基于Kriging模型的重力坝可靠性分析

针对重力坝概率可靠性分析时其参数实时获取难,以及其极限状态方程高度非线性甚至非显式表达等问题,本文基于衰减函数获取重力坝服役后参数统计信息基础上,融合Kriging模型强拟合能力,建立了重力坝极限状态方程的Kriging模型,并给出了Kriging模型检验方法;由可靠指标几何定义,发展了一种重力坝可靠指标优化计算方法.经实例考证,本文方法有效考虑了服役效应对重力坝可靠度的影响,较好适应了重力坝高度复杂的工程特性,可更真实及深入分析重力坝的运行可靠状态.     

基于材料参数区间反演下的大坝安全稳定性分析

基于Monte-Carlo和蒙特卡洛法,将时变效应引入大坝的安全评估计算当中,建立起材料参数区间反演下碾压混凝土重力坝的安全分析模型,并对某碾压混凝土重力坝进行了安全可靠度的计算分析。经计算分析表明:大坝在正常服役22年后的失效概率值均较小,目前处于安全稳定的状态;未来五十年,大坝的强度指标随时间呈线性降低,抗滑可靠指标呈"缓降-急降-缓降"三阶段特征;大坝再服役10―22年,需要对其进行一次维修加固,以延缓大坝进入损伤状态;大坝再服役37.6年后,大坝将出现结构性损伤,需要重点关注。     

基于Kriging模型的重力坝非概率可靠性分析

为解决概率可靠性方法分析受限于重力坝不确定参数的统计信息较难获取,及其功能函数高度非线性且较难用显式解析表达式给予刻画等问题,构建了基于不确定参数界限的重力坝单元非概率可靠性(Non-probabilistic Reliability,N-PR)指标计算模型,在此基础上,融合Kriging模型较强预测和拟合优势,发展了一种基于Kriging模型的重力坝N-PR指标计算方法。经实例考证,所给模型与方法可有效规避概率可靠性分析中要求不确定参数随机变化且计算结果对参数高度敏感的局限,较好适应了重力坝功能函数高度非线性甚至难以显式表达的特点,可较深入分析重力坝可靠性。     

重力坝可靠性分析的IPSO-Kriging模型

针对传统概率可靠性分析方法在重力坝可靠性分析方面因结构自身性能不确定性及功能函数高度非线性等影响,其解析过程中收敛性差、精度低且耗时较长等问题,结合改进粒子群算法(particle swarm optimization, PSO)、Kriging模型提出一种基于IPSO-Kriging模型的重力坝可靠性分析方法。借助PSO全局寻优能力强和鲁棒性强等优点,通过对算法本身加以变异操作、惯性权重和高斯加权等诸多方面进行重构(improved PSO,IPSO),依靠IPSO算法的群体搜索能力克服模式搜索法寻得参数θ~*易陷入局部最优值和对初始值较敏感的缺点,确保在任意初始值条件下都能获得极大似然条件下搜索到的最优参数θ~*,进而改善传统PSO收敛速度慢和早熟等问题。通过构建融合IPSO算法IPSO-Kriging数学模型,建立基于IPSO-Kriging模型的重力坝可靠性优化模型。经实例考证所建方法既能合理考量参数变异性,又能在提升精度基础上减少仿真计算次数以实现重力坝工程可靠性的高效计算。     

南水北调中线明渠工程服役性态综合评价方法

为实现南水北调中线输水工程的安全运行和长效服役,规避明渠异常状态给整个输水工程的服役性态造成影响,针对明渠工程评价指标的模糊性以及单一评价方法的片面性,利用目标分析法构建了输水明渠工程服役性态评价指标体系,基于可拓理论对传统的层次分析方法进行区间化,提出了改进可拓层次分析模型,用于指标主观权重的确定,与客观权重进行融合,并将模糊综合评价法和灰色聚类评价法进行优势组合,构建输水明渠服役性态的灰色-模糊评价模型。以南水北调中线某明渠工程段为例,应用建立的方法和模型对其进行服役性态评价,评价结果证明了该方法和模型的有效性及实用性,可为南水北调中线明渠工程的运维提供依据。     

