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为了最大程度的兴利除害实现水资源的可持续利用,过去的六、七十年里我国兴建了大量的水利工程,大坝作为主要的挡水建筑物更是得到了大力的发展。鉴于大坝工程的特殊性质——工程自身的安全,特别是工程失事后对下游生命、环境、财产等多方面的影响,人们对已建和在建水利工程的安全可靠要求越来越高,将“工程安全”转换为“工程风险”,再辅以“承担适度风险”的理念将更易于接受,对已建或在建的大坝进行风险分析也将成为工程安全评价的主要工作内容之一。 大坝自身的安全及其对下游影响的衡量是一个很复杂的问题,其不仅包括很多确定的影响因子,还包括了大量随机不确定及模糊不确定的影响因素,本文主要进行了以下研究工作: (1)统计国内水库运行及失事的资料,针对我国当前大坝安全的现状,分析了大坝常见的破坏形式和破坏机理,并分别针对土石坝、重力坝、拱坝给出了可能的溃坝模式及溃坝路径。 (2)引入模糊集合理论,定义了模糊概率,并基于模糊集合论分析了风险的模糊性;分别建立了考虑影响因子及失效准则模糊性的模糊风险模型,并利用模糊集合与经典集合的转换关系进行数值求解。 (3)大坝结构的可靠度受到很多因素的影响,其中不仅有确定的影响因子,还包括了大量随机不确定及模糊不确定的影响因素,甚至安全与否的评价准则也具有模糊不确定性,文中具体针对土石坝渗流失稳、土石坝漫顶、重力坝坝基失稳、重力坝坝踵处受拉破坏、拱坝坝肩失稳等常见破坏形式分别考虑了关键变量的随机性和模糊性、失效准则的模糊性,建立了基于模糊集合论的可靠度分析模型,同时采用JC法进行结构可靠度求解,并对工程实例进行验算。实例计算结果表明,随着模糊集合的引入,大坝破坏的风险不再呈现为尖拐点的突变,而表现为一个过渡区间,即表征了结构的破坏的逐渐变化和发展的过程,并且随着影响因子和失效准则模糊性的缩减,区间范围也缩小。 (4)目前,水库下游防护对象的防御风险主要以洪水的频率进行定义和衡量,本文参考结构可靠度的极限状态,建立了受上游水库影响后下游防护对象的极限状态,并综合考虑洪水的随机不确定行性和水库的调洪规则,建立模型计算水库调节后下游的洪水频率,据此判断下游的防洪安全性。以黄河上游兰州断面的百年一遇洪水为计算实例,分别对比分析了上游刘家峡水库单独调节,龙羊峡、刘家峡两库联合调节,龙羊峡、拉西瓦、刘家峡三库运行情况下兰州断面洪水的风险的变化。随着上游水库调节能力的增加,兰州断面洪水流量对应的频率逐渐降低,即上游水库的调蓄作用有效提高了兰州市的防洪标准。 本论文的研究成果可为已建或在建的大坝进行安全评价提供决策依据,也为在水利工程中推行的风险管理、风险评价等进一步研究提供参考。