施工导流系统不确定性问题的分析与应用研究

论文摘要

论文旨在研究施工导流方案选择过程中的,产生重大影响的诸多不确定性的关键因素。综述了水利水电工程以及施工导流领域不确定性研究的相关进展,将施工导流系统视为受诸多不确定性因素影响的系统,对各种不确定性产生原因与表现进行了系统性的分析,并对其产生的不确定性问题加以分类。在此基础上,构建了施工导流系统不确定性问题分析和研究的基本框架体系。对于挡水型、泄水型等不同类型的建筑物,就其结构可靠度问题,展开一系列的分析和研究。初步建立了过水土石围堰不确定性参数反分析模型。建立导流隧洞泄流风险率计算模型的功能函数,采用MC算法,在VB语言环境下编程,结合乐昌峡水利枢纽的工程实例,求解出风险率。计算成果与工程的实际观测资料对比,较能符合工程实际。并与B. C. Yen的古典概率公式计算的结果相比较,近似一致。针对导流隧洞泄流风险性研究的此项成果,可为同类型、尤其是同流域中的其它导流工程的方案拟定,提供一定的参考依据。对施工导流的挡水型建筑物——围堰的边坡稳定性的可靠度问题,展开讨论。结合水工建筑物的土质边坡的可靠度研究的一般情况,通过以综合变量N、L、T为核心,导出这三者与其它随机变量,包括土性参数c、(?)值,边坡坡率m、以及滑动圆弧的圆心坐标、半径等构成的解析表达式；建立土坡可靠度分析的极限状态功能函数。运用MC算法,在IDEL语言环境下编程,计算了溪洛渡水利枢纽工程上、下游围堰,在稳定渗流期间,其堰坡的可靠度；进而分析了各随机变量发生变化时,变异系数的大小引起可靠度的变化这一敏感性关系。以上两个工程实例的不确定性计算成果,通过与设计院的基于确定性理论下的原设计成果的比较和分析,作为研究问题的两个角度,两种理论的成果,在一定程度上,可相互佐证和补充。在过水土石围堰结构参数反分析方面,相关研究甚少。论文在这方面进行了初步的探索。对观测数据的分布函数未知情形下,利用最大熵方法求取先验分布和似然函数,将Bayesian理论与最大熵方法有机结合,最有效地利用观测数据,获取最客观的概率密度函数(PDF)。通过试算,推求出抗冲流速水头hvR,在一定意义上,可与前辈通过模型试验获得的hvR互相佐证。在此基础上,进一步将Bayesian理论与最大熵方法深入结合,建立了基于最大熵的Bayesian不确定性反分析模型(The model of Bayesian Maximum Entropy, BME)。一旦结合必要的观测数据,在工程实体上投入试用,该模型可以推广应用至过水土石围堰结构参数的反分析中,并做出更客观、合理的分析判断。进而,可以为过水土石围堰的等级和标准修订工作提供有益的理论依据。