重力坝坝基失稳模糊-随机风险率计算方法研究

基于重力坝坝基抗滑稳定各影响因素的随机性、模糊性以及失稳准则的模糊性,研究了坝基失稳模糊风险数学模型的求解方法,建立了基于安全系数的模糊随机极限状态方程,对设计参数的模糊采用计算简便的α水平截集法,而对失效准则的模糊采用降半梯形隶属函数。工程实例计算表明：此方法比参数与失效准则均采用α水平截集法时得到的模糊风险率区间值更趋合理,模糊风险分析计算得到的坝体安全结论也与现行规范的确定性方法一致。     

重力坝坝基多斜面抗滑稳定模糊体系可靠度研究

以基岩具有多斜面、多滑移通道的某实际重力坝工程为例,基于刚体极限平衡法,采用模糊理论和几种典型的体系可靠度计算方法,研究其典型坝段的坝基深层抗滑稳定模糊体系可靠度,探讨模糊理论中隶属函数形式、隶属度以及隶属函数中关键参数的取值对可靠度计算结果的影响。研究结果表明,采取限制失效概率模糊界限比的方法可使计算结果更具有参考性,考虑模糊性的抗滑稳定可靠指标的下限较常规可靠度计算值偏小,这在重力坝坝基抗滑稳定分析中应引起重视。     

电气主接线可靠性评估的区间方法

提出了发电厂/变电站电气主接线可靠性评估的区间分析方法，同时提出了主接线方案经济分析的区间模型。该方法能够较为合理地将可靠性参数处理为区间数，在计算过程中全程考虑参数的不确定性。经1次计算即可得到反映所有(或任意)参数不确知风险影响的各个可靠性指标和经济性计算结果。由于区间值结果涵盖了已知风险因素，因此为决策者提供了更为科学和符合工程实际的定量评估数据。电气主接线可靠性评估的区间分析方法同时也是一种更新的、更为灵活和强大的多因素灵敏度分析手段。     

重力坝多失效模式相关层间抗滑稳定体系的可靠性分析

提出了基于 Copula函数的重力坝多失效模式相关体系的可靠性分析方法.运用多元Copula函数建立了重力坝层间抗滑稳定相关体系的联合分布模型,从理论上推导了基于Copula函数求解体系相关可靠度的计算式;然后采用非参数估计方法确定了相应Copula函数中的待定参数.通过算例,验证了基于Copula函数的相关性可靠度分析模型的合理性,接着对某重力坝多失效模式相关的层间抗滑稳定体系进行了可靠性分析,并与传统方法的计算结果进行了对比.算例结果表明,Clayton Copula函数可以作为表征重力坝串联体系可靠性中失效模式间相关结构的最优Copula函数,基于Copula函数的相关性可靠度模型计算结果克服了基于独立性假设的一阶、二阶区间估计等方法的局限性,且仍在Ditlevsen二阶界限区间估计值的范围内,能够满足工程问题的精度要求.     

灌区渡槽混凝土结构耐久性等级评估

为更加准确地评估水工建筑物混凝土耐久性影响因素之间的作用关系,科学地分析结构服役状态及各要素影响程度,文章以某灌区渡槽工程为例,从人为、材料、环境3个方面探讨耐久性影响因素,从而建立多指标、多层次评价体系。然后基于FAHP法构建综合模型,将定性指标采用模糊数学理论作定量化处理,对多级指标体系各要素权重采用可拓区间判断进行计算,根据模糊综合法逐级评估计算值定量描述了结构耐久性状态。研究表明:灌区渡槽混凝土耐久性综合评分为66.82,属于Ⅱ级基本正常水平;基于FAHP法的评价模型能够较为客观、准确的反映渡槽服役运行的真实状态和耐久性等级,在水利工程结构安全评价中具有广泛的应用前景。     

