基于可靠度的土石坝风险分析及维修策略研究

论文摘要

土石坝是我国较早和较普遍采用的一种坝型,为解决我国的“洪涝灾害、干旱缺水”等水问题,发展国民经济、保障人民生活发挥了重要作用。但我国现有的多数土石坝修建于建国初期五、六十年代,由于缺乏经验,许多工程的工作方式及施工方法不科学,留下了许多安全隐患。经过几十年的运行,其中一部分进入了老年期,原设计、施工中存在的问题逐渐暴露出来。再加建成后,运行管理跟不上,造成大量的病险水库。在大坝的失事事故中,土石坝所占比例高达70.5%。水库大坝一旦失事,将给国家和人民的生命财产安全带来不可估量的损失,因此大坝安全问题,一直受到国内外坝工界的普遍关注。对于土石坝的安全鉴定,一般是根据工程有关观测资料、现场取样试验结果及现场检查进行,鉴定结果没有考虑影响土石坝的各种因素的不确定性。而实际上,土石坝设计及运行的安全可靠性依赖于其承受外部荷载的能力,而作用于土石坝上的荷载和抗力均为随机量,导致土石坝存在失事风险。应用风险分析理论能较好地考虑这种不确定性,用概率论定量计算土石坝的失事风险,来进行安全评价。土石坝的风险分析是评价和改进土石坝安全度的有效工具,它能结合工程判断深入地研究大坝的弱点或缺陷,提高对失事原因和溃坝或漫坝后果的认识,为决策提供科学依据。本文以基于可靠度的风险分析对土石坝失事风险进行了研究。以黑虎山水库大坝为研究背景,选取滑坡和洪水漫顶为主要的失效模式,分析了黑虎山水库大坝副坝的可靠度。探索了土石坝最优检查问隔时间的确定方法。首先研究了退化系统最优检查间隔时间的确定方法,然后将土石坝视为退化系统,建立了以使用期内费用最少为目标函数的维护策略,以此进行土石坝维护时间的决策。确定了土石坝的重点维护部位。基于有限元思想,利用Matlab编制了有限元计算程序,应用该程序计算得出土石坝的应力场分布,以最大剪应力理论作为控制准则,确定出土石坝的重点维护部位,并给出了维护的工程方案及措施,可为工程施工及维护提供依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 工程风险分析的国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容及创新点
• 第二章 土石坝风险分析的可靠度原理及计算方法
• 2.1 可靠度的基本原理
• 2.2 工程结构可靠度的计算方法
• 2.3 结构体系可靠度的计算
• 2.3.1 基本的结构体系
• 2.3.2 结构体系可靠度分析的基本方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 土石坝的风险分析研究
• 3.1 本文研究的工程实例概况
• 3.2 抗滑稳定分析
• 3.2.1 利用 Xslope对土石坝边坡进行分析
• 3.2.2 利用瑞典条分法对滑动面进行稳定分析
• 3.2.3 抗滑稳定的可靠度分析
• 3.3 洪水漫坝可靠度分析
• 3.4 结构体系可靠度的分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 土石坝维修策略的研究
• 4.1 退化系统与非退化系统的区别
• 4.2 退化系统的可用性
• 4.3 最优检查间隔时间的确定
• 4.4 算例分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 土石坝关键维修部位的确定
• 5.1 概述
• 5.2 最大切应力理论
• 5.3 有限元法概况
• 5.3.1 有限元法的国内外发展概况
• 5.3.2 有限元法的基本思想
• 5.3.3 本章中有限元程序编制框图
• 5.3.4 有限元单元的选用
• 5.3.5 双线性四边形元
• 5.3.6 用到的MATLAB函数
• 5.4 程序验证
• 5.5 算例分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表