供水管线震害量化参数--渗漏面积的估算方法

为了分析管线破坏状态对震后供水管网功能的影响，首先需要对管线的震害状态进行量化。建议用管线渗漏面积标定管线的破坏状态。在管线震害分析和理论计算的基础上，提出了震后管线渗漏面积的计算方法，为进一步进行供水管网抗震分析和设计提供了研究基础。     

震后特殊供水状态下的供水管网水力分析

供水管网的抗震性能,是指供水管网在地震作用下能够满足震后城市特定用水需要(需水量和水压)的能力.在地震作用下,供水管网中的埋地管线破坏位置多隐蔽、分散,加上震后救灾力量的局限和救灾活动的迟滞,难以迅速发现并隔离受轻微和中等震害的管线.另一方面,为了控制震后次生火灾的蔓延,又必须保证主干供水管网持续供水.在震后维修期间,供水管网处于特殊的供水状态--带渗漏供水状态.为了评价城市供水管网的抗震能力,需要进行震后特殊供水状态下供水管网的水力分析.给出了震后带渗漏供水管网的水力分析模型和程序结构,同时以上海市浦东新区供水管网为例,演示了震后供水管网水力分析的应用方法.     

基于震后低压变化的供水管网功能可靠度分析

供水管网的抗震功能是指供水管网在地震作用下能够满足震后城市特定用水需要(需水量和水压)的能力。地震发生后,供水管网一般处于低压供水状态,使得管网中部分用户的水压和水量不能得到全部满足,导致管网部分节点的实际配水量小于需水量。为此,在传统的管网水力分析基础上考虑节点流量随节点水压的动态变化,通过求解非线性水力方程组,得到管网节点实际流量和水压;同时,借鉴结构可靠度分析方法,引入供水管网系统随机水力模型,给出了震后供水管网功能可靠度分析的一次二阶矩方法。以一实际管网为例,演示了震后低压供水时管网功能可靠度分析的应用方法。     

城市供水管网抗震可靠性分析与设计优化

考虑管线震害发生的随机性,利用管线在地震作用下反应的二阶矩特征信息,采用带渗漏管网抗震可靠性分析的一次二阶矩方法,以华中地区某市主干供水管网为例,进行了基本烈度条件下的可靠度分析,结果表明,在低、中烈度条件下,供水管网中各节点均处于可靠状态;在高烈度条件下,节点主要处于可靠状态,局部处于严重不可靠、甚至出现断水状态。进一步地,基于微粒群优化算法,以管网年费用折算值为优化目标、管网拓扑结构与管径为优化参数、管网节点可靠度为约束条件,建立了新的供水管网抗震设计优化模型,并将供水管网所在区域的道路信息引入管网优化设计中,提出了管网拓扑的自动生成策略,从而形成了城市供水管网系统智能化抗震设计方法。数值算例表明,基于可靠度的抗震优化设计方法为风险-投资之间的合理均衡提供了理论基础,决策者可以据此选择所期望的最佳方案。     

市政埋地供水管网抗寒潮连通可靠度分析

为研究市政埋地供水管网抗寒潮可靠度,本文运用递推分解算法,以某城市供水管网为例,对供水管网抗寒潮连通可靠度进行分析,给出了管网连通可靠度的分布。研究表明,供水管网中水源点分布和管段可靠度是抗寒潮连通可靠度的重要影响因素;居于管网核心区域的成网状节点的可靠度较高,靠近管网边缘的呈树枝状节点的可靠度较低;距水源点较近节点,可靠度较高,距水源点较远节点,可靠度较低。建议优化管网中水源点的分布情况,使水源点尽量均匀分布在管网中;同时建议采取措施来提高每个管段的抗寒潮可靠度。研究对供水管网运行安全的抗寒潮预警具有一定参考价值。     

考虑管线失效相关性的埋设管网系统地震可靠性随机模拟

城市范围内的埋地管线,具有相似的结构属性参数,面临空间相关的地震动荷载,管线结构地震破坏失效存在相关性。提出一种考虑管线失效相关性的埋设管网地震连通可靠性随机模拟方法,以空间距离表示管线位置处地震动参数的相关系数,采用经验震害公式求解管线地震破坏概率,通过联合分布与边缘分布的关系得到管线结构失效事件的相关系数。将管线结构地震破坏事件视为相关随机变量,采用正交变换方法将相关随机变量转变为独立随机变量,进行Monte Carlo随机模拟求解管网"源-汇"点连通事件的概率。通过设定地震作用下典型算例的连通可靠性求解,验证了方法的正确性,并比较了管线失效相关性对管网地震可靠性分析结果的影响。     

