基于C-V-T模型的盾构穿越既有桥梁施工风险评估

由于城市轨道交通建设逐年增多,新建隧道与既有桥梁间冲突愈发明显。针对盾构隧道穿越既有桥梁施工风险问题,基于系统思想引入C-V-T模型将待评工程风险划为后果严重性（C）、既有桥梁系统脆弱性（V）与新建隧道系统威胁性（T）,构建致灾-承灾-灾后三系统风险评估流程。引入双因素突变理论并建立三级指标体系,得出既有桥梁突变级数,以定量表达脆弱性。采用交互矩阵衡量新建隧道指标间交叉影响,给出指标-系统权法,并利用多维云及正向发生器优化算法,客观表达多定量指标与定性概念间复杂映射关系及转换态势,以提升T值准确性。明确了后果严重性分级标准,给出三系统风险评估结果耦合方法,由此构建盾构穿越既有桥梁施工风险综合评估模型。将该模型应用于昆明地铁5号线穿越怡心桥工程风险评估中,评估结果与工程实际情况吻合,施工监测数据验证了评估模型的合理性、规范性与适用性。该研究成果有效保证了施工期间桥梁安全与正常使用,可为近似工程提供借鉴与参考。     

基于改进SPH模型的溃坝洪水演进模拟方法

溃坝洪水演进模拟的准确性是制约水库洪水预演有效性的关键。基于光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)方法提出了适用于溃坝洪水演进分析的数值模拟方法。通过设置溃口粒子与粒子库,基于黎曼不变量对SPH粒子状态进行修正,构建施加边界条件的改进SPH溃坝洪水演进模型,将SPH瞬时全溃整体模型转换为考虑溃口水流变化的入流边界模型,实现SPH方法与溃口计算模型的耦合。以Malpasset溃坝事件为例,检验了该模型计算溃坝洪水的精度,结果表明该模型精度相对较高,与实测值吻合较好;应用该模型模拟了某水库溃坝洪水演进预演过程,评估其对下游输水干渠及交叉建筑物排水倒虹吸的洪水冲击风险,结果表明在上游水库遭遇超标准洪水漫顶溃坝工况下,洪水演进至排水倒虹吸处的最大洪水位未超过校核洪水位。改进SPH模型精度高,可靠性强,与溃口计算模型耦合性好,可作为溃坝洪水演进模拟的通用手段之一。     

广州东濠涌流域城市洪涝灾害情景模拟与风险评估

绘制直观与可靠的城市洪涝灾害风险区划图,为城市防洪排涝相关部门决策提供参考依据。以广州市东濠涌流域为研究区域,综合考虑城市降雨、径流、地形和排水系统特性,构建基于InfoWorks ICM的一维-二维耦合城市洪涝仿真模型,模拟暴雨重现期为1年、5年、50年情景下的洪涝过程并获取致灾因子数据。调研分析区域的孕灾环境、承灾体和防灾减灾能力概况,结合层次分析法、评价等级和阈值划分等进行洪涝灾害风险评估。结果表明:城市洪涝仿真模型在一维排水系统和二维地面淹没模拟上均有较好的精度和可靠性,保证了致灾因子数据的可靠性;风险区划图能较好地反映流域的风险分布;随着重现期增大,较高、高风险区的面积显著增加,为防洪排涝重点关注区域。     

地下工程地震灾害综合风险要素体系研究

辨识地下工程震害风险元素是工程抗震安全性评价与科学防治的基础。应用系统论方法进行地下工程地震灾害综合风险体系的结构化分解和元素集成,建立任务、事件、要素的地下工程地震灾害综合风险三元支持结构形式化描述,全面考量多重震害风险要素;从地质条件、地形地貌、工程作用、环境条件、监测表现等角度进行风险元素的解译,探究地下工程震害致灾元素和承灾元素之间的逻辑关联和作用机理,构建地震作用下地下工程风险分析科学的概念体系和方法论框架,为探索地下工程震害风险的本质致因、地下工程震害系统分析与评估的综合集成提供了依据。     

