基于物理的城市供水管网整体抗震功能可靠度分析

As an important component of lifeline systems, water distribution network (WDN) is essential for rescue and society stability after earthquake. In this project, along the stochastic related ground motion field generation, whole WDN modeling and analyzing, and seismic functional reliability analysis of WDN, the following topics will be investigated in detail..1. The physically-based stochastic related ground motion field is generated;.2. Considering pipeline connection, boundary and interaction between pipeline and soil, a whole model of complex network is established. Moreover, a precise analysis is performed for the whole WDN under earthquake;.3. A field test of WDN subject to the wave induced by explosion is performed to validate the analysis method of the whole WDN under earthquake;.4. A probability density evaluation method is employed to give the seismic functional reliability of the WDN under earthquake;.5. The post-disaster state of the WDN located at Dujiangyan City is used to validate the physically-based seismic functional reliability analysis method of the whole WDN.

作为城市生命线工程系统的重要组成部分，供水管网系统对地震后抢险救灾和社会稳定具有重要的意义。本项目拟沿着地震动随机场生成、管网整体建模和分析、城市供水管网抗震功能可靠性分析的研究思路进行地震作用下供水管网性能的精细化分析和抗震功能准确评价。拟在以下方面做深入研究：1.研究基于物理的相关地震动随机场生成方法；2.考虑管网、边界条件以及管-土相互作用，建立符合工程实际的复杂管网整体力学分析模型，实现地震下管网整体精细化分析；3.进行人工爆炸模拟地震波作用下埋地管网现场试验，验证管网整体分析方法；4.利用概率密度演化方法，发展基于物理的供水管网整体抗震功能可靠度评价方法；5.利用都江堰市供水管网震后调查结果进行实例验证。

本项目围绕基于物理的城市供水管网整体抗震功能可靠度精细化分析方法展开工作，在埋地管网整体建模和地震反应分析、人工爆炸模拟地震动下埋地管网现场试验方法和供水管网抗震功能可靠度分析方法等方面取得了重要研究进展。.主要研究进展包括：（1）工程场地随机地震动场生成方法。考虑地震动产生的“震源-传播途径-局部场地”物理机制，建立了工程场地随机地震动场的物理模型，利用反映影响地震动场物理特性的基本随机变量来生成工程场地随机地震动场，并利用已有地震记录给出了基本随机变量的分布。（2）埋地管网整体建模和地震反应分析。利用弹性地基梁原理，将管线用梁来模拟，管土相互作用用轴向和横向弹簧来模拟，管线接头用轴向和弯曲弹簧来模拟，并考虑管线的边界条件建立了埋地管网整体有限元分析模型。进而，用生成的地震动场作为输入在国际上率先实现了埋地管网的整体地震反应分析。（3）人工爆炸模拟地震动下埋地管网现场试验。修建了24m×24m的“田”字形埋地管网，利用TNT炸药产生人工地震波进行了埋地管网现场试验，对管网在人工地震波作用下的动力反应进行了记录。通过对记录数据的分析获得了埋地管网地震反应的许多新的认识。同时，对试验管网进行了整体建模，利用试验结果对项目提出的埋地管网整体分析模型进行了验证。（4）基于物理的城市供水管网抗震功能可靠度精细化分析方法。在工程场地随机地震动场和管网整体分析的基础上，通过求解带渗漏工作供水管网的水力方程，利用概率密度演化方法获得了管网节点水头的概率密度函数，从而实现了供水管网的抗震功能可靠度的精细化分析。（5）实例验证。以汶川地震中受灾城市绵竹为例进行了供水管网抗震功能可靠度评价，验证了项目提出的基于物理的供水管网抗震功能可靠度评价的可行性和正确性。.本项目的上述研究进展，有力地推进了生命线地震工程领域的研究进展，为地震下埋地管网的精细化设计提供了坚实的基础。