《拱坝地震风险管理定稿》由会员分享，可在线阅读，更多相关《拱坝地震风险管理定稿（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、拱坝地震风险00摘 要：本文首先运用分解分析法对拱坝地震风险进行识别，识别了坝基和坝体的风险因素。然后根据风险发生的五个后果对拱坝的影响，对风险因素进行衡量，得到概率分布。在此基础上，运用CIM方法对风险因素进行叠加，从而对风险进行评价。最后提出拱坝的抗震措施。关键词：拱坝；地震风险；CIM1.拱坝地震风险概述风险的概念可以从经济学、管理学、保险学等不同角度去认识。对于某事件，明知不能实现就不去做，则没有风险。另一项事件，无论其发生与不发生，都不会带来损失，则该事件也不存在风险。虽然风险的说法不统一，但其具有两个特征，一是事件的不确定性，二是事件发生后产生有损失的后果。因此简单地说，风险是指损
2、失发生的不确定性，它是不利事件或损失发生概率及其后果的函数。用数学公式表示为R=F(P,C)其中，R表示风险，P表示不利事件发生的概率，C表示该事件发生的后果。稍微详细的文字表述为:风险是人们因对未来行为的决策及客观条件的不确定性而可能引起的后果与预定目标发生多种负偏离的综合。这里对于拱坝地震风险，P即为地震发生后拱坝各种不利后果发生的概率，而C即为拱坝在各种不利后果中的损失值。2.拱坝风险辨识与评估本文根据拱坝的特征来具体分析地震发生对拱坝的影响，分析总结拱坝在地震发生时可能发生的不利后果。地震对拱坝的影响主要是在坝基和坝体上。2.1风险因素识别首先，本文分别将采用分解分析法进行拱坝地震风险
3、因素识别。2.1.1坝基地震对拱坝的影响土要表现在两个方向。地震影响之一是对坝基的影响。坝基，包括两岸坝座，由于地形和地质条件的不同，或者体内有软弱结构面，在地震作用下会引起表层岩石坍塌、内部节理裂隙张开、地下渗漏水增加甚至于局部岩块滑动。这种影响，尤其在河谷上部出于反应的放大作用而更加明显。例如帕年伊玛拱坝遭受地震的损伤都集中在左岸坝座范围，包括：坝与推力墩之间的接缝张开；推力墩和左坝座内岩体的开裂；两个岩体区域的移动；山坡有较大范围的坍塌。很明显，这些后果都和左坝座地质条件差、地形上是个单薄的山脊有关。此外，在加固过程查探到坝与地基接触面或近坝基的浅层基岩内也有裂缝形成，进步证明地震也影响
4、到整个坝基。所有这些现象说明：破坏作用最容易在一些薄弱地区(裂隙发育或有剪切带的左坝座)和薄弱面(坝和地基接触面或基岩内的裂隙面)处反映比来。这些影响目前还很难做出定量预测，而只能在设计和施工中的各个环节上给予重视。例如在坝址选择时，要力求为大坝提供一个在外形(地形和坝基开挖面)和岩石力学性质上比较均一的坝基，避免两岸坝岸的岩性相差太大，以防地震时两岸发生明显相位差，导致坝体的动应力增大。如近地面裂陈发育的岩石，不能作为坝基而必须挖除；对于残留在良好基岩内的裂隙应做好固结灌浆；认真处理地基内的断层破碎带，坝基接触面的处理和混凝土质量要严格控制；两岩坝座内潜在的不稳定岩体应用锚筋或预应力钢索加固
5、等。 2.1.2坝体 地震影响之：是拱坝自身在地面运动的激发下产生共振使坝受到附加的地震荷载作用而引起动力反应(位移和应变)。根据我国原水利水电科学研究院抗震防护所对我国近10座混凝土拱坝的动力分析研究得出结论： 在地震荷载作用下，拱坝坝体的动力反应一般以顺河向地震为主，横河向地震其次，而：竖向地震再次； 动应力的反应在拱坝顶部的拱冠1/3弧长范围内最显著，坝高中部以上的拱冠梁和相应高程处距拱冠1/21/3弧长的两侧边梁处其次这种影响目前已通过动力分析作出初步预测加以防止，但远不能得到完全解决。此外，举凡断面或刚度突变处。如坝顶闸墩、坝内孔口、接缝和止水等处。均易在地震中遭受破坏和开裂、仍需采
6、取有效抗震措施。根据分析，可以总结出拱坝在地震发生后有可能会发生以下几种不利后果：上、下游岸坡的坍塌；坝顶开裂或接缝张开；水库受地震激荡而漫过坝顶；引水隧洞近山口堵塞或洞身漏水；坝基或两岸坝座内的节理、裂隙张开或漏水。1：岸坡滑坡 2：坝体裂缝 3：坝顶溢流4：出进水口阻塞 5：地基裂缝地形和地质条件的不同 A体内有软弱结构面 B坝基拱冠1/3弧长范围内薄弱 C坝高中部以上的拱冠梁和相应高程处距拱冠1/21/3弧长的两侧边梁处薄弱 D断面或刚度突变处薄弱 E坝体风险因素对拱坝影响岸坡滑坡坝体裂缝坝顶溢流出进水口阻塞地基裂缝不利后果拱坝风险因素与风险后果关联图2.2风险评估2.2.1风险因素的衡