城市供水管网抗震功能可靠度分析

介绍了供水系统功能分析中的经验渗漏模型,在此基础上给出了一个新的改进算法。将建议模型与供水系统水力分析方法相结合,并引入一般结构分析中的一次二阶矩方法,提出了一类求解供水网络节点及系统功能可靠度的方法。对一典型供水管网进行了流分析,将建议模型计算所得结果与常规渗漏模型进行了比较,结果说明建议模型可行,计算结果合理可信。     

城市供水管网健康监测与诊断:IV.监测点压力在线预测

供水管网运行状态的准确把握,对供水管网的健康监测与诊断至关重要,而监测点压力是管网运行状态最重要的标志之一。提出用于供水管网监测点压力在线预测的EMD(经验模态分解)与自回归模型相结合的方法,并对EMD组合模态所蕴含的物理意义进行了阐述。通过一实际供水管网中某监测点压力的在线预测与实际监测值的比较,验证了方法的有效性,此方法可提高城市供水管网健康的在线监测与诊断的效率。     

波流共同作用下海底管线周围海床的动力响应分析

针对埋设有海底管线的多孔介质海床,基于Biot动力固结理论,采用Pastor-Zienkiewicz III的动力弹塑性本构模型,建立了一个多孔介质的弹塑性海床模型,分析了波浪-海流共同作用下海底管线周围海床的动力响应规律,计算了波浪-海流共同作用下海床中超孔隙水压力的分布和表面波压力的分布规律,以及不同的海流速度对海床中超孔隙水压力分布的影响。结果表明:海流的存在对海床表面的波压力的波长和周期都有显著影响;海底管线等结构物的存在,减缓了管线以下海床中超孔隙水压力的累积。     

波流共同作用下海底管线周围海床的动力响应分析北大核心CSCD

针对埋设有海底管线的多孔介质海床,基于Biot动力固结理论,采用Pastor-Zienkiewicz III的动力弹塑性本构模型,建立了一个多孔介质的弹塑性海床模型,分析了波浪-海流共同作用下海底管线周围海床的动力响应规律,计算了波浪-海流共同作用下海床中超孔隙水压力的分布和表面波压力的分布规律,以及不同的海流速度对海床中超孔隙水压力分布的影响。结果表明:海流的存在对海床表面的波压力的波长和周期都有显著影响;海底管线等结构物的存在,减缓了管线以下海床中超孔隙水压力的累积。     

滨海软土中爆炸冲击对盾构隧道的影响研究∗

随着地下工程与城市管网的布设日益发展,在规划设计阶段往往需要考虑潜在发生的安全事故影响,确定安全距离。利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,结合天津滨海新区饱和软土特点,分析了可能发生的燃气管线爆炸所产生的冲击荷载对土中埋置盾构隧道的结构安全影响。运用有限元数值模拟,得到了隧道与管线的间距—隧道结构振速峰值的曲线关系;通过对标相关规范的振速限制,得到不同燃气压力下隧道—管线的安全避让距离关系。结果表明:随着燃气管道压强的增大,隧道—管线的安全避让距离呈现先增大后平稳的趋势。结论对于爆破与防护工程设计均具有重要的参考价值。     

城市供水管网在地震时的连通可靠性分析

考虑地震作用效应和管道抗力的随机特性,建立了埋地管道单元的概率预测模型,评估其在地震时的震害状态.把供水管网系统简化为边权有向网络图,通过Monte Carlo随机模拟过程,近似再现管网中各管段的破坏状态,进而分别结合图论理论方法和模糊关系矩阵法,对管网进行连通可靠性分析.由于Monte Carlo模拟算法是以管网各节...     

生命线工程网络抗震拓扑优化研究

介绍了基于连通可靠度分析的生命线工程网络和基于功能可靠度分析的供水管网抗震拓扑优化分析方法。以管网造价为优化目标,管网拓扑结构为优化参数,抗震连通可靠度为约束,建立了基于连通可靠度分析的生命线工程网络抗震拓扑优化模型。对于这样一个组合优化问题,采用现代优化算法-遗传算法来进行求解可以获得造价低且满足管网抗震可靠度要求的最优网络。改用抗震功能可靠度为约束,可以建立基于功能可靠度分析的供水管网的抗震拓扑优化模型,这一问题可以采用模拟退火算法来进行求解,实例分析表明模拟退火算法具有很好的效果。最后,利用模拟退火算法,对四川省都江堰市、绵竹市和德阳市供水管网进行了抗震拓扑优化改造分析,给出了三个城市供水管网的恢复重建方案。     

地下管网地震反应分析模型

建立了多点地震动激励作用下的地下管网地震反应拟静力分析模型.首先建立基于有限单元模型的地下管网系统刚度方程,接着给出考虑地震动空间相关性及场地条件等诸多因素的地震动场模拟思路及管网系统地震动施加策略,最后通过解析法验证了模型的正确性.采用本文方法对一“十”字形管网进行了地震反应分析,结果表明:①管线轴向应力沿着管线长度...     

