土石壩震害預(yù)測(cè)及快速評(píng)估方法研究.pdf

1、目前我國(guó)水壩數(shù)量達(dá)86，000座以上，其中95％以上是土石壩。土石壩在地震災(zāi)害中作為承災(zāi)體，一方面引起土石壩壩體的破壞，造成直接經(jīng)濟(jì)損失；另一方面，還可能演變成為危險(xiǎn)的次生災(zāi)害源，引發(fā)次生水災(zāi)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，同時(shí)在地震后還常常因水壩無(wú)法正常發(fā)揮水利設(shè)施功能，造成災(zāi)后生產(chǎn)、生活的困難。在地震發(fā)生后，通過(guò)對(duì)土石壩地震災(zāi)害損失開(kāi)展簡(jiǎn)便、快捷的預(yù)測(cè)評(píng)估，可以為有效開(kāi)展地震應(yīng)急工作，合理分配救災(zāi)人員、物資，及時(shí)救援，避免次生災(zāi)害發(fā)生

2、提供參考。同時(shí)，通過(guò)土石壩震害預(yù)測(cè)及快速評(píng)估方法的研究，可以深化對(duì)土石壩的地震反應(yīng)機(jī)制的認(rèn)識(shí)，在壩體設(shè)計(jì)施工時(shí)預(yù)先采取抗震措施，避免或者減輕可能造成的破壞和損失。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)土石壩震害預(yù)測(cè)與快速評(píng)估方法的研究很少，國(guó)內(nèi)對(duì)群體土石壩石壩震害預(yù)測(cè)與快速評(píng)估方法的研究基本處于空白，面對(duì)我國(guó)嚴(yán)峻的地震形勢(shì)，亟待發(fā)展土石壩震害預(yù)測(cè)和快速評(píng)估方法的研究。
　　 為了便捷準(zhǔn)確地對(duì)土石壩地震破壞狀態(tài)和數(shù)量進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，本文通過(guò)廣泛的震害調(diào)查，

3、系統(tǒng)整理了汶川地震中1792座土石壩震害資料，結(jié)合我國(guó)唐山地震、海城地震、通海地震土石壩震害資料中452座土石壩震害資料，以及建國(guó)以來(lái)12次較大地震中土石壩震害數(shù)據(jù)，對(duì)土石壩群體和單體震害的預(yù)測(cè)及快速評(píng)估方法展開(kāi)研究。
　　 論文主要完成了以下工作：
　　 1.在震害調(diào)查的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了大量土石壩震害數(shù)據(jù)，對(duì)土石壩在地震中的震害比例、震害類(lèi)型、易損部位，易損壩型進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)歸納。對(duì)震害影響因素與土石壩震害的相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)

4、計(jì)分析，確定了影響土石壩震損程度的主要因素。
　　 2.從土石壩實(shí)際震害出發(fā)，結(jié)合我國(guó)歷史土石壩震損分級(jí)經(jīng)驗(yàn)和存在的不足，從震害情況、水利功能保留情況、壩體修復(fù)難易程度三個(gè)方面將土石壩震害等級(jí)劃分為五個(gè)等級(jí)。
　　 3.在歸納土石壩震損規(guī)律、研究震害影響因素與震害相關(guān)性、土石壩震害等級(jí)劃分研究、土石壩震害影響因素研究的基礎(chǔ)上，由我國(guó)數(shù)次大地震中數(shù)千座土石壩在各個(gè)烈度區(qū)內(nèi)的破壞數(shù)據(jù)，構(gòu)建出我國(guó)土石壩地震破壞概率矩陣，并首次

5、給出了土石壩地震易損性曲線(xiàn)的分布形式。
　　 4.基于我國(guó)地震現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)引入損失比的概念，將定性的土石壩震害程度描述數(shù)量化，作為定量描述土石壩震損程度的指標(biāo)。將損失比值作為各個(gè)震害等級(jí)分界閾值，克服了采用定性描述方法劃定土石壩震害等級(jí)帶了的不便。利用土石壩地震破壞概率矩陣數(shù)據(jù)，對(duì)土石壩在各個(gè)地震烈度下的易損性進(jìn)行研究，首次給出了一個(gè)適合我國(guó)國(guó)情的各烈度區(qū)內(nèi)土石壩地震易損性曲線(xiàn)。在損失比概念的基礎(chǔ)上，通過(guò)群體土石壩震害易損

6、性分布的研究，建立起土石壩群體震害預(yù)測(cè)評(píng)估模型。由土石壩震害影響因素分析，確定土石壩群體震害的其他修正參數(shù)值，最終確定土石壩群體震害快速預(yù)測(cè)模型評(píng)估方法模型。該模型可以預(yù)測(cè)評(píng)估Ⅵ-Ⅹ度烈度區(qū)內(nèi)土石壩震害總數(shù)量、各個(gè)烈度區(qū)土石壩震害數(shù)量、處于各種震害程度土石壩震害數(shù)量，評(píng)估特定烈度區(qū)土石壩震害程度及其比例以及土石壩群體遭受的震損程度。
　　 5.由于土石壩震害的因素及震害等級(jí)分類(lèi)本身具有模糊性，論文采用多元模糊預(yù)測(cè)的思路，建立起一

7、種新的單體土石壩震害預(yù)測(cè)的方法。這一單體預(yù)測(cè)方法一方面體現(xiàn)了震害實(shí)際中烈度、壩基等震害因素以及震損破壞程度連續(xù)變化的實(shí)質(zhì)，使得輸入的評(píng)判信息更加符合真實(shí)情況，從而能夠得出準(zhǔn)確的結(jié)論；另一方面，采用多元模糊預(yù)測(cè)評(píng)估方法，根據(jù)實(shí)際震害規(guī)律，通過(guò)一定抽象假設(shè)條件建立起來(lái)的隸屬函數(shù)的形式，表達(dá)了震害因素與震損等級(jí)之間的相關(guān)規(guī)律，避免了采用統(tǒng)計(jì)回歸中由于震害復(fù)雜性導(dǎo)致的回歸系數(shù)差的問(wèn)題。同時(shí)采用多元模糊合成，考慮了單個(gè)因素間的相互耦合作用，思路清

8、晰明確，避免了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中方法對(duì)震害機(jī)理認(rèn)識(shí)的“黑匣子”問(wèn)題。最后再通過(guò)203座歷史震害數(shù)據(jù)的對(duì)土石壩模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)進(jìn)行局部調(diào)整，最終確定土石壩震損快速多元模糊預(yù)測(cè)模型，可以很好的對(duì)單體土石壩震損等級(jí)做出預(yù)測(cè)。
　　 6.通過(guò)研究震區(qū)內(nèi)土石壩的破壞比同損失比在各烈度區(qū)內(nèi)的變化規(guī)律，結(jié)合土石壩震損等級(jí)及數(shù)量的在各個(gè)烈度區(qū)內(nèi)的分布規(guī)律，采用概率統(tǒng)計(jì)方法得到土石壩在震區(qū)范圍內(nèi)損失比的分布公式，可在短時(shí)間內(nèi)估算出地震造成的損失，總體上把