城市供水管网可靠度的动态模拟与相关技术研究

目前有关管网可靠度的研究中，对可靠度评价指标仅考虑水力方面（如节点水量、水压），而对水质方面重视不够，但我国管网存在腐蚀结垢化程度高、管网复杂、水龄较长、水质二次污染严重等系列问题，因此，引入管网可靠度的水质评价指标，从水力和水质角度全面地进行系统可靠度的定量，并为准确真实考核管网的可靠性能提供理论依据就显得尤为重要。国内外对于管网可靠度分析的理论研究尚处于探索阶段，多考虑某一静态工况下的管网可靠度，不能准确反映管网的实际安全运行情况。因此，本研究对可靠度的理论分析从单纯的静态上升到动态，基于EPANET进行管网水力、水质的动态模拟，实现管网节点及系统可靠度的动态评价，同时获得管网节点可靠度的图形分布，发现系统中的隐患和薄弱环节并采取相应改进措施，以提高系统可靠性、保障供水安全。 2100433B

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。 2100433B

本书介绍了作者带领的研究团队十多年来在大型土木结构损伤多尺度模拟与分析领域的主要研究成果及其在结构抗震分析、桥梁疲劳损伤预后分析中的应用。本书主要内容包括：微细、宏观尺度上材料与结构的损伤特征观测与分析，不同尺度上材料与结构损伤的合理表征及其量化方法，结构损伤多尺度分析的基本方程与计算方法，结构损伤多尺度分析的实施流程及其验证，损伤跨尺度演化致混凝土构件局部失效的模拟与分析，混凝土结构损伤演化致失效过程的多尺度跨层次自适应模拟与分析，以及大跨桥梁钢箱梁结构疲劳损伤演化过程的多尺度跨层次模拟。本书同时介绍了这些理论与方法在钢筋混凝土框架结构损伤失效分析与重大桥梁工程结构疲劳损伤演化过程模拟中的应用。