论文目录

• 论文的创新点
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 施工导流系统不确定性研究背景和意义
• 1.3 水电工程不确定性问题研究现状
• 1.3.1 不确定性信息理论研究现状
• 1.3.2 水利水电工程风险问题研究现状
• 1.4 施工导流系统不确定性研究现状
• 1.4.1 水文不确定性影响
• 1.4.2 综合考虑水文、水力、库水位三类不确定性影响
• 1.4.3 施工导流系统多目标、动态性风险决策方面研究现状
• 1.5 水利水电工程土工建筑物结构可靠度研究现状
• 1.5.1 土石坝漫坝研究现状
• 1.5.2 土石坝失稳研究现状
• 1.5.3 土质边坡的稳定可靠性分析
• 1.6 不确定性参数反分析研究现状
• 1.6.1 贝叶斯方法应用于岩石边坡稳定可靠度分析的研究现状
• 1.6.2 不确定性反分析研究现状
• 1.7 问题的提出
• 1.8 论文的研究内容及意义
• 参考文献
• 第2章 施工导流系统的不确定性问题分析
• 2.1 信息与信息的不确定性
• 2.2 不确定性的分类和内涵
• 2.2.1 随机性
• 2.2.2 模糊性
• 2.2.3 灰色性
• 2.2.4 未确知性
• 2.2.5 复合不确定性（盲性）
• 2.3 不确定性信息的数学定义和表达
• 2.3.1 随机信息数学定义和表达
• 2.3.2 模糊信息数学定义和表达
• 2.3.3 灰信息数学定义和表达
• 2.3.4 未确知信息的数学定义和表达
• 2.3.5 盲信息的数学描述和表达
• 2.4 施工导流系统不确定性分析体系的建立
• 2.4.1 施工导流系统不确定性的概念及问题的提出
• 2.4.2 施工导流系统中的不确定性问题基本特征类型
• 2.4.3 施工导流系统不确定性问题分析的基本原则
• 2.4.4 施工导流工程系统不确定性总体分析
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第3章 施工导流系统不确定性问题研究的理论基础
• 3.1 不确定性问题研究的理论基础
• 3.2 可靠度理论风险分析的常用方法
• 3.2.1 直接积分法
• 3.2.2 均值一次二阶矩法（MFOSM）和改进的一次二阶矩法（AFOSM）
• 3.2.3 JC法
• 3.2.4 蒙特卡罗法（Monte-Carlo法,简称MC法）
• 3.3 施工导流系统不确定性问题研究的理论基础
• 3.4 水文不确定性
• 3.4.1 洪峰概率密度函数
• 3.4.2 皮尔逊Ⅲ型分布随机数模拟
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第4章 施工导流隧洞泄流风险率分析
• 4.1 导流隧洞泄流能力计算的定值法基本理论
• 4.1.1 隧洞泄流流态判别
• 4.1.2 枯水期时计算
• 4.1.3 洪水期时上游水位雍高计算
• 4.2 导流隧洞泄流能力的不确定性分析
• 4.2.1 可靠性分析方法
• 4.2.2 导流隧洞泄流能力的不确定性因素分析
• 4.2.3 模拟过程
• 4.2.4 风险率的计算
• 4.3 工程实例分析 乐昌峡水利枢纽导流隧洞工程
• 4.3.1 工程概况
• 4.3.2 施工导流设计
• 4.3.3 乐昌峡导流隧洞泄流风险率分析计算
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第5章 围堰边坡稳定可靠度分析
• 5.1 围堰的边坡最大失效概率及结构可靠度基本计算理论
• 5.1.1 基于瑞典法的滑动稳定极限状态
• 5.1.2 考虑渗流影响下的土坡滑动稳定可靠度计算
• 5.1.3 应用MC法寻找最危险滑动面
• 5.2 基于定值理论的溪洛渡围堰边坡稳定性分析
• 5.2.1 上游围堰堰体结构设计
• 5.2.2 上游围堰渗流计算
• 5.2.3 堰坡稳定分析
• 5.2.4 下游围堰深化设计
• 5.2.5 渗流计算
• 5.2.6 下游围堰堰坡稳定分析
• 5.3 基于不确定性理论的溪洛渡工程围堰边坡稳定可靠度分析
• 5.3.1 编程语言的简介
• 5.3.2 MC法在IDL中的实现流程
• 5.3.3 可靠性计算结果及敏感性分析
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第6章 BME模型在过水土石围堰不确定性反分析研究中的应用
• 6.1 熵与最大熵的基本理论
• 6.1.1 熵的概念
• 6.1.2 熵的基本性质和计算
• 6.1.3 最大熵原理（POME）及应用
• 6.1.4 最大熵模型（The model of M.E.）
• 6.2 Bayesian基本理论及其与最大熵的结合运用
• 6.2.1 Bayesian基本理论
• 6.2.2 Bayesian与最大熵的结合运用
• vR反分析中的综合应用'>6.3 Bayesian与最大熵在过水土石围堰抗冲流速水头h_vR反分析中的综合应用
• 6.3.1 过水土石围堰的事故率λ的提出
• 6.3.2 过水土石围堰溢流工况浅析
• vR反分析中的应用'>6.3.3 BME在过水土石围堰抗冲流速水头h_vR反分析中的应用
• 6.4 BME模型过水土石围堰结构参数反分析中的应用
• 6.4.1 BME模型的建立
• 6.4.2 主客观信息模型的匹配调整
• 6.4.3 模型定阶准则
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 攻博期间公开发表的学术论文
• 致谢