基于事故树的水库渠首结构安全分析 ——以越南广南省富宁水库渠首工程为例

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随着越南农业灌溉需求的增长,水库工程对于国家的发展变得越来越重要。现有的大坝一般采用传统方式设计,其遵照的技术规范仅针对水库的泄流和负荷进行核算,没有考虑各个工程项目对方案整体结构安全的影响。此外,由于自然因素的随机出现与不可控性,大坝结构安全评估具有不确定性特征。在当前有关越南水库工程安全的研究中,大多数大坝安全分析和评估未考虑各安全因素之间的关系及其不确定性特点。为此本文深入分析大坝安全事故特征与形成机理,综合运用蒙特卡罗、事故树、概率可靠性理论等方法,对越南水库渠首工程展开结构安全评估,旨在为越南水利工程的设计、修复以及安全管理提供科学依据。主要研究内容概括如下:(1)全面介绍了灌溉系统的水库渠首结构,深入分析了水库渠首工程结构破坏的五大主要因素:自然因素、设计因素、施工因素、管理因素、蓄意破坏,并充分考虑各因素的不确定性,同时也剖析了渠首工程中各建筑物的破坏机理,为后续安全概率计算的模型构建与算法设计奠定了坚实的基础。(2)将水库渠首系统分解为多项分部分项建筑物,提取主坝、溢洪道、引水隧洞等关键建筑物进行深入分析结构破坏过程以及原因,运用事故树理论描述水库子系统结构安全因素之间的关系和事故形成机理;利用概率可靠性理论,建立主坝、溢洪道、引水隧洞等各种不同结构破坏的安全概率函数;按照结构安全因素之间的并联关系,构建不考虑安全因素随机性的水库渠首结构安全评估函数。(3)充分考虑建筑物结构安全因素的不确定性,依据历史经验、统计数据与规范标准,确定各安全因素的概率密度函数,结合因素之间的关联关系,建立考虑不确定性的水库渠首结构安全评估模型;运用蒙特卡罗方法,模拟仿真因素随机性,求解安全概率函数。为方便计算安全概率,运用C++语言,开发了一款针对具有主坝、溢洪道、引水隧洞的水库渠首结构安全评估软件—SYPRO2018。将上述理论与软件运用于越南的富宁灌溉工程中,评估了该工程中渠首部分的安全状态,结果如下:a)下游滑坡、漫顶两种破坏形式对工程的安全运行具有重要影响。b)为了合理安排维修工作以及设备升级工作,量化评估了水库中每个项目的重要性,计算得出主坝和副坝对整个系统的安全起着至关重要的作用,其次是地下引水管道与溢洪道。c)传统设计方法得出的安全系数大于本文所提出的方法,说明传统的设计方法过于安全。
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