基于模糊综合理论的水库堤坝风险分析

摘要

由于引起堤坝溃坝的风险因素众多，而且存在大量不确定性风险因素，风险因素的有效识别和量化，现有堤坝运行风险的评估和健康诊断是目前国内外亟待解决的重要课题。本文在充分分析堤坝风险因素的基础上，利用改进的层次分析法对水库堤坝风险因素进行识别，并应用模糊数学理论，结合水库堤坝实例，对其进行模糊综合评价。建立了基于原位监测资料的堤坝渗流参数的时变模型，并对现有堤坝进行健康诊断和风险评估。 1、堤坝风险的模糊综合评价。根据风险评估的程序，首先对水库堤坝的风险因素进行识别，利用层次分析法和变权概念对风险因素权重进行调整，应用模糊综合评价方法对同一层次风险因素按照风险度大小进行排序，然后在考虑专家权威系数的基础上，对风险后果量化处理，依据堤坝风险诊断的四类标准，最后综合得出水库堤坝总体风险评价结果为第三类病危坝。 2、基于原位监测数据的堤坝健康诊断研究。在考虑库水位和时效因素对水库堤坝的坝基扬压力影响的基础上，依据原位监测数据，建立了堤坝渗流时变模型，并应用改进的神经网络模型对渗流参数进行了反演和预测，综合分析了堤坝在加固前后的渗流状况，为堤坝的健康诊断提供了新的思路。 3、堤坝风险标准的探讨。在参考国外堤坝风险标准的基础上，根据我国溃坝情况以及其他一些因素初步提出了我国堤坝风险标准。首先对可接受风险和可容忍风险进行了严格的区分，然后以三个准则为依据探讨了如何建立生命风险标准。在对国外风险标准制定情况研究的基础上。这一标准包括单个风险标准、社会风险标准和经济风险标准。 本文在已有的风险识别和风险管理理论基础上，提出了全新的确定风险指标权重的方法，并运用matlab软件中的遗传算法工具箱对其进行一致性检验。运用ELMAN神经网络模型对堤坝渗流参数进行预测和回归反演分析，为堤坝的实时监控和制定相应的风险防范措施提供了一定的理论和技术基础。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1概述

1.2国内外的研究和应用现状

1.2.1风险评估的研究

1.2.2国外研究现状

1.2.3国内研究现状

1.3问题的提出

1.4本文的主要工作

第二章基于可靠度理论的堤坝风险评估模型

2.1风险的概念

2.2风险与可靠度的关系

2.2.1以可靠指标表征风险率

2.3堤坝风险评估的理论基础

2.4堤坝风险评估的国外研究状况

2.5堤坝风险评估的国内研究进展

2.6以可靠度理论进行堤坝失效概率计算的方法

2.6.1堤坝失效路径的选择

2.6.2多因素作用下堤坝的失效模型

2.7堤坝风险

2.7.1 Monte Carlo法

2.7.2堤坝风险的蒙特卡罗算法

2.7.3水库堤坝风险的蒙特卡罗算法

2.8本章小结

第三章堤坝风险分析的模糊综合评判

3.1堤坝不确定性的描述

3.1.1荷载的不确定性

3.1.2材料参数的不确定性

3.1.3几何尺寸的不确定性

3.1.4初始条件和边界条件的不确定性

3.1.5计算模型的不确定性

3.2模糊综合评判模型

3.2.1溃坝失事的类型及原因

3.2.2堤坝运行风险识别模型

3.2.3改进的层次分析法的概念

3.2.4风险评价体系的构建原则

3.2.5堤坝风险指标及体系

3.2.6堤坝风险评价指标隶属度的确定

3.2.7堤坝风险评价评语集的选择

3.3水库堤坝模糊综合风险分析

3.4本章小结

第四章基于原位监测数据的堤坝健康诊断研究

4.1健康诊断的理论和方法

4.1.1国内外研究现状

4.1.2本文采取的方法

4.2健康诊断的标准

4.3基于原位渗流监测资料的渗流参数时变模型

4.3.1坝基扬压力演变规律

4.3.2渗透系数的时变模型

4.4渗透系数的神经网络预警模型

4.4.1神经网络预警模型

4.4.2 Elman神经网络模型及在MATLAB中的使用

4.5基于原位渗流监测数据的堤坝渗流系数时变模型

4.5.1水压分量δ1

4.5.2温度分量δ2

4.3.5时效分量δ3

4.6尔王庄水库堤坝渗流预测分析

4.6.1模型学习

4.6.2演变规律

4.7本章小结

第五章堤坝维修加固策略研究

5.1堤坝运行风险识别

5.1.1重点维修部位的确定

5.2堤坝风险损失模型的建立

5.2.1损失风险模型的框架

5.2.2结构的监测和维护决策

5.3本章小结

第六章我国风险标准的探讨

6.1生命风险标准的建立

6.1.1单个风险标准的建立

6.1.2社会风险标准的建立

6.1.3经济风险标准的建立

6.2我国风险标准探讨

6.2.1堤坝单个风险标准

6.2.2堤坝社会风险标准

6.2.3经济风险标准

6.3本章小结

第七章全文总结和展望

7.1全文总结

7.1.1实际工程问题的解决

7.1.2本文的创新之处

7.2展望

参考文献

读博期间发表的论文

致谢