土石坝病险识别及溃坝风险分析关键技术研究

发布时间：2020-09-19 16:24

　　 土石坝在国民经济和社会发展中发挥着非常重要的作用,一旦失事将会造成下游人民生命财产和社会生态环境的巨大损失。我国的病险土石坝数量众多,补强修复和除险加固作为新时期我国坝工领域中一项重要工作和长期任务,对保障我国大坝工程服役安全、充分发挥工程效益、进一步延长水库大坝服役周期等具有极其重要的意义。本文着重于土石坝病害诊断及除险加固决策问题,充分依据历史统计资料及分析成果,遵循“病险辨识-风险评估-加固决策”的思路,开展了土石坝风险评估及风险管理等方法研究,在此基础上,考虑大坝复杂系统存在着大量不确定性因素的特性,探讨了病险土石坝除险加固多目标决策模型和优化算法。主要研究内容和成果如下:(1)在查阅国内外土石坝溃坝失事统计资料的基础上,分析了引起土石坝溃决事故和非溃坝性事故的类型及原因,分类讨论了土石坝常见的破坏形式及失事模式的类型及特点,对土石坝典型溃坝模式及溃坝路径进行了挖掘。从模式识别理论出发,采用定性分析和定量判别的方法对土石坝存在的病险因素进行识别,建立一种可同时确定目标权重与目标相对隶属度的多因素模糊模式识别算法,在一定程度上降低了主观随意性和对样本的依赖性,能够较为客观的反映土石坝病险程度,为制定相应的处理建议及加固措施提供客观依据。(2)在风险分析理论的基础上,针对土石坝失事的三种典型模式,研究了各个模式失事风险度的计算方法,采用蒙特卡罗法实现了土石坝溃坝风险的量化计算,并尝试探讨了风险度的评判标准。依据我国国情,运用模糊集理论与层次分析法,结合专家评判,建立了适合我国的土石坝溃坝洪灾生命损失、经济损失和社会环境影响的失事后果综合评价模型,并给出了评价步骤。(3)考虑除险加固工程中大量确定和不确定性因素的相互影响,建立了基于Vague集的病险土石坝除险加固多目标方案决策模型。在全面分析各项决策影响因素的基础上,经过指标筛选构建了包含6项二级指标和23项三级指标的除险加固方案决策指标体系。引入Vague集理论,采用主客观综合赋权法求取决策指标权重,将理想解法决策理论扩展到Vague环境,给出了正负理想解的确定方法及各除险加固备选方案与理想解的综合贴近度,充分兼顾模型的多样性和收敛性,开展病险土石坝除险加固方案决策寻优方法研究,并通过工程实例探讨了相应的实现过程和步骤。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV698
【部分图文】：

图 3-5 风险评价指标层次结构Fig.3-5 Hierarchical structure of risk assessment index和除险加固之后的风险评价指标专家打分情况见表表 3-5 风险指标专家打分表Tab.3-5 Expert scoring table of risk indicators泄洪能力超标洪水渗漏 滑坡坝内埋管放水设施管理操作5 4 3 3 5 4 5 1 1 1 1 1 1 1 矩阵： 00.1540.846001001E1R 00.1540.846100100.9230.07700.9230.077E2R

4 土石坝风险分析及溃坝后果综合评价随机变量符合正态分布，应用 MATLAB 中相应的随机数发生器rnd ( Mu , Sigma, m, n)模 拟 出 M N的 随 机 变 量 参 数 的 矩 阵 ( iX p , n; p , 2, K , M , q , 2, K , N)。如果某个随机变量参数不服从正态分布，或其它类型分布函数 F，应首先用 r rand ( M , N)发生器随机生成M 行 N 量矩阵r，然后用公1X F ( r) 解出符合分布函数 F 的随机变量参数矩阵各参数矩阵中的各元素相应代入到土石坝可靠性功能函数中，计算功能函到土石坝可靠性功能函数计算结果集合，统计计算结果集合中小于和等于个数 J ，即可得失效概率 / fP J M N。 MATLAB 软件实现 MCM 程序的流程如图 4-1：

确定隶属关系，获得模糊评价矩阵根据权重矩阵和模糊矩阵进行土石坝失事后果的综合评价图 4-4 土石坝失事后果综合评价步骤Fig.4-4 Fuzzy comprehensive evaluation step diagram of earth rockfill dam4 实例分析4.1 基本资料该工程位于陕南商洛市丹凤县地区，大坝为粘土心墙坝，最大坝高 48m，坝段全5m，坝顶高程 719.0m，水库正常蓄水位为 716.0m，校核洪水位为 718.0m，死水位1.0m。大坝最大剖面见图 4-5：

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本文编号：2822738