极端事件下大坝的脆弱性与恢复力研究

极端事件是某一特定时期内发生在统计分布之外的罕见事件，具有灾害性、突发性等特点，已严重影响到人类的生存和生活环境以及经济和社会的发展。基于对极端事件发生的典型地区极端事件及水库大坝安全性态的调研，分析极端事件下水库大坝脆弱性的响应机制，建立脆弱性综合测度，并用因子分析法挖掘脆弱性形成的驱动力因子。在此基础上，研究水库大坝在极端事件中的脆弱性评估数值模型，包括极端事件发生过程中及发生后的脆弱性评估模型，然后综合评价水库大坝在极端事件下的脆弱性；利用加卸载响应比理论建立数值模型分别模拟土石坝和拱坝从极端事件的胁迫状态到稳定状态的恢复时间以及水库大坝能够承受极端事件的最大胁迫阈值以计算恢复力。通过对极端事件影响下的典型水库大坝的工情数据收集，评估基于预警机制的极端事件下防御措施的有效性。该研究对于灾害环境下水库大坝的防灾减灾具有重要意义。

针对极端事件下大坝安全运行的热点问题，系统研究了极端事件下大坝的脆弱性测度与恢复力模型，主要内容包括：（1）在分析台风、极端强降雨、高温干旱及地震等极端事件的灾害特征对大坝致灾影响的基础上，构建了极端事件下大坝脆弱性的激发和演化模式，并基于二维元胞自动机建立了大坝的脆弱性激发及演化模型；（2）结合专家评判法、粗集理论、模糊层次分析法研究了大坝脆弱性驱动因子的逐步挖掘方法，构建了大坝脆弱性的PSR综合测度，并给出了大坝脆弱度综合评估计算方法及脆弱度指标的融合赋权方法，实例分析表明，采用上述方法能有效确定大坝的脆弱度测度，指导工程安全运行；（3）基于突变理论和加卸载响应比理论建立了极端事件下大坝的恢复力模型，并对典型极端事件下大坝的恢复力进行了计算分析，计算结果可为评价水库大坝在极端事件下的恢复力水平提供依据，对不同极端事件而言，由于加卸载响应比理论主要应用于非线性系统失稳的分析，因此基于加卸载响应比理论的大坝恢复力模型较适合于台风、地震等非线性动态荷载下的大坝恢复力分析，而突变理论主要用于分析系统从平衡向失稳转变的过程状态，因要构建状态变量的突变模型，基于突变理论的大坝恢复力模型常结合有限元建模进行计算分析，较适合于洪水、高温等荷载下的大坝恢复力分析。总体而言，本项目研究工作按计划书内容进行，达到了预期研究目标；研究成果已得到学术界认可，公开发表的相关论文多次被引用；本研究成果在典型工程中的推广应用扩大了研究成果的影响范围。本项目全面完成了计划书规定的任务，达到了计划书所要求的技术指标，特别在针对极端事件下大坝脆弱性激发与演化、脆弱性因子挖掘、大坝恢复力模型研究方面有创新和突破，该成果对评估水库大坝面临极端气候事件时的脆弱性和恢复力、科学制定除险加固方案和减灾措施、指导极端气候事件下水利工程的应急管理等方面具有重要意义。