高边坡锚索体系性能退化模型及时变可靠度研究

预应力锚索是水利水电工程高边坡加固的重要措施之一，故锚索体系因材料腐蚀引起性能退化可能会造成高边坡失稳。定量地评价锚索体系性能退化对高边坡可靠度的影响是防治滑坡灾害的重要前提。本项目采用理论建模、数值模拟和试验验证相结合的研究方法，建立了高边坡特定运行环境条件下预应力锚索腐蚀率模型以及考虑腐蚀条件下锚索两种典型破坏模式的锚固力时变模型，提出了基于子集模拟的岩质边坡系统可靠度分析方法和基于模型修正的边坡可靠度高效协同式分析方法。在此基础上，总结比较了常用的高边坡预应力锚索服役寿命预测模型的优缺点及适用条件。最后，依托锦屏一级水电站左岸高边坡开展应用研究，探讨了参数不确定和锚索体系性能退化对高边坡时变系统可靠度的影响规律。研究表明：锚索服役前期（120年）边坡安全系数和失效概率变化相对较小，后期安全系数和失效概率变化幅度急剧增大，边坡稳定性条件迅速恶化。锚索钢绞线直径和密度、注浆体厚度、环境温度以及水灰比对预应力锚索服役寿命具有显著的影响。提出的基于子集模拟的边坡系统可靠度方法计算效率明显高于蒙特卡罗模拟方法，计算精度优于一阶等效近似方法、N维等效方法和Ditlevsen上下限方法，可为解决低失效概率水平复杂岩质边坡系统可靠度问题提供一个重要的工具。围绕本项目研究，出版了学术专著1部，发表了相关学术论文28篇，其中SCI论文6篇（均第1作者）、EI论文10篇（均第1作者）、CSCD论文6篇（第1作者4篇）、国际会议论文3篇（第1作者2篇），有2篇SCI论文被一区Top期刊收录，取得了计算机软件著作权登记1项，申请了国家发明专利3项。研究成果可为深入认识锚固体系性能退化机理，推动可靠度和风险分析方法在边坡工程设计及滑坡灾害防治实践中的应用，指导制定合理的锚固结构维护策略和建立完善的滑坡风险预警与调控体系提供重要的理论与技术支持。 2100433B

预应力锚索是水利水电工程高边坡加固的重要措施之一，故锚索体系因材料腐蚀引起性能退化可能会造成高边坡失稳。定量地评价锚索体系性能退化对高边坡可靠度的影响是防治滑坡灾害的重要前提。本项目拟采用理论建模、数值模拟和试验验证相结合的研究方法，建立高边坡特定运行环境条件下预应力锚索腐蚀率模型，锚索与注浆体界面、注浆体与岩体界面黏结强度衰减模型，并通过相关试验资料验证所提模型的有效性和适用性。在此基础上，建立腐蚀条件下锚索体系性能退化模型和预估在役预应力锚索的剩余使用寿命。最后，依托锦屏一级水电站左岸高边坡开展应用研究，基于非侵入式随机有限元法评估考虑参数不确定性和锚索体系性能退化的高边坡运行期时变可靠度。本项目研究成果将为深入认识锚固体系性能退化机理，指导制定合理的锚固结构维护策略和建立完善的滑坡风险预警与调控体系提供重要的理论与技术支持。

作为复杂体系的斜拉桥大都建立了自身的施工监控、健康监测系统，力求进行桥梁结构整体行为的实时监控和结构状态的智能化评估。研究出一套便于推广且有效的在斜拉桥全寿命期对桥梁监测数据的实时处理，对桥梁结构的健康状况做出客观可靠的评估，并及时发出预警信息的斜拉桥可靠性评价模式是十分必要和迫切的，也尚有大量难题亟待解决。申请人提出对斜拉桥进行进行动态可靠度分析并建立相应评估体系，在已有研究基础上努力进行计算方法的理论完善，随机性因素的修正，系统性的强化，向更深层次的评估理论体系探讨。解决诸如：建立斜拉桥施工期荷载统计模型、运营期车辆荷载概率模型的修正、基于改进随机有限元的的荷载效应计算及组合、基于随机过程分析的斜拉桥复杂体系的失效模式追寻、从系统论角度出发提出基于层次分析法结合灰色系统理论的动态可靠度指标评估体系的建立等科学问题。努力为斜拉桥结构可靠性评估的定性、定量化奠定基础，指导斜拉桥状态评估。

大跨度斜拉桥结构大都建立了自身的施工监控、健康监测系统，力求对桥梁结构进行整体行为的实时监控和结构状态的智能化评估。研究出一套便于推广且有效的在斜拉桥施工－运营期对桥梁监测数据的实时处理，对桥梁结构的健康状况做出客观可靠的评估，并及时发出预警信息的斜拉桥可靠性评价模式是非常必要的。项目负责人提出对斜拉桥进行动态可靠度分析、评估，进行计算方法的理论完善，更多随机性因素的修正、系统性的强化，向更深层次的理论体系探讨。解决主要问题有：第一荷载效应方面，依托实际工程对施工期荷载进行了分类，补充建立了施工期荷载随机过程概率模型，推导施工期荷载对现有桥梁结构作用的统计公式，对车辆荷载概率模型进行修正，更符合实际运营中多峰分布的特性，并提出基于随机有限元的的荷载效应计算方法。第二结构抗力计算方面，基于灰色系统理论研究并改进计算方法的包容性和开放性，便于实际应用中结合桥梁检测信息能够及时修正处理；第三基于随机过程分析的斜拉桥复杂体系的失效模式追寻；第四从系统论角度出发提出基于灰色系统理论和层次分析法的动态可靠度指标评估体系的建立等。从而为斜拉桥结构可靠性评估的定性、定量化奠定基础，指导状态评估。 2100433B

大跨度钢斜拉桥结构纤柔、施工期长、施工工序复杂，其施工期结构可靠度问题属于复杂受力结构系统可靠度研究的前沿课题。围绕大跨度钢斜拉桥施工全过程结构时变体系可靠度问题，结合其力学行为特性，通过仿真分析、现场实测以及关键构件试验，从关键构件和结构体系多尺度层面阐明结构时变体系的主要失效模式及其力学机理；采用多尺度可靠度新理念，建立大跨度钢斜拉桥施工全过程时变体系的多尺度可靠度模型，研究并揭示结构时变体系可靠度与其关键构件可靠度间的相互关系规律；提出基于多尺度可靠度模型的大跨度钢斜拉桥施工过程时变体系可靠度计算方法，探明其施工全过程时变体系可靠度的演化规律并建立相应的可靠度评价准则。本项目研究成果可为大跨度钢斜拉桥设计理论、施工控制决策、灾害性工程事故预防及对策提供科学依据并为其设计及施工规范的制定提供重要参考，具有重要的理论意义和工程应用价值。