重力坝失稳破坏变形表征指标警戒值的拟定

抗滑稳定是重力坝设计与运行中关注的最基本要求,其宏观层面一定程度上可表征为重力坝变形性状的转异行为。大坝变形安全警戒值的确定,传统上多基于各种确定的结构参数和数学模型,缺乏对相关影响因素不确定性的考虑。因此,从不确定性分析理论入手,在对重力坝抗滑稳定可靠指标、变形与坝前水深相关性剖析的基础上,引入响应面法,通过对大坝变形水压分量与抗滑稳定可靠指标之间函数关系的合理拟合,依据现行可靠性设计规范,提出了一种基于抗滑稳定可靠指标的重力坝变形安全警戒值拟定方法,并进行了实际工程案例验证。通过与传统典型小概率法拟定结果的比较,得出了总体合理、可行的结论。文中方法是传统方法的有益补充,可作为传统方法计算结果的有效验证手段。     

地震动和结构参数双重随机的重力坝抗滑稳定可靠度分析

地震动和坝体结构参数的随机性均对重力坝抗滑稳定可靠度有重要影响。首先建立了重力坝建基面抗滑稳定极限状态方程,将坝体水平和竖向惯性力随机过程的最大值作为随机变量,根据随机过程参数获得此随机变量的均值和方差,实现了将地震荷载和结构参数双重随机性问题统一到随机变量模式下;然后采用JC法分析了某实际工程重力坝建基面抗滑稳定可靠度,并结合地震发生的概率分析了该重力坝抗滑稳定的失效概率;最后采用正交试验法分析了各结构随机参数对可靠度和失效概率的敏感性。结果表明：本文提出将随机过程最大值作为随机变量的方法可以用于地震动和结构参数双重随机情况下的重力坝抗滑稳定可靠度分析;实例工程混凝土重力坝沿建基面抗滑稳定可靠指标为4.23,失效概率为0.001 17%;坝体材料密度、地基泊松比以及建基面黏聚力系数和摩擦系数对可靠度计算结果影响较为显著。     

地震作用下混凝土坝时变动力可靠度的概率密度演化方法研究

随着混凝土坝运行时间增加,坝体材料性能逐渐退化,其抗震能力降低,所以有必要对大坝进行全寿命周期抗震安全评估。本文基于概率密度演化理论提出一种混凝土坝全寿命周期抗震性能概率分析方法。该方法同时考虑坝体材料的随机性和时变性,引入相对位移角作为性能综合评价指标。首先建立服役时间内坝体动力非线性响应极值的概率密度演化方程,然后结合等价极值事件求得初始条件,并运用差分法求解方程,最后在安全域内对求解结果积分给出时变动力可靠度。通过算例验证了本文方法的可行性。结果表明,所建议方法能够获取坝体抗震性能在整个服役寿命的概率演化信息和动力可靠度时变规律,且与蒙特卡洛法对比具有较高的计算精度和计算效率。     

沥青混凝土心墙堆石坝地震变形评价方法及其可靠度分析

沥青混凝土心墙堆石坝可就地取材,工程造价低,在我国西部强震区被广泛应用。因其工作条件复杂,且筑坝材料具有非线性特性,故其地震安全评价问题一直受到工程界的关注。因此开展地震作用下沥青混凝土心墙堆石坝的可靠度分析具有理论意义和工程应用价值。本文以坝体裂缝作为坝体地震变形破坏的判断依据,将坝体地震变形倾度作为地震安全的控制指标,建立了基于倾度法和中心点法的沥青混凝土心墙堆石坝地震变形可靠度分析方法。以某98 m高的沥青混凝土心墙堆石坝为例,进行了地震变形的可靠度分析。结果表明:基于本文沥青混凝土心墙堆石坝地震变形可靠度分析方法,获得的大坝设计基准期内的年计地震变形失效概率py=2.156×10~(-6),对应的可靠指标β=4.6,满足规范要求;采用倾度法和中心点法相结合,可以考虑坝体材料分区的影响,获得较为准确的土石坝地震变形失效概率结果,对土石坝具有普遍适用性。本文提出的土石坝坝体地震变形可靠度分析方法,可为沥青混凝土心墙堆石坝抗震设计、地震风险分析以及风险等级的建立提供依据。     