基于数值模拟的泥石流灾害定量风险评价

风险评价是灾害防治最有效的软措施之一,也是实现灾害风险管控的重要基础。针对承灾体类型和泥石流成灾方式的特殊性,以重要承灾体——建筑物和道路为研究对象,构建了一套适用于我国西南山地城镇的泥石流定量风险评价的理论体系和技术流程,主要分为3个步骤:1利用FLO-2D数值模型,以强度指数IDF表达泥石流危险性;2利用汶川七盘沟7·11泥石流灾损数据,构建基于超越损失概率的物质易损性曲线;3在建立承灾体数据库的基础上,通过设置不同的未来泥石流情境,实现承灾体预期损失的定量表达。以汶川羊岭沟为例的模型验证和案例运用表明,构建的泥石流定量风险评价体系,能够很好地反映承灾体与泥石流的响应机制,可为泥石流威胁区的防灾减灾工作提供科学依据。     

土石坝溃决模拟及水流计算研究进展

对土石坝溃决模拟技术的最新研究成果进行了总结和评价,在此基础上对该研究领域今后的研究工作提出了若干建议,包括:应研究提出不同坝型溃决可能性分析评价方法;针对不同坝型开展溃坝离心模型试验,揭示在不同致灾因子作用下,土石坝溃决机理和溃口发展过程;开展土石坝初始管涌形成以后发展过程的试验研究,揭示孔流转变为堰流的控制条件;针对溃坝水流的流线曲率较大、溃坝水流大多是非恒定超临界流以及筑坝材料粒径级配范围变化大等特点,开展大型溃坝水工水力学模型试验,揭示不同坝型的溃口流量过程、泥沙输移及下游河道洪水演进规律。     

基于贝叶斯网络的梯级水库连溃风险

为研究梯级水库漫坝连溃的风险,并探索贝叶斯网络在水库连溃风险分析中的可行性,通过构建洪水作用下双库连溃的贝叶斯网络模型,并选取四川省大渡河上两相邻梯级水库进行分析,以推求水库漫（溃）坝概率及评估连溃风险。分析过程表明贝叶斯网络方法能直观、简便地分析多风险源共同作用下的水库群连溃风险问题。结果表明,两水库天然洪水漫坝条件概率的数量级均为10-6,洪水引发单库漫坝风险较小;正常蓄水位以上,上游水库溃坝洪水致下游水库漫坝条件概率超0.8,即上游水库溃坝导致水库连溃的风险很大。     

基于自然灾害风险评价框架的省级地质灾害风险区划方法探讨——以吉林省为例

地质灾害风险区划是地质灾害风险管理与防治的有效手段之一,对于科学防治地质灾害具有重要意义。基于自然灾害风险理论,从致灾因子危险性,承灾体暴露性和脆弱性以及防灾减灾能力（恢复力）等入手,选取评价指标,构建省级地质灾害风险评价模型,对全省地质灾害进行风险区划。该模型在吉林省地质灾害风险区划中应用表明,评价结果合理,与野外调查情况吻合,可以为规划和地质灾害防治等工作提供依据。     

自然灾害脆弱性曲线研究进展

在全球变化与全球化背景下自然灾害风险逐年增大,灾害评估就成为风险防范的重要基础。灾害评估包括灾情估算与风险评估2个方面,而脆弱性分析是把灾害与风险研究紧密联系起来的重要桥梁。脆弱性曲线作为定量精确评估承灾体脆弱性的方法,近年来在多领域被广泛运用,成为灾情估算、风险定量分析以及风险地图编制的关键环节。从致灾因子角度综述脆弱性曲线的研究进展,重点阐述基于灾情数据、已有曲线、调查和模型的脆弱性曲线构建。研究表明脆弱性曲线构建由单曲线向多曲线库、单一参数向综合参数、单一方法向多领域综合应用发展,具有综合化和精细化的趋势。进一步开展多领域、多方法综合脆弱性曲线研究,对灾损快速评估及风险评价,防灾减灾具有重要意义。     

地震动加速度幅值对土坡失稳后滑坡体大小及致灾范围的影响

地震滑坡的致灾范围是判断滑坡能否会对已有建构筑物造成损失、确定预警疏散范围的重要依据,因此对地震土坡破坏后的滑坡体大小和致灾范围进行研究具有重要的意义.本研究基于SPH动力分析方法,结合弹塑性本构模型和固体力学控制方程建立了地震土坡破坏的动力分析模型;通过设置振动边界粒子和自由场边界粒子,实现了地震动加速度的施加以及自...     

