多灾种耦合及其在跨江大桥地震分析中的应用

摘要

近年来，大量灾害串发的情况表明，灾害的发生已经突破了单一灾种的限制，逐步向双灾种甚至多灾种的方向发展。而从国内外对多灾种的研究情况来看，多灾种问题的研究还刚刚处于起步阶段，尤其是对多灾种演化链式关系及耦合作用的研究更是极其匮乏。基于此，本文在国家科技攻关计划“西部开发科技行动”重大项目的资助下，对多灾种问题，尤其是对多灾种演化链式关系及耦合作用进行较为深入的研究，进一步丰富和完善了灾变链式理论，主要结论包括： (1)对多灾种的特征内涵进行了较合理的定义，并给出了多灾种演化链式关系和多灾种耦合作用的特征定义。 (2)引入了系统科学的观点，定义了系统灾害学的概念，并以此为基础，提出了多灾种系统的概念；根据多灾种演化的情况和发展趋势，分析了多灾种系统动态演化的表现特征；利用一些数学变量从数学层面分析了灾种与环境、灾种与灾种、灾种内要素与要素间的相互作用关系，建立了多灾种链式动态演化及耦合作用的关系模型；并借助于一些指标变量(环境参量、系统的状态参量和系统的结构参量等)的时空变化，分析了多灾种系统动态演化及耦合作用机理。 (3)利用重建相空间理论，通过对多灾种系统重建相空间维数、Lyapunov指数、BDs统计分析和R/S分析等手段和方法的研究，使多灾种演化特性的量化研究得以实现；同时，研究表明绝大多数多灾种系统的演化规律主要受确定性的规律控制，但其演化过程也较多的受到外部因素的干扰和系统本身内部因素涨落的影响。 (4)以温度场、渗流场和变形场演绎过程中的耦合作用为例，分析了三场中任意两场的耦合作用关系和作用机理，推导了两场相互作用的数学控制方程，在此基础上，进一步研究了三场的耦合作用关系，推导了三场耦合作用的数学控制方程。最后构建了多灾种耦合作用数学模型。 (5)结合揭示的多灾种链式关系以及建立的多灾种耦合作用数学模型，对影响跨江大桥稳定性的多灾种因素进行了详细的分析；研究了影响跨江大桥稳定性的多灾种因素耦合作用，建立了多灾种因素耦合作用关系图；创建了多灾种因素耦合作用计算理论。并以四川苗子坪岷江大桥为例，根据建立的多灾种演化及耦合作用链式关系和构建的多灾种数学模型，综合考虑归纳出的多灾种因素，运用工程软件ansys进行了分析，得出了各灾种因素在跨江大桥破坏这一演化过程中的影响程度情况。 目前，对多灾种问题的研究还是一个全新的领域，本文揭示了多灾种演化链式关系及耦合作用的实质性规律，对认清灾变链发机理和实施有效工程治灾都将产生深远的影响。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1多灾种演化问题的提出

1.2演化链式关系及耦合作用的研究意义和特征内涵

1.3多灾种演化链式关系及耦合作用的研究现状

1.4本文的主要研究内容

1.5小结

第二章多灾种演化及耦合作用的链式关系研究

2.1多灾种动态演化的表现特征

2.1.1系统灾害学概念的提出

2.1.2多灾种系统概念的提出

2.1.3多灾种动态演化的表现特征

2.2多灾种演化过程的耦合作用

2.2.1演化过程耦合作用的特征实质

2.2.2演化过程的相互作用关系

2.3多灾种链式动态演化及耦合作用关系模型

2.3.1耦合作用关系模型

2.3.2链式演化的动态性

2.3.3链式动态演化及耦合作用关系模型

2.4结论

第三章多灾种耦合强度及演化特性的量化方法研究

3.1多灾种耦合强度的量化研究

3.2多灾种演化特性的量化方法

3.2.1相空间重构法

3.2.2 Lyapunov法

3.2.3 BDS统计分析法

3.2.4系统演化趋势的R/S分析法

3.3结论

第四章多灾种演绎耦合作用数学模型构建

4.1渗流场与变形场耦合作用

4.1.1渗流场对变形场的影响

4.1.2变形场对渗流场的影响

4.2变形场与温度场耦合作用

4.3温度场与渗流场耦合作用

4.3.1渗流场对温度场的耦合作用

4.3.2温度场对渗流场的耦合作用

4.4温度场、渗流场和变形场耦合作用关系

4.5温度场、渗流场和变形场耦合作用数学模型

4.5.1理论基础

4.5.2三场耦合作用数学方程的建立

4.5.3三场耦合作用数学方程的求解条件

4.6结论

第五章多灾种耦合及其在跨江大桥地震分析中的应用

5.1影响跨江大桥稳定性的多灾种因素分析

5.2影响跨江大桥稳定性的多灾种因素耦合关系研究

5.3多灾种因素耦合作用计算理论的建立

5.3.1环境作用域内，地壳岩体温度场、渗流场和变形场的耦合作用

5.3.2地震激励下动水与桥墩结构的耦联作用分析

5.3.3地震激励下动水施加在桩体上的外力分析

5.3.4桩土结构相互作用分析

5.4算例分析

5.4.1计算模型的建立

5.4.2计算结果分析

5.5结论

第6章结论和建议

6.1结论

6.2建议

致 谢

参考文献

附录：攻读硕士学位期间参加的科研项目及发表的论文