接触面抗剪断强度离散性对重力坝稳定的影响

混凝土重力坝沿滑移面的抗滑稳定性与接触面材料的摩擦系数f和黏聚力c密切相关,现有的重力坝规范,有的取f和c为定值进行分析,有的视f和c为随机变量,并规定了它们的随机分布规律.实际上,f和c既不是一个定值,也不一定符合给定的随机分布规律.关于重力坝抗滑稳定安全系数分布规律的研究成果甚少.应用可靠性方法,针对重力坝沿建基面的抗滑稳定问题,研究了摩擦系数f与黏聚力c的随机分布线型、均值和变异系数对稳定安全系数K的影响,揭示了K的离散特征,以及概率分布曲线和可靠指标的变化规律.研究成果有助于对重力坝规范的进一步认识.     

考虑风险与社会支付意愿的大坝长效服役决策

鉴于大坝长效服役决策需满足严格的工程技术要求,同时兼顾一系列复杂的社会、经济、环境和生态问题的特性,阐述了水库大坝长效服役决策的总体思路,探讨了除险加固、工程降等、拆除退役或近坝址重建等大坝长效服役的可选措施。在计算大坝服役可靠度的基础上,引入生命质量指数,衡量社会经济水平提高和人们生活质量改善对大坝长效安全服役要求的综合提升,据此提出了考虑大坝安全风险和社会支付意愿的大坝服役性能提升措施的决策判据。对一座存在一定坝体失稳风险的某混凝土重力坝提升服役性能措施进行了推荐,建议采取水库水位降低10 m运行或大坝补强加固的措施提升大坝长期服役性能,与工程实际吻合。     

考虑非正态变量相关性的重力坝抗滑稳定可靠度研究

为了研究相关非正态变量对重力坝抗滑稳定可靠指标的影响,采用Jc法、映射变换法和实用分析法计算了具有独立非正态变量时某重力坝抗滑稳定的可靠指标,以及用二阶矩矩阵法计算了非正态变量抗剪断摩擦系数f和黏聚力c字在相关性时重力坝抗滑稳定的可靠指标。通过计算分析表明：理论上Jc法、映射变换法、实用分析法三种方法对独立非正态变量的正态化处理方式有所不同,但对于文中实例计算结果基本一致;当变量间不考虑相关性时二阶矩矩阵法蜕化为Jc法;重力坝抗滑稳定的可靠指标随着f和c之间负相关系数的减小而增大,f和c’采用正态分布概率模型计算的重力坝抗滑稳定的可靠指标比f和c采用对数正态分布概率模型计算的重力坝抗滑稳定的可靠指标小。     

基于微粒群算法的重力坝坝基多滑面稳定可靠度分析

以往混凝土重力坝坝基抗滑稳定可靠度分析大多只研究单滑面或双滑面的情形,但通常的地质条件下,基岩内可能存在多滑面失稳,目前关于重力坝多滑面抗滑稳定可靠度的研究成果相对较少。本文在刚体极限平衡等安全系数法的基础上,提出了基于微粒群算法的重力坝坝基深层多滑面抗滑稳定可靠度计算方法,该方法能够处理非线性隐式功能函数的可靠指标计算问题,即根据可靠指标的几何涵义,将可靠度计算转化为约束优化问题,从而实现智能优化计算。3个算例分析表明,该方法计算工作量少,精度和计算效率高,算法适用性广,能够应用到复杂的坝基多滑面抗滑稳定可靠度计算中。工程实例分析表明,该方法具有较高的实用价值,可为重力坝稳定安全评价方法的深入研究与重力坝结构设计提供新的思路和技术支撑。     

大坝空间变形监控指标的拟定

针对传统方法在拟定大坝安全监测指标时对空间性和模糊性考虑的不足,采用投影寻踪方法对大坝不同高程处位移序列进行降维处理,生成位移投影值及位移权重,计算出加权位移值并运用正逆向云模型拟定大坝位移安全监控综合指标。以棉花滩碾压混凝土重力坝为例,运用投影寻踪模型和云模型拟定了4#坝段上下游方向位移安全监控综合指标,并分析了坝体加权位移值与环境量变化规律的相关性,针对某一位移超标值,通过与置信区间法拟定结果的对比分析,论证了该方法的合理性和可行性。