土石坝漫坝与坝坡失稳风险分析分析与应用

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1、第一章绪论1．1研究背景及意义水利水电工程系统技术复杂，投资巨大，影响面广，受自然和社会的不确定性因素影响众多，工程一旦失事，将会给国家和人民生命财产安全造成极其严重的损害。因此，在水利水电工程的建设和运行管理活动中，应注意进行风险分析和评价，来避免风险的发生或减轻风险的损失。我国已建成大、中、小型水库8．6万座，这些水库在我国国民经济基础产业中占有重要地位，为防洪、发电、灌溉、供水、及水产养殖等方面创造了巨大的社会财富和经济效益；然而大坝一旦失事，又将给国家和人民生命财产安全带来不可估量的损失。例如，197

2、5年河南板桥土石坝失事，淹没农田113．3万km2，受灾人口1190万，死亡2．6万人。因此大坝安全问题，一直受到国内外坝工界的普遍关注。大坝设计及运行的安全可靠性依赖于大坝承受外部荷载的能力，而作用于大坝上的荷载和大坝的抗力均随时间改变而改变，即存在随机性，因而大坝存在失事风险。因为大坝失事的各影响因素都具有随机性，而应用风险理论能较好地反映这种不确定性，所以应用风险分析方法对大坝失事进行研究是非常合理的。据资料统计：目前世界上约l／3的大坝失事是因洪水漫坝造成的【11，我国在20世纪50,-,90年代，洪

3、水漫坝失事的大坝共有1147座，约占同期大坝失事总数的46．6％；国内因大坝滑坡和塌方造成垮坝的占同期垮坝总数的38％【2】，国外因大坝滑坡和塌方造成垮坝的占同期垮坝总数的14．2％。这说明，大坝失事的两个最主要原因是漫坝和坝体失稳。而在大坝失事事故中，土石坝所占比例高达70．5％，且由于历史原因，我国已建大坝中土石坝占90％以上，．绝大部分土石坝已运行了50年，已经达到或即将达到其正常使用年限，病险水库量大面广，且逐年增多，因此，加强对土石坝水库进行风险分析和风险评价的研究，为土石坝水库工程的除险加固提供科

4、学的决策依据，具有很大的理论意义与实际意义。本文将以于桥水库为例进行研究。于桥水库建成于1960年，大坝为均质土坝，到现在已经运行了将近50年，工程老化，且水库处于京津唐三角经济带的中心位置，肩负着防洪和供水两项重大任务。在防洪上，于桥水库的安危直接影响到下游四条铁路、引滦入津引水线路、河北玉田、天津市腹地和京哈、邦喜、津围等公路干线的存亡；在供水上，于桥水库总库容15．59亿m3，从潘家VI水库引过来的滦河水，都要进入于桥水库第～章绪论进行调蓄，再经由州河、引滦明渠、引滦暗渠而流入天津市区。如果失事，其后果

5、是非常严重的。因此本文通过对大坝进行风险分析，来评价于桥水库大坝的安全性以便决定是否需要采取提高安全性的措施，进而为风险决策和风险管理提供科学依据。1．2国内外相关研究动态风险分析在国外的研究开始于六十年代末、七十年代初。当时由于几起严重的大坝失事，促使许多国家如美国、前苏联等开展大坝防洪风险研究。1973年美国土木工程师协会发表了一篇用风险分析方法对溢洪道设计进行重新评估的检查报告，由此拉开了风险分析的序幕。现在己经有一批受过良好培训、具有研究和应用能力的工程师工作在这一领域。他们不仅应用风险分析方法来处理

6、由不确定性带来的风险问题，而且更重要的是将这些方法带入工程和经济决策之中。水利工程方面的风险研究起步较晚，主要是由于水利工程防洪系统涉及的自然因素较多，无法通过人工试验测验其随机性，并且受历史资料限制，不易获得其随机性规律，而且变量之间多为非线性、非解析函数关系，系统内部关系复杂，难以用数学模型精确描述。但经过许多研究人员的努力，水利工程防洪研究取得了明显的进展。国内开展水利工程防洪可靠性的研究是八十年代才开始的，尽管如此也取得了一批成果。国内外取得的主要成果如下：(1)国际方面【3J【4J：Raekwitz

7、首次把一次二阶矩法应用于防洪风险的计算。WoodE．F计算了由洪水引起的堤防漫顶风险。EEFahlbusch对大坝的失事风险标准进行了研究，认为大坝所承担的风险依赖于下游居民的稠密程度与失事后的财产损失。S．TCheng，B。C．Yen和WH．Tang在考虑了水文、水力两方面的不确定性情况下，估计了漫坝风险，并对风险标准作了进一步的研究。HaimesYY等运用多目标风险分割方法对水资源规划进行了研究，把政治、法律和社会等因素看作约束条件考虑在内，对工程进行风险效益损失的综合研究以确定工程的规模和泄流能力，并首

8、次把风险分析理论应用到水资源系统规划中去。KarlssonP．O．和HaimesY．Y．以“分块多目标风险方法”对大坝安全问题进行了风险分析，使用了5种类型的概率分布函数并对得出的各种结果进行比较。A．Afshar，M．A．Ma．rillo在总结前人研究成果的基础上，阐述了利用风险分析设计溢洪道最优泄流能力的方法。SalmonG．M．和HartfordD．N．D．介绍了目前国外较为盛行的“允许风险分