝坝体进行了各种主要破坏模式下的不确定性分析，运用基于可靠度的风险分析方法计算分析主要破坏模式下的风险率；(4)对坝坡稳定进行确定性分析，并与风险分析结果进行对比；(5)通过单项风险率的计算，加以综合得出了土石坝在运用过程中的综合风险。3.学位论文韩瑞芳土石坝模糊风险分析2007我国是筑坝大国，拥有的土石坝数量居世界第一，而失事率亦居榜首，可以说大坝风险，土石坝尤为突出。遍布全国各地的大坝在国民经济发展中扮演着重要的角色。然而，大坝的潜在威胁也是巨大的，一旦失事就会给下游地区带来严重灾害，并且随着老坝、病险坝数量日益增加，大坝的安全问题越来越引起人们的关注，与此相应的大坝风险分析也在世界范围内迅速开展。本文详细阐述了风险分析的基本概念、理论与计算方法。针对传统的风险分析只考虑不确定性中的随机性，而不确定性中还包含有模糊性，提出应充分考虑随机性和模糊性，进行模糊风险分析。从而运用风险分析理论与模糊数学知识建立模糊风险计算模型，并采用a水平截集将模糊变量模糊化处理为非模糊量后运用传统的风险计算方法求解模糊风险概率。鉴于我国土石坝数量多，失事比重大，而土石坝坝坡失稳、坝体渗透破坏及超标洪水漫顶失事是土石坝失事的三种主要模式，本文对以下几方面进行了重点研究：1、在综合分析了影响土石坝失事的各种因素随机性和模糊性的基础上，建立了土石坝坝坡失稳、渗透破坏和洪水漫顶模糊风险模型。2、针对模糊风险数学模型难以运用解析法求解的特点，采用简化方法和离散化数值求解方法将其离散化后，根据Monte-Carlo方法的基本原理、运用MATLAB编制计算程序求解风险概率。3、将土石坝坝坡失稳、坝体渗透和超标洪水漫顶模糊风险模型应用于龙兴寺水库中，其计算结果和文献[56]大坝安全鉴定所得结果是一致的，从而验证了所构建模型的合理性和可行性、计算方法的正确性。在大坝风险分析中，充分考虑各因素不确定性中的随机性和模糊性，所得风险值为区间值，该区间值较传统的风险确定值更合理，更符合工程实际，因此对大坝进行模糊风险分析是可行的。由于目前尚无大坝失事模糊风险标准，本文按未考虑模糊性的风险标准进行安全评价。4.期刊论文高延红.张俊芝.GAOYan-hong.ZHANGJun-zhi基于波浪冲刷的现有堤坝护坡破坏的风险分析-浙江工业大学学报2008,36(2)基于可靠性及风险分析的基本概念,根据设计规范中对堤坝上游护坡厚度的要求,建立了堤坝上游护坡抵抗波浪冲刷破坏时的风险分析模型,分析了抵抗波浪冲刷破坏的极限状态;根据建立的极限状态方程,分析了其中的广义荷载效应和广义承载力,并提出了基于设计规范的现有堤坝上游护坡波浪冲刷破坏的风险分析方法.计算结果表明,提出的风险计算方法可行,能有效地分析现有堤坝上游护坡在波浪冲刷下的破坏概率,并可分析其中基本变量的随机性对护坡波浪冲刷破坏风险率的影响.根据该方法,可较简便地实现现有堤坝上游护坡抵抗波浪冲刷的风险率计算,并为现有堤坝的整体可靠性评价分析和上游护坡的设计及计算提供了一种简便的方法.5.学位论文陈思思基于系统可用度的土石坝洪水漫顶风险分析2009水库在我国国民经济基础产业中占有重要地位，大坝失事，将给国家和人民的生命财产安全带来不可估量的损失。本文对土石坝水库漫顶风险进行分析意义非常重大。br　　本文首先介绍风险评估方法，包括决策树分析法、事件树分析法、故障树分析法等，并应用的故障树分析法对风险的因素进行全面的认识，逐个进行辨识找到失效原因，寻找最主要的失效模式。br　　在考虑各因素对大坝漫顶风险的影响时，本文不但考虑入库洪水过程的水文条件不确定性、库容与水位关系的边界条件不确定性，库面积与水位关系的边界条件不确定性、和防洪起调水位的初始条件不确定性等因素，还在闸门系统中引入定期监控系统可用度模型，重点考虑了闸门可用度对出库泄洪能力的水力条件不确定性的影响。这些因素导致了库水位变化过程和相应泄洪能力的随机性，也最终导致最高库前水位的随机性。br　　本文漫顶风险模型是考虑各种随机过程影响的随机微分方程，该方程属于非解析性特征函数类型，需采用“积分一次二阶矩法”，通过龙格-库塔格式求解库前最高水位，并计算漫顶的风险概率。本文介绍的计算方法(即可靠度的计算方法)主要有均值一次二阶矩方法(MFOSM)、改进一次二阶矩方法(AFOSM)、JC法、蒙特卡洛模拟法(MCS)等。br　　将辽宁大伙房水库作为实例，依据上述的理论和方法，按照洪水漫顶风险分析步骤，计算大坝漫顶的失效概率，并进行结果分析，对于水库的运行也提出了一定的合理化建议。6.学位论文谢洪模糊风险分析应用于大坝安全的研究2008我国拥有的土石坝数量居世界第一,而其失事率亦居榜首,可以说大坝风险,土石坝尤为突出。本文详细阐述了风险分析的基本概念、理论与计算方法。