基于復(fù)雜性理論的堤防工程災(zāi)變破壞機(jī)制與安全評(píng)價(jià)方法.pdf

1、堤防是防洪工程體系的重要組成部分，是抵御洪水和保障兩岸人民生命財(cái)產(chǎn)安全的基本設(shè)施和最后屏障，一旦失事將給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重?fù)p失。研究堤防工程災(zāi)變機(jī)制與規(guī)律，是對(duì)堤防工程進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和科學(xué)管理的理論基礎(chǔ)和前提，是保障堤防工程安全的重要依據(jù)；堤防工程安全分析與評(píng)價(jià)是水利工程建設(shè)和管理的核心問題，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題之一，意義重大。
　　 本文針對(duì)堤防工程中的滲透破壞與堤坡失穩(wěn)問題，應(yīng)用復(fù)雜性理論和方法，在對(duì)堤防工程復(fù)雜特性研究的

2、基礎(chǔ)上，根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)原理，研究了堤基管涌和堤坡失穩(wěn)破壞的耗散結(jié)構(gòu)形成機(jī)制和失穩(wěn)條件；采用突變理論分別建立了堤坡失穩(wěn)、滲透破壞、土體變形等災(zāi)變破壞過程的尖點(diǎn)突變模型，得出了各模型的突變失穩(wěn)臨界條件或判據(jù)，推進(jìn)了堤防工程災(zāi)變破壞機(jī)制研究進(jìn)程；針對(duì)堤防工程安全評(píng)價(jià)問題，多方面、多層次，系統(tǒng)探討了其安全評(píng)價(jià)的方法，包括基于事故樹理論的風(fēng)險(xiǎn)分析法、基于突變理論的堤防工程單元堤段安全評(píng)價(jià)方法、基于熵權(quán)的堤防工程綜合安全集對(duì)分析方法等，為堤防工程安全

3、評(píng)價(jià)提供理論支持。主要內(nèi)容包括：
　　 (1)針對(duì)堤防工程中的滲透變形問題，根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論，分析了堤基管涌的耗散結(jié)構(gòu)形成機(jī)制，探討了滲透水流的最小可用能耗率原理，為管涌研究探索了一條新的途徑。同時(shí)，應(yīng)用突變理論，以加劇滲透變形因子和阻抗?jié)B透變形因子為控制變量，建立了滲透變形的尖點(diǎn)突變模型，為滲透變形的判別和失穩(wěn)條件的研究提供了新思路。
　　 (2)針對(duì)堤坡失穩(wěn)問題，根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論，分析了堤坡失穩(wěn)的耗散結(jié)構(gòu)形成機(jī)制；利

4、用信息熵理論推導(dǎo)了以堤防工程系統(tǒng)應(yīng)變能表達(dá)的系統(tǒng)熵的表達(dá)式；并對(duì)熵表達(dá)式進(jìn)行平衡分析，得到了堤防工程破壞的熵突變準(zhǔn)則。同時(shí)，根據(jù)堤坡失穩(wěn)的特點(diǎn)，基于堤坡失穩(wěn)的力學(xué)模型，考慮邊坡材料的非線性應(yīng)變軟化和孔隙水對(duì)材料的水致弱化作用，應(yīng)用突變理論分別推導(dǎo)了非粘性土堤坡和粘性土堤坡失穩(wěn)的尖點(diǎn)突變模型；并利用該模型對(duì)堤防工程邊坡失穩(wěn)機(jī)制和力學(xué)條件進(jìn)行研究，從整體上深化對(duì)堤坡失穩(wěn)機(jī)制的認(rèn)識(shí)；通過對(duì)模型的分析，提出以位移的變化來判斷堤坡的穩(wěn)定性，并將其

5、應(yīng)用于工程實(shí)例，為堤坡穩(wěn)定性分析提供新途徑。
　　 (3)針對(duì)堤防工程中土體變形問題，根據(jù)突變理論，考慮加荷時(shí)間效應(yīng)，建立土體變形的突變模型，為堤防工程中土體變形分析提供新的思路。
　　 (4)針對(duì)堤防工程安全評(píng)價(jià)問題，首先，將模糊數(shù)學(xué)和事故樹理論結(jié)合分析了堤防工程失事風(fēng)險(xiǎn)，為堤防工程安全標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)；接著，分別基于突變論方法和信息熵原理與集對(duì)分析方法建立了堤防工程安全評(píng)價(jià)模型，為系統(tǒng)分析現(xiàn)有堤防安全狀況提供理論支持。以