核电工程防震减灾风险分析理论与方法

Nuclear electricity generation has become one of the main methods of electric energy development, and nuclear power engineering construction gets comprehensive development at coastal also being extended to the inland in China. Nuclear power engineering is the cleanest energy project, nonetheless, the potential of serious pollution risk still exists. Therefore, the issue on the seismic disaster risk of nuclear power engineering becomes a hotspot and must be dealt with. This project will choose nuclear power engineering as research object and perform researches on risk analysis science and application of critical engineering seismic prevention and disaster mitigation, meanwhile, carry out discussions on three key risk issues, which include seismic action, engineering seismic fortification standards and engineering structure seismic design. Through some typical site analysis, shaking-table test and 3D nonlinear numerical simulation of nuclear power plant, the investigation on seismic action and its uncertainty characteristics, engineering seismic fortification levels and their safety margin will be conducted, and the seismic performance of nuclear power engineering structure and its uncertainty characteristics will be clarified. A synthetic probability method for seismic disaster risk of nuclear power engineering will be proposed and the difference and commonness of critical engineering seismic disaster risk will be discussed. The fruits of the project will provide theoretical basis and technical methods for the seismic prevention and disaster mitigation of the new generation of nuclear power engineering. Furthermore, seismic disaster risk control factors of quantitative indices and risk control measures will be proposed and hazard risk analysis theory will be improved.

核能发电已成为电能发展的主要手段，我国核电工程建设在沿海全面展开并延伸到内陆。核电工程是最清洁能源工程，但依然存在导致严重污染的风险。因此，核电工程的地震灾害风险成为人们十分关注和必需处理的问题。项目以核电工程为具体对象，开展重大工程防震减灾风险分析科学与应用问题研究，对地震作用确定、工程抗震设防标准制订和工程结构抗震设计三个主要环节的关键风险问题进行系统深入探讨。利用核电典型厂址案例分析、结构振动台试验、三维非线性数值模拟等手段，对地震作用及其不确定性、工程抗震设防水准及其安全裕度、工程结构抗震性能及其不确定性等进行研究，建立核电工程地震灾害风险分析的综合概率方法，为核电工程抗震设防提供理论依据和技术方法，以确保有效规避地震灾害风险；探讨典型重大工程地震灾害风险分析的差异和共性，形成重大工程防震减灾风险分析理论与方法体系；进一步提出重大工程地震灾害风险控制因素的量化指标及风险控制对策。

针对核电工程地震灾害风险研究的不足和发展趋势，系统开展了核电工程防震减灾风险分析理论与方法研究，取得了系列创新成果：(1)提出了以震源参数、空间方位为指标的方向性效应影响和地震动不确定性预测模型；建立了基于震级、距离、场地波速的脉冲参数和脉冲放大作用预测模型；考虑震级参数，提出了地震动输入的调整方法；探讨了核电工程场地设计地震动参数确定中涉及的若干关键问题。(2)建立了考虑我国地震构造环境的安全裕度地震确定方法；针对核电工程设计地震动反应谱应用，搭建了一个数据筛选的强震动数据服务平台；提出了基于L1范数正则化的强震动加速度记录基线漂移识别与校正方法；建立了基于深度学习的地震震级分类方法。(3)提出了比例边界完美匹配层方法和基于比例边界有限元与八叉树网格的异时步并行显式求解算法；开展了某高温气冷堆核电厂的抗震性能数值分析、非基岩场地-核岛结构相互作用的整体模型振动台试验、典型压水堆核电结构振动台试验以及第四代核电厂房转运清洗间振动台试验；在此基础上分析了非基岩场地对核岛结构的抗震性能影响及风险。(4)建立了核电厂随机结构的代理模型与最大响应分布模型；发展了基于非平稳随机激励作用下结构响应极值新分布模型的结构动力可靠度方法，实现了小样本模拟下结构小失效概率的高效准确估计；提出了一种估计随机动力结构小失效概率的高效后处理模拟方法；开展了考虑结构参数不确定性的核电结构地震易损性分析。(5)开展了考虑结构参数不确定性的核电结构地震风险量化评估，探索了核电结构的风险控制方法。项目组主办/筹办国际/国内学术论坛、会议5次，做国际/国内会议大会主题报告/特邀报告10余次；出版英文专著1部；发表论文87篇(SCI/EI收录80篇)；获中国地震学会成立四十周年学术大会学术成果奖等3项。项目组负责人入选了日本工程院外籍院士、1人获得北京市杰青项目资助、2人升研究员/教授、2人升副研究员、共培养博硕研究生(含在读)共33名。