水工结构在洪水荷载作用下可靠性分析中,考虑因洪水过程转移而在水利建筑物群间产生的相关性,应将区域内的水工结构作为一个大系统进行可靠性分析建模。水利工程结构防洪功能的设计,也应在洪水区域性特征下,考虑个体参数与系统功能之间的相互作用和影响,以系统整体风险水平最优,来建立单体结构功能优化设计体系。 本文以洪水过程因子为纽带,考虑各水利建筑物间可靠相关性,结合抗灾结构灾害损失特性,建立了区域防洪工程系统。针对与该系统相关的可靠性问题和该系统内水工结构的风险优化设计,主要作了如下的研究工作: (1)分析了近年来防洪工程系统安全受洪水威胁作用与日俱增的现状后,详细总结了防洪工程系统安全分析中存在的不确定因素,和防洪工程系统可靠性研究现状和成果中的不足后,以洪水致灾因子过程传递为纽带,建立了区域防洪工程系统可靠性分析建模思想; (2)总结了防洪工程系统中主要组成结构的可靠性分析方法,在堤防结构自身结构参数不确定性分析的基础上,建立了与洪水过程时序性相关,考虑堤段结构自身长度因素的整体可靠性分析模型和堤段风险分析函数。 (3)系统分析了防洪工程系统失效模式识别的方法,结合防洪抗灾系统失效损失的社会经济性,引入洪灾风险概念,建立了基于洪水过程的系统失效模式识别体系,结合各水工结构子系统功能和失效概率分析,讨论了主要失效模式识别和失效概率计算,对防洪工程系统总风险进行了计算。 (4)结合水利规范分级抗洪标准,通过建立水工系统整体多级洪水条件可靠度分析模型,实现了防洪工程系统洪水功能可靠性的风险评价;结合南水北调中线工程——丹江口大坝的扩建,对汉江中下游区域水工系统整体防洪可靠性风险影响进行了分析。 (5)由于失效模式枚举的复杂性,尝试从洪水能量角度出发,模拟水工结构系统在洪水过程作用下的失效破坏。将水工结构系统失效与热力学第二定理中最大熵作类比分析,提出了洪灾熵的概念,来模拟水工结构系统抗洪能力可靠性与区域洪水能量关系,和洪水失效风险分布转移的变化,为系统内防洪工程结构的功能风险优化设计提供了理论基础。 (6)在洪灾熵理论的基础上,针对防洪水库的大坝结构,建立了功能风险优化设计模型,通过算例分析,得出了有益的结果。