Numerical simulation of landslide dam breaching due to overtopping

The breach of landslide dam often causes significant disaster in the inundated area; the prediction of breach hydrograph is in high demand for the dam breach risk evaluation. In this study, according to the model tests and Tangjiashan landslide dam breach case, the surface erosion accompanied by intermittent mass failure is known as the key breaching mechanism for landslide dam due to overtopping failure. The downstream slope angle would gradually decrease during the dam-breaching process, whereas a planar wedge failure occurs when the breach slopes at the dam crest and downstream breach channel fail. Based on the breach mechanism, a numerical model for landslide dam breach due to overtopping is developed to simulate the coupling process of water and soil. The model focuses on the breach morphology evolution during the breaching for the sake of the improvement of breach hydrograph prediction. Furthermore, the model can handle one- and two-sided breach, as well as incomplete and base erosion at the vertical direction. The case study of Tangjiashan landslide dam-breaching feedback analysis testifies the rationality of the present model with the relative errors less than 10% for peak discharge, final breach widths, and time to peak. The sensitivity analysis indicates that the final breach depth and soil erodibility affect the breach flow prediction of the landslide dam significantly, whereas the one- or two-sided breach mode is less sensitive.     

Development of an empirical model for predicting peak breach flow of landslide dams considering material composition

The existing empirical models do not consider the influence of material composition of landslide deposits on the peak breach flow due to the uncertainty in the material composition and the randomness of its distribution. In this study, based on the statistical analyses and case comparison, the factors influencing the peak breach flow were comprehensively investigated. The highlight is the material composition-based classification of landslide deposits of 86 landslide cases with detailed grain-size distribution information. In order to consider the geometric morphology of landslide dams and the potential energy of dammed lakes, as well as the material composition of landslide deposits in an empirical model, a multiple regression method was applied on a database, which comprises of 44 documented landslide dam breach cases. A new empirical model for predicting the peak breach flow of landslide dams was developed. Furthermore, for the same 44 documented landslide dam failures, the predicted peak breach flow obtained by using the existing empirical models for embankment and landslide dams and that obtained by using the newly developed model were compared. The comparison of the root mean square error (E_rms) and the multiple coefficient of determination (R²) for each empirical model verifies the accuracy and rationality of the new empirical model. Furthermore, for fair validation, several landslide dam breach cases that occurred in recent years in China and have reliable measured data were also used in another comparison. The results show that the new empirical model can reasonably predict the peak breach flow, and exhibits the best performance among all the existing empirical models for embankment and landslide dam breaching.

     

基于滑坡风险评价的卡拉水电站坝址比选研究

以雅砻江卡拉水电站为例,针对滑坡群风险在水电工程坝址比选时的量化评价问题,在考虑滑坡体危险性分析和易损性分析的基础上,引入滑坡体工程影响系数、重要性系数、距离模数、滑坡体状况系数4个指标参数,综合考虑滑坡体客观情况与人类活动的影响,建立以年期望损失为指标的水电工程滑坡风险评价体系。在以坝址安全风险指标、堵江引起发电量损失指标与清淤损失指标和涌浪破坏损失指标为标准的综合评价方法中,运用安全与经济相平衡原则,得出基于滑坡风险评价的坝址比选结果。经实例计算,采用改进后的评价方法可得同一量纲下的计算分析比常规方法更具可比性,综合考虑可为坝址比选提供依据。     

Modeling disruptions causing domino effects in urban guided transport systems faced by flood hazards

