极端洪水和低温条件下的土石坝安全评价

摘要

20世纪末期，全球变暖引发了极端事件和恶劣气候，如季节分布的错位，日温度较大的变化和降雨量巨大的波动以及频繁出现的极端事件等。其中，洪水、山崩、火灾二旱灾、龙卷风、飓风、台风等较为常见。2008年的低温、雨雪冰冻天气袭击了我国南方十九个省区市，其影响范围之广、所造成的灾害之重为历史罕见；2009年入秋以来，西南贵州、云南、四川、重庆、广西5省市高温少雨，导致当地出现了几十年一遇的大旱；201O年4月14日，青海省玉树藏族自治州玉树县发生7.1级大地震，受灾民众死伤众多。这些极端事件的出现，不仅给国家和人民生命财产带来严重的损失，也给我国的水利工程安全带来了更大的考验。
　　 对土石坝而言，大坝溃坝会对下游的人民生命和财产安全造成巨大损失，尤其是流域梯级水电站，其控制水库的防洪安全直接关系到整个流域的安全，因此对其进行风险研究十分必要。
　　 本文拟对我国南方极端洪水和低温情况下的土石坝安全问题进行研究。文中所选工程案例为《溃坝风险评价方法研究及评价软件开发》科研项目的部分成果，本文的主要内容与结论如下：
　　 (1)运用Quanxi Shao扩展的三参数BurrⅫ分布对水库的入库最大设计洪水进行计算，该方法克服了人为选取经验频率点与需要反复试算各统计参数的缺点，计算更为简单；考虑入库洪水的水文条件、出库泄流能力的水力条件、库容与水位关系的边界条件以及防洪起调水位的初始条件等不确定性因素，基于随机微分方程对大坝的漫顶风险进行量化分析，为经济合理地选择大坝泄洪建筑物规模和调度运行方式，提供了科学的依据。
　　 (2)参照国内外混凝土与岩石力学特性试验的研究，得出大坝筑坝材料在低温(冰冻)、冻融作用下的抗压强度、抗拉强度、弹性模量等力学参数指标的变化情况，确定计算案例的材料参数。
　　 (3)以三板溪面板堆石坝为例，考虑极端洪水、冰冻、冻融对大坝筑坝材料力学特性的影响，运用Flac3D软件对大坝在极端洪水和低温(冰冻)、冻融作用下的应力变形等特性进行数值模拟计算，研究大坝在这两种工况下的力学状态。结果表明，该面板堆石坝的应力变形符合安全要求。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2极端洪水、低温对土石坝的影响

1.3国内外研究现状

1.4本文研究内容

第二章极端洪水情况下的土石坝漫顶风险理论研究

2.1漫顶风险模型概述

2.2漫顶风险模型的求解方法

2.3洪水漫顶风险计算方法

2.4本章小结

第三章极端洪水情况下的土石坝漫顶风险工程应用

3.1工程概况

3.2基于EBⅫ分布与随机微分方程的大坝漫顶风险计算

3.3基于随机微分方程的大坝漫顶风险计算

3.3.1贵州三板溪水电站

3.3.2湖北江坪河水电站

3.4本章小结

第四章低温情况下的大坝材料性能劣化研究

4.1低温对混凝土的影响

4.2低温对岩石的影响

4.3冻融作用对筑坝材料的影响

4.4三板溪工程材料力学参数的确定

4.5本章小结

第五章极端灾害环境下的土石坝力学状态数值模拟

5.1正常蓄水位时大坝的应力与位移计算结果

5.2极端洪水情况下大坝的应力与位移计算结果

5.3冰冻情况下大坝的应力与位移计算结果

5.4冻融情况下大坝的应力与位移计算结果

5.5计算结果分析

5.6本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

附录