针对传统的风险分析只考虑不确定性中的随机性,没有考虑不确定性中还包含有模糊性,提出应充分考虑随机性和模糊性,进行模糊风险分析,从而运用风险分析理论与模糊数学知识建立模糊风险计算模型,并采用水平截集将模糊变量模糊化处理为非模糊量后运用传统的风险计算方法求解模糊风险概率。本文主要研究内容包括：在综合分析了影响土石坝失事的各种因素随机性和模糊性的基础上,针对土石坝工程特点,通过对其失事模式的分析,应用模糊风险分析理论,建立了土石坝坝体失稳、超标洪水漫顶失事的模糊风险模型,得到以下主要结论：1大坝风险分析在对大坝的监测、评价和提高安全性方面的工作中将起着越来越重要的作用。2影响土石坝坝体失稳风险的因素很多,忽略变量间的相关性,计算结果偏于安全。3考虑了设计参数和失效准则的模糊性后,得出的风险对应于每一个值,都是一个区间值,反映出大坝从安全状态到失稳破坏状态是一个逐步发展的过程。在大坝风险分析中,充分考虑各因素不确定性中的随机性和模糊性,所得风值为区间值,该区间值较传统的风险确定值更合理,更符合工程实际,因此对大坝进行模糊风险分析是可行的。7.期刊论文李宗坤.韩瑞芳.刘文立.LIZong-kun.HANRui-fang.LIUWen-li土石坝渗透破坏模糊风险分析-大坝与安全2007,(1)渗透破坏是土石坝主要的失事形式之一,文中通过对渗流风险的不确定性进行分析,建立了考虑设计参数模糊性和失效准则模糊性的渗透破坏模糊风险模型,并运用蒙特卡罗方法求解其风险概率.渗透破坏风险分析中考虑风险的模糊性使失事风险的计算结果更加合理,风险评价更加符合工程实际,将模糊参数进行模糊化处理后,可直接采用现有传统风险计算方法计算失事概率.8.学位论文刘海娇土石坝漫坝与坝坡失稳风险分析研究及应用2007水库在我国国民经济基础产业中占有重要地位，为防洪、发电、灌溉、供水及水产养殖等方面创造了巨大的社会财富和经济效益。虽然大坝失事的机率很小，但一旦失事其破坏性是巨大的，将给国家和人民的生命财产带来不可估量的损失。因此本文利用毕肖普条分法、随机模拟技术、风险分析方法和水库调洪演算法，对于桥水库大坝的漫坝风险和坝坡失稳风险进行了深入的研究，主要研究内容及结果如下：(1)详细介绍了风险分析的基本概念、理论、计算方法及风险标准。由于漫坝和坝体失稳是大坝失事的两个最主要原因，因此本文主要对于桥水库大坝进行了漫坝风险分析和坝坡失稳风险分析。(2)根据于桥水库1960～2000年入库洪水的统计特性，应用一阶自回归方程对入库洪水进行了模拟，把通过模拟得到的洪水过程线按照于桥水库的调洪原则进行了调洪演算，计算出了洪水漫坝的风险率，按照允许风险标准，对漫坝风险进行了风险分析。结果表明当于桥水库防洪限制水位从19.87m提升至21.16m时，其漫坝风险由3.125×10-7增到1.125×10-6，但都小于允许值5.5×10-6，考虑防浪墙作用时更小，说明整个汛期将防洪限制水位抬高至21.16m，其漫坝风险是可以接受的。(3)根据于桥水库大坝土的物理力学性质和水位，用毕肖普条分法计算大坝相应于不同水位的最小安全系数并确定出最危险滑弧，并应用MC法计算出坝坡失稳概率，按照允许风险标准，分析了大坝的坝坡失稳风险。经分析随着水位的上升，大坝坝坡稳定的最小安全系数κ逐步降低，由起始水位时的1.403降到设计水位时的1.3115；相反，其对应的失效概率Fi(h，φ，c)则由0.1×10-4增加到16.4×10-4。于桥水库土坝坝坡失稳风险为984.77×10-6，大于其容许风险标准0.5×10-6。由此可以认为该工程是偏于危险的，需要进行维修加固。9.学位论文涂晓霞大坝安全风险分析及预警指标的研究2006全面、科学地把握每座大坝的安全状况及其风险程度，及时预警大坝危险源，是大坝安全领域亟待解决的课题之一。本文在总结前人研究成果的基础上，对土石坝失稳破坏和渗透破坏的风险分析模型，以及混凝土坝、土石坝的安全预警指标进行了深入的研究，主要成果如下。(1)根据土石坝的物理特征以及工程运行实际，研究了土石坝工程的主要失效模式。建立了失稳破坏和渗透破坏两种主要破坏类型的风险计算模型，并将其应用于福华山水库大坝坝坡失稳风险度研究。研究表明，虽然福华山水库大坝满足传统意义上最小安全系数的要求，但是存在滑坡失稳的风险。(2)借鉴相对较成熟的军事、经济和灾害预警系统理论的基础上，初步构建了大坝安全预警系统，探讨了三维和一维预警原理；阐述了预警指标的概念，并从大坝安全监控指标入手设计估算预警指标，论述了确定大坝安全预警系统监控指标的一般方法。(3)深入研究了混凝土坝安全预警的关键问题之一——确定混凝土坝安全预警指标。运用非连续变形分析(DDA)和强度储备系数法