Coastal cities are more vulnerable to floods due to the joint impact of rainfall and tide level. Quantitative risk assessment of disaster-causing factors is critical to urban flood management. This paper presents an integrated method to quantify the hazard degree of disaster-causing factors, rainfall and tide level, and to investigate the optimal management of flooding risk in different disaster-causing factor areas. First, an urban flood inundation model is used to simulate inundated extents in different drainage districts. Then, formulas are put forward to calculate the hazard degree of rainfall and tide level based on inundated extents in different combinations of rainfall and tide level. According to the hazard degree, the main disaster-causing factor could be identified in each drainage district. Finally, the optimal management of flooding risk in different disaster-causing factor areas is selected by disaster reduction analysis and cost–benefit analysis. Furthermore, the coastal city, Haikou of China, is taken as a case study. The results indicate that the hazard degree increases with the increasing distance between the drainage district and the Qiongzhou Strait or the Nandu River in the eastern of Haikou. Heavy rain is the main disaster-causing factor in inland areas, while high tide level is the main disaster-causing factor in island areas. For the area whose main disaster-causing factor is heavy rain, water storage projects could effectively reduce flooding. Meanwhile, pumps are economical choices for the area where tide level is the main disaster-causing factor. The results can provide reference for drainage planning in other coastal areas.     

动态实时洪水风险分析及管理系统

当前洪水风险分析按照典型设计标准洪水进行计算的模式难以满足实际防洪管理需要,为了提高洪水风险分析的实时性以及适应洪水演进的动态性,设计了动态实时洪水风险分析框架。在本框架中,先采用一维和二维动态耦合水动力学数值方法耦合溃堤模型,然后在樵桑联围防洪保护区建立洪水演进模拟模型,通过灵活处理模型计算边界条件以及动态设置溃堤功能,计算不同设计标准洪水发生时,堤防出现单一溃口或者组合溃口后保护区内洪水演进过程。按照上述框架开发了樵桑联围动态实时洪水风险图编制与管理应用系统,并利用历史洪水资料开展模型验证,验证结果表明,2008-06洪水马口站、三水站、大熬站、甘竹（一）站的实测最高水位和模型计算最高水位的绝对误差分别为-0.10、0.10、0.09、0.04 m,均满足洪水模拟精度要求。利用模型计算了西江发生200年一遇的洪水情况下,江根堤防出现溃口后的洪水流量及溃口内外洪水水位变化过程,模拟溃口宽度168 m,最大溃口洪水流量达到5 190 m³,分析了堤防溃决后3、6和24 h洪水漫延导致村落淹没情况,结果表明其满足合理性分析。     

生产堤溃口展宽过程的概化模型试验研究

为研究生产堤溃口横向展宽过程的发展规律,以黄河下游生产堤土体为材料,开展概化模型试验,分析溃口处水深、流速、流量以及溃口宽度的变化。试验结果显示,溃口横向展宽的机理主要表现为水流冲刷堤身下层土体伴随上层悬臂土体发生绕轴崩塌;随着溃口展宽,堤前水深持续下降但下降速率逐渐减小,溃口流速呈先增大后减小的趋势,流速峰值约为1.1 m/s;随着主槽流量增加,溃口宽度发展至0.7 m时,溃口的水深、泄流流量、流速、展宽速率均有所增加。基于对溃口展宽的影响因素分析,提出溃口横向展宽速率的计算关系式,计算溃口展宽过程与实测值符合较好。研究结果不仅有助于生产堤展宽机理及发展规律的研究,还可为数学模型的建立与验证提供参考资料。     

承灾体易损性评估模型与滑坡灾害风险度指标

承灾体易损性定量评估是制约滑坡灾害风险评估研究的瓶颈问题。为此,以滑坡体冲击冲量为致灾强度指标、建筑物整体抗剪力为抗灾性能指标,推导出典型承灾体易损性定量评估模型。在此基础上,考虑滑体运动特征参数随机性对易损性的影响,提出风险曲线和最大风险度指标的概念,以反映滑坡灾害成灾全过程中不确定性对灾害后果的影响。并采用该模型分析了坡体几何特征参数、受灾体空间位置以及受灾体抗灾性能对易损性的影响规律。将风险度指标应用于算例分析,并与以往方法进行了比较,分析发现,建立的易损性定量评估模型可以反映二维简化情况下受灾体毁损程度与各种影响因素之间关系的基本规律,为易损性定量评估提供了一种途径。