7、量 本文根据风险因素可能产生的不利后果进行衡量，而对不利后果大小的衡量不计算溃坝、漫坝后的其他经济损失、生命损失，这里只考虑坝所受的损伤。我们将坝在建成之初的状态计为100，衡量由于各个风险因素导致不利后果发生后拱坝受的损伤值。例如：概率拱坝状态变化百分比-20%-15%-10%-5%0%风险因素A0.010.010.020.040.92B0.000.010.040.060.89C0.010.020.050.070.852.2.2风险评价本文采用CIM方法进行风险因素的叠加结果如下拱坝状态-55%-50%-45%-40%-35%-30%A因素000000A+B因素00000.00010.000
8、6A+B+C因素0.0000010.0000080.0000350.0001980.0008010.002833拱坝状态-25%-20%-15%-10%-5%0%A因素00.010.020.040.081A+B因素0.00180.01250.03340.09040.18121A+B+C因素0.0076950.0311070.0737780.1695240.3040213.拱坝抗震措施3.1坝和坝座抗震加固措施之一足在坝内近顶部设计通过横缝的抗震钢筋网。如前苏联的英古里拱坝；或敷设钢筋带，如智利的腊贝耳拱坝；或采用两端锚固在两岸坝座内贯通坝体的预应力钢索如哥斯达黎加的卡奇(cachi)拱坝等。考
9、虑到从下游向上游方向的地震作用。双曲拱坝还宜尽量减少向上游的倒悬。国际大坝委员会的抗震分会则建议拱坝坝体宜倒向下游、以便在空库时可以利用坝体的自重增加上部拱圈内的轴向压力在满库时也可利用水重增加坝的稳定性。帕列斯库根据在罗马尼亚和前苏联进行的拱坝模型动力试验提出以下几项适合于拱坝的抗震措施，包括：对一部分横缝在上部坝高1/4范围进行灌浆；在坝项以下坝高1/10范围内，没置钢筋带加强坝体；在坝上设置水平缝和周边缝及底座。则同意大利的瓦依昂拱坝；用预应力锚索加固两岸坝座、前两项措施可以使结构耗散地震能量的能力增加23倍，防止横缝之间的坝段作悬臂梁自由振动，或因超载而在梁底断裂破坏，从而大大改善坝的
10、动力性态，减小结构的自振圆频率，增大阻尼比，使坝内的动应力降低。第三种措施设置的这种缝在强震下会首先张开，使地震能量消散而又不致削弱坝的安全(强度和渗漏)，如瓦依昂拱坝在洪水漫顶事故中，曾受到比设计静力荷载大几倍的动力荷载而未受损伤。拱坝抗震措施示意图1：对上部坝高1/4范围灌浆 2：坝顶以下坝高1/10范围设置钢筋带 3：设置横缝4：设置周边缝 5：用预应力锚索加固坝座3.2附属建筑物帕卡伊玛拱坝泄洪隧洞进水塔和下游陡槽的损坏，说明坝的附属结构物，尤其是进水和泄水建筑物，如溢洪闸墩、进水塔、人行桥、输水隧洞、调压塔和泄水道的高边坡等，比坝体更容易在地震中遭受破坏。尽管它们的破坏并不影响水库的
11、蓄水功能，但有时会影响水库的紧急泄水功能，或导致泄水失控。因此在拱坝抗震设计和施工中，也要重视这些附属建筑物的抗震设防。例如美国的水晶泉拱形重力坝上游，一座无筋砖砌进水塔，在1906年旧金山大地震小。遭受83级地震(地面最大加速度0.7g)，发震断层距塔仅200m仍能保持稳定。此后安全运行70多年，直到19831984年一次调查中才发现塔上有高3m的对角斜裂缝，估计是在地震时形成的。但检查中发现塔的施工质量极好，设计也满足抗震要求，足见良好的设汁和施工质量十分重要。参考文献：1 汝乃华、姜忠胜著.大坝事故与安全.拱坝.北京：中国水利水电出版社，19952 黎展眉.拱坝.北京：中国水利水电出版社，19903 C.B.CHAPMAN，DALE F.COOPER. Risk Engineering: Basic Controlled Interval and Memory ModeIs. Journal of operational Research Society, VoI34，No.1