埋地管线腐蚀模型及地震随机反应分析

埋地管线在使用过程中会出现不同程度的腐蚀现象。由于管线腐蚀受到周围土壤性质、输送介质等不确定因素的影响,其腐蚀状态会呈现随机性的特点。本文利用带吸收壁的齐次马尔可夫链理论,提出了管线腐蚀发生的离散状态模型,并根据管线腐蚀线性发展模型,推导给出了管线截面面积随时间变化的概率模型。在此基础上,利用弹性地基梁原理建立了管线地震反应的表达式,并利用M on te-C arlo随机模拟方法进行了模拟分析。实例分析表明,本文建立的腐蚀模型可以较好地模拟埋地管线的腐蚀现象,并能获得在地震激励下腐蚀管线的随机反应。     

地下管线的有效应力地震反应分析

地下管线的地震反应与管线周围土体的动力特性以及管土之间的相互作用密切相关。在地震作用下,孔隙水压力的发展会导致土体有效应力的降低,并且影响土体的动力特性。根据有效应力方法以及土体的非线性动力本构模型,可以研究孔隙水压力的增长与消散、有效应力的降低以及土动力特性的变化。在地下管线与周围土体之间引入接触单元,来模拟管土之间的接触传递问题;通过有限单元法,对地下管线的地震反应进行了全过程地震反应分析的数值模拟。计算结果表明:在地震作用下,孔隙水压力的增长造成了土体的软化,使得土体的动力特性发生变化,因此管线的地震响应也发生了相应的变化。     

灾害环境下生命线系统的级联失效研究

以供水管网为例,使用在供水管网水力延时模拟软件EPANET 2.0基础上二次开发的程序对管网遭受的灾害环境进行动态模拟,选取节点不同时刻的水压作为考察供水管网节点资源供给量受影响程度的指标,提出了节点失效关联度的概念,应用灰色关联分析方法,计算并比较了网络中其它节点与受损节点间的节点失效关联度,分析了资源的分配与传输和网络拓扑结构两个方面对供水管网级联失效过程的影响特征,初步探讨了灾害环境下生命线系统的级联失效过程。     

水库堤坝渗漏的探地雷达探测研究

以甘肃省民乐山丹地震时受到一定破坏的李桥水库为对象,用探地雷达对水库大坝填土不密实引起的渗漏病害进行了探测研究。探测表明壤土心墙填土总体密实性差,松散、不均匀、裂隙较多,坝身长期渗漏已在部分区域形成洞穴。利用探地雷达技术对该水库东、西段坝顶下和坝后道路下心墙内的渗漏通道进行了诊断,进而提出了水库堤坝渗漏破坏经历3个发展时期及其对应的雷达图像特征。     

基于渗流-应力耦合分析的野鸡尾尾矿坝稳定性研究

基于渗流场与应力场耦合机理,对柿竹园野鸡尾尾矿坝进行稳定性研究。研究渗流-应力的耦合效应,提出了渗流-应力耦合以及渗流体积力计算的实施方案;建立二维的有限元渗流-应力耦合计算模型,分析了考虑耦合效应时的尾矿坝渗流场、位移场、应力场;最终分析了不同耦合关系对于渗流量、位移场、等效渗透集中力以及应力场的影响。研究结果表明:当前水力条件下,尾矿坝稳定性良好;尾矿坝主要受水平渗透力作用,初期坝坝顶、坝脚以及坝底等处应力集中;尾矿坝的渗流-应力作用不容忽视,不同的耦合关系对于x方向位移、渗透力的预测影响巨大;考虑渗流-应力耦合关系得到的主应力、剪应力以及竖向位移,比不考虑耦合效应时大。     

隔震建筑柔性管线的抗震性能试验研究

隔震建筑的隔震层在罕遇地震作用时会发生较大的水平位移,这要求穿越隔震层的竖向管线系统必须采用柔性连接以维持建筑的使用功能。尽管相关规范、规程规定了柔性连接管线的构造方式,但其真实的变形能力尚缺乏试验研究。本文对具有不同密封构造(橡胶型、金属型和石棉型)和连接接头(抓斗式和卡套式)的柔性管线进行了循环加载试验,所有试件均预先充水加压至1.0 MPa或2.5 MPa,以密封泄漏、力学指标下降作为判断构件失效的依据。试验表明橡胶密封圈和金属密封圈能够有效地防止柔性管线的泄漏,而采用石棉密封圈的试件泄漏位移远小于另外两种密封圈。抓斗式接头用于柔性管线的连接是可行的,而卡套接头不能提供同等水平的抗震性能。定义了柔性管线损伤极限状态和损伤指数,得到了试验易损性曲线。建立了柔性管线力学模型,利用试验数据对其关键参数进行识别,以性能点力学指标为依据,准确再现了试件抗震性能,为建立整体结构多元模型奠定了基础。