長距離輸水工程的關鍵結構體系可靠度研究.pdf

1、實際工程中存在大量的不確定性,定量描述和把握不確定性對工程的影響,對保障工程的安全性具有重要的意義.長距離輸水工程規(guī)模大、線路長,面對眾多復雜的不確定環(huán)境因素影響,其安全性倍受關注.從宏觀上看,長距離輸水工程是一個主要由渠道和建筑物組成的串聯(lián)體系,而串聯(lián)體系中關鍵結構的安全性對整個體系的安全性具有重大影響.本文以南水北調中線工程為背景,研究長距離輸水工程的關鍵結構體系可靠度問題.渡槽在南水北調中線工程建筑物中,規(guī)模相對較大、結構相對復雜

2、；南水北調中線工程絕大部分渠段均采用明渠輸水,線路總長中渠道所占比重大.因此,大型渡槽和渠道邊坡的體系可靠性在一定程度上就反映了整個供水系統(tǒng)的可靠性,其體系可靠性評價是長距離輸水系統(tǒng)安全分析需要解決的一個關鍵問題.由此,論文在可靠度計算的基本理論、渡槽的體系可靠度計算方法、渠道邊坡穩(wěn)定的體系可靠度計算方法等方面開展了深入的研究,取得以下主要研究成果: (1) 將抽樣點投影到失效面上,利用被分離變量的分布函數(shù)的解析解,結合剩余變量

3、的重要抽樣,提出了失效面上的重要抽樣方法,給出了原始空間(X)和旋轉后的標準正態(tài)空間(V)的實現(xiàn)方法.直接將抽樣點取在失效面上,提高了抽樣有效性和對非線性極限狀態(tài)方程的適應能力；解析解的引入降低了抽樣維數(shù),提高了計算精度.理論推導和數(shù)值計算證明了該方法的適用性. (2) 響應面方法是解決具有隱式極限狀態(tài)方程的大型復雜結構可靠度分析問題的理想途徑,極限狀態(tài)函數(shù)重構方法的選擇是其關鍵問題.文中引入人工智能新技術支持向量機(SVM)方

4、法,結合可靠度分析的幾何方法,建立了基于SVM的可靠度分析響應面方法,在此基礎上進一步提出了改進的SVM可靠度分析響應面方法和 SVM 重要抽樣方法.改進方法每加入一個新的驗算點就可擬合出一個新的極限狀態(tài)方程,所需的有限元計算工作量少,具有較快的收斂速度和較強的非線性擬合能力. (3) 渡槽建筑物的上部槽身一旦開裂,容易因漏水影響建筑物的耐久性和安全性.有些情況下,正常使用極限狀態(tài)可能成為渡槽結構設計的控制工況條件.文中建立了大

5、型預應力渡槽槽身三維有限元模型,選擇主要的受力構件作為分析對象,采用SVM方法重構極限狀態(tài)方程,計算了主要受力構件的抗裂可靠度指標,分析了可靠度指標對變量的敏感性.采用體系可靠度界限方法,對構件失效相關性和體系可靠度進行分析,得到了渡槽抗裂體系可靠度的寬限和窄限解.同時,采用SVM方法擬合渡槽的靜力位移反應,分析了渡槽的撓度可靠度. (4)基于隨機場局部平均理論,提出了邊坡二維滑弧和三維滑動面上土性參數(shù)局部平均的離散化計算方法.

6、該方法與邊坡穩(wěn)定條分法的特點相適應,對滑動面的具體形狀沒有特別的限制,計算簡便,可以有效考慮土性參數(shù)相關函數(shù)的具體形式對局部平均的影響.并且,基于該方法分析了土性參數(shù)空間相關結構對邊坡穩(wěn)定可靠度的影響. (5)考慮土性參數(shù)空間相關性,邊坡三維可靠度指標隨著滑坡寬度的加長,先減后增,存在一個最小值.論文結合算例對出現(xiàn)這一規(guī)律的原因進行了解釋,為采用優(yōu)化方法計算邊坡三維可靠度指標提供了基礎.文中給出了基于遺傳算法的邊坡三維可靠度分析