錢塘江海塘風(fēng)險(xiǎn)分析和安全評估研究.pdf

1、海塘，亦稱海堤，是浙江省對修筑于沿?；蛴靡缘钟槌彼牡谭赖奶囟ǚQ謂。風(fēng)險(xiǎn)分析和安全評估是海塘工程中一個(gè)有難度而富有挑戰(zhàn)性的重要研究領(lǐng)域。本文以錢塘江下沙海塘及其保護(hù)區(qū)為主要研究對象，在系統(tǒng)分析和總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，對錢塘江海塘出現(xiàn)的歷史險(xiǎn)情、海塘破堤原因、破口寬度和溢流堰頂高程，錢塘江水位持續(xù)抬升的原因、變異點(diǎn)發(fā)生的時(shí)間、閘口、倉前站的設(shè)計(jì)水位，海塘洪(潮)水越頂安全性、海塘整體穩(wěn)定安全性、海塘滲透穩(wěn)定安全性、海塘安

2、全評估，海塘破堤后洪泛區(qū)災(zāi)情、海塘失效經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，以及以洪前沖淤、拋石固腳為主要內(nèi)容的海塘加固技術(shù)等方面進(jìn)行了比較深入的研究和探討，做到了理論研究與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，既評估了下沙海塘的安全性又分析了下沙海塘失效風(fēng)險(xiǎn)，為海塘風(fēng)險(xiǎn)分析和安全評估提供了方法體系。本文的主要研究成果有： (1)提出了錢塘江海塘的主要失效模式。錢塘江海塘以越頂、整體失穩(wěn)和滲透失穩(wěn)三種破堤形式為主；標(biāo)準(zhǔn)海塘修筑前的1974年13號臺風(fēng)破堤調(diào)查資料分析表明，海塘

3、破堤破口寬度服從對數(shù)正態(tài)分布，破口寬度超越200m的概率為1.22％。標(biāo)準(zhǔn)海塘的修筑較大程度上改善了海塘抵御洪(潮)水的能力，海塘一旦發(fā)生破堤，破口寬度可控制在200m以內(nèi)。 (2)分析了錢塘江高水位持續(xù)抬高的原因、水位系列發(fā)生變異的年份，建立了海塘越頂安全性分析模型。自20世紀(jì)60年代以來，錢塘江河口開展的大規(guī)模治江圍涂、上游建庫是錢塘江河口高水位持續(xù)抬升的內(nèi)因，水情條件是錢塘江發(fā)生高水位的外因；運(yùn)用信息熵理論，通過構(gòu)造水位變

4、異的比較序列的差異信息相對測度診斷表明，1974年、1997年為水位序列的變異點(diǎn)；倉前站原1％設(shè)計(jì)水位9.81m，僅相當(dāng)于現(xiàn)狀的2％標(biāo)準(zhǔn)，客觀上降低了下沙海塘越頂安全性，采用JC法分析下沙海塘發(fā)生越頂?shù)母怕蕿?.80×10-3，敏感性分析表明，錢塘江河口水情、工情條件改變而引起的外江水位特征改變，是錢塘江河口海塘發(fā)生越頂?shù)淖钪饕蛩亍?(3)結(jié)合錢塘江河床沖淤變幅大的特點(diǎn)，首次引入塘前灘地高程作為隨機(jī)變量，建立了海塘整體穩(wěn)定安全

5、性分析模型。當(dāng)塘前灘地高程均值為2.Om、標(biāo)準(zhǔn)差為4.38m時(shí)，下沙海塘整體穩(wěn)定可靠指標(biāo)β為4.91，失效概率為0.46×10-6；敏感性分析表明，對海塘整體穩(wěn)定性影響最主要的是塘前灘地高程均值、方差和土體摩擦角均值三個(gè)變量。 (4)建立了不透水地基均質(zhì)土壩滲透穩(wěn)定計(jì)算模型，采用Monte-Carlo法進(jìn)行抗?jié)B可靠性分析。下沙海塘抗?jié)B可靠度為0.985；敏感性分析表明，抗?jié)B比降均值、變異系數(shù)和外江高水位均值是影響海塘滲透穩(wěn)定可靠

6、性的主要因素。 (5)海塘系統(tǒng)破壞事故樹為串聯(lián)系統(tǒng)。當(dāng)事件B與A的功能函數(shù)為線性時(shí)，條件概率P(B/A)可采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：P(B/A)=1-φ(1-ρ/√1-ρ2E(y)/σy)；下沙海塘失效主要受滲透失穩(wěn)概率所控制，系統(tǒng)失效概率區(qū)間范圍較小，失效概率可近似取為1.5％。 (6)采用MIKE系列計(jì)算軟件包中的一維非恒定流河網(wǎng)模型進(jìn)行破堤后洪泛區(qū)災(zāi)情分析。結(jié)果表明，下沙海塘一旦發(fā)生破堤，洪泛區(qū)成災(zāi)面積可控制在61.6

7、km2以下。以杭州市為例，統(tǒng)計(jì)分析了歷史水災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失與單位面積GDP、成災(zāi)面積的相關(guān)關(guān)系，計(jì)算了下沙海塘失效經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)為547.47萬元。 (7)利用GM(1，1)預(yù)測模型、一維動(dòng)床數(shù)學(xué)模型，從水沙比角度，分析計(jì)算了不同河道長度放水沖淤的效果，提出了錢塘江應(yīng)選擇洪水前的小潮汛進(jìn)行大流量短歷時(shí)沖刷，此時(shí)，水沙比為50～56。利用粒子在水中運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理和Monte-Carlo法，建立了船拋塊石隨機(jī)模型，該模型能夠細(xì)致模擬船拋塊石水