基于復雜性理論的堤防工程災變破壞機制與安全評價方法.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產安全的基本設施和最后屏障，一旦失事將給人民生命財產帶來嚴重損失。研究堤防工程災變機制與規(guī)律，是對堤防工程進行合理設計和科學管理的理論基礎和前提，是保障堤防工程安全的重要依據；堤防工程安全分析與評價是水利工程建設和管理的核心問題，也是當前研究的熱點問題之一，意義重大。
　　 本文針對堤防工程中的滲透破壞與堤坡失穩(wěn)問題，應用復雜性理論和方法，在對堤防工程復雜特性研究的

2、基礎上，根據耗散結構原理，研究了堤基管涌和堤坡失穩(wěn)破壞的耗散結構形成機制和失穩(wěn)條件；采用突變理論分別建立了堤坡失穩(wěn)、滲透破壞、土體變形等災變破壞過程的尖點突變模型，得出了各模型的突變失穩(wěn)臨界條件或判據，推進了堤防工程災變破壞機制研究進程；針對堤防工程安全評價問題，多方面、多層次，系統探討了其安全評價的方法，包括基于事故樹理論的風險分析法、基于突變理論的堤防工程單元堤段安全評價方法、基于熵權的堤防工程綜合安全集對分析方法等，為堤防工程安全

3、評價提供理論支持。主要內容包括：
　　 (1)針對堤防工程中的滲透變形問題，根據耗散結構理論，分析了堤基管涌的耗散結構形成機制，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，應用突變理論，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)針對堤坡失穩(wěn)問題，根據耗散結構理論，分析了堤坡失穩(wěn)的耗散結構形成機制；利

4、用信息熵理論推導了以堤防工程系統應變能表達的系統熵的表達式；并對熵表達式進行平衡分析，得到了堤防工程破壞的熵突變準則。同時，根據堤坡失穩(wěn)的特點，基于堤坡失穩(wěn)的力學模型，考慮邊坡材料的非線性應變軟化和孔隙水對材料的水致弱化作用，應用突變理論分別推導了非粘性土堤坡和粘性土堤坡失穩(wěn)的尖點突變模型；并利用該模型對堤防工程邊坡失穩(wěn)機制和力學條件進行研究，從整體上深化對堤坡失穩(wěn)機制的認識；通過對模型的分析，提出以位移的變化來判斷堤坡的穩(wěn)定性，并將其

5、應用于工程實例，為堤坡穩(wěn)定性分析提供新途徑。
　　 (3)針對堤防工程中土體變形問題，根據突變理論，考慮加荷時間效應，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)針對堤防工程安全評價問題，首先，將模糊數學和事故樹理論結合分析了堤防工程失事風險，為堤防工程安全標準提供依據；接著，分別基于突變論方法和信息熵原理與集對分析方法建立了堤防工程安全評價模型，為系統分析現有堤防安全狀況提供理論支持。以