高邊坡錨索體系性能退化模型及時變可靠度研究

預應力錨索是水利水電工程高邊坡加固的重要措施之一，故錨索體系因材料腐蝕引起性能退化可能會造成高邊坡失穩(wěn)。定量地評價錨索體系性能退化對高邊坡可靠度的影響是防治滑坡災害的重要前提。本項目采用理論建模、數(shù)值模擬和試驗驗證相結合的研究方法，建立了高邊坡特定運行環(huán)境條件下預應力錨索腐蝕率模型以及考慮腐蝕條件下錨索兩種典型破壞模式的錨固力時變模型，提出了基于子集模擬的巖質邊坡系統(tǒng)可靠度分析方法和基于模型修正的邊坡可靠度高效協(xié)同式分析方法。在此基礎上，總結比較了常用的高邊坡預應力錨索服役壽命預測模型的優(yōu)缺點及適用條件。最后，依托錦屏一級水電站左岸高邊坡開展應用研究，探討了參數(shù)不確定和錨索體系性能退化對高邊坡時變系統(tǒng)可靠度的影響規(guī)律。研究表明：錨索服役前期（120年）邊坡安全系數(shù)和失效概率變化相對較小，后期安全系數(shù)和失效概率變化幅度急劇增大，邊坡穩(wěn)定性條件迅速惡化。錨索鋼絞線直徑和密度、注漿體厚度、環(huán)境溫度以及水灰比對預應力錨索服役壽命具有顯著的影響。提出的基于子集模擬的邊坡系統(tǒng)可靠度方法計算效率明顯高于蒙特卡羅模擬方法，計算精度優(yōu)于一階等效近似方法、N維等效方法和Ditlevsen上下限方法，可為解決低失效概率水平復雜巖質邊坡系統(tǒng)可靠度問題提供一個重要的工具。圍繞本項目研究，出版了學術專著1部，發(fā)表了相關學術論文28篇，其中SCI論文6篇（均第1作者）、EI論文10篇（均第1作者）、CSCD論文6篇（第1作者4篇）、國際會議論文3篇（第1作者2篇），有2篇SCI論文被一區(qū)Top期刊收錄，取得了計算機軟件著作權登記1項，申請了國家發(fā)明專利3項。研究成果可為深入認識錨固體系性能退化機理，推動可靠度和風險分析方法在邊坡工程設計及滑坡災害防治實踐中的應用，指導制定合理的錨固結構維護策略和建立完善的滑坡風險預警與調控體系提供重要的理論與技術支持。 2100433B

預應力錨索是水利水電工程高邊坡加固的重要措施之一，故錨索體系因材料腐蝕引起性能退化可能會造成高邊坡失穩(wěn)。定量地評價錨索體系性能退化對高邊坡可靠度的影響是防治滑坡災害的重要前提。本項目擬采用理論建模、數(shù)值模擬和試驗驗證相結合的研究方法，建立高邊坡特定運行環(huán)境條件下預應力錨索腐蝕率模型，錨索與注漿體界面、注漿體與巖體界面黏結強度衰減模型，并通過相關試驗資料驗證所提模型的有效性和適用性。在此基礎上，建立腐蝕條件下錨索體系性能退化模型和預估在役預應力錨索的剩余使用壽命。最后，依托錦屏一級水電站左岸高邊坡開展應用研究，基于非侵入式隨機有限元法評估考慮參數(shù)不確定性和錨索體系性能退化的高邊坡運行期時變可靠度。本項目研究成果將為深入認識錨固體系性能退化機理，指導制定合理的錨固結構維護策略和建立完善的滑坡風險預警與調控體系提供重要的理論與技術支持。

作為復雜體系的斜拉橋大都建立了自身的施工監(jiān)控、健康監(jiān)測系統(tǒng)，力求進行橋梁結構整體行為的實時監(jiān)控和結構狀態(tài)的智能化評估。研究出一套便于推廣且有效的在斜拉橋全壽命期對橋梁監(jiān)測數(shù)據的實時處理，對橋梁結構的健康狀況做出客觀可靠的評估，并及時發(fā)出預警信息的斜拉橋可靠性評價模式是十分必要和迫切的，也尚有大量難題亟待解決。申請人提出對斜拉橋進行進行動態(tài)可靠度分析并建立相應評估體系，在已有研究基礎上努力進行計算方法的理論完善，隨機性因素的修正，系統(tǒng)性的強化，向更深層次的評估理論體系探討。解決諸如：建立斜拉橋施工期荷載統(tǒng)計模型、運營期車輛荷載概率模型的修正、基于改進隨機有限元的的荷載效應計算及組合、基于隨機過程分析的斜拉橋復雜體系的失效模式追尋、從系統(tǒng)論角度出發(fā)提出基于層次分析法結合灰色系統(tǒng)理論的動態(tài)可靠度指標評估體系的建立等科學問題。努力為斜拉橋結構可靠性評估的定性、定量化奠定基礎，指導斜拉橋狀態(tài)評估。

大跨度斜拉橋結構大都建立了自身的施工監(jiān)控、健康監(jiān)測系統(tǒng)，力求對橋梁結構進行整體行為的實時監(jiān)控和結構狀態(tài)的智能化評估。研究出一套便于推廣且有效的在斜拉橋施工－運營期對橋梁監(jiān)測數(shù)據的實時處理，對橋梁結構的健康狀況做出客觀可靠的評估，并及時發(fā)出預警信息的斜拉橋可靠性評價模式是非常必要的。項目負責人提出對斜拉橋進行動態(tài)可靠度分析、評估，進行計算方法的理論完善，更多隨機性因素的修正、系統(tǒng)性的強化，向更深層次的理論體系探討。解決主要問題有：第一荷載效應方面，依托實際工程對施工期荷載進行了分類，補充建立了施工期荷載隨機過程概率模型，推導施工期荷載對現(xiàn)有橋梁結構作用的統(tǒng)計公式，對車輛荷載概率模型進行修正，更符合實際運營中多峰分布的特性，并提出基于隨機有限元的的荷載效應計算方法。第二結構抗力計算方面，基于灰色系統(tǒng)理論研究并改進計算方法的包容性和開放性，便于實際應用中結合橋梁檢測信息能夠及時修正處理；第三基于隨機過程分析的斜拉橋復雜體系的失效模式追尋；第四從系統(tǒng)論角度出發(fā)提出基于灰色系統(tǒng)理論和層次分析法的動態(tài)可靠度指標評估體系的建立等。從而為斜拉橋結構可靠性評估的定性、定量化奠定基礎，指導狀態(tài)評估。 2100433B

大跨度鋼斜拉橋結構纖柔、施工期長、施工工序復雜，其施工期結構可靠度問題屬于復雜受力結構系統(tǒng)可靠度研究的前沿課題。圍繞大跨度鋼斜拉橋施工全過程結構時變體系可靠度問題，結合其力學行為特性，通過仿真分析、現(xiàn)場實測以及關鍵構件試驗，從關鍵構件和結構體系多尺度層面闡明結構時變體系的主要失效模式及其力學機理；采用多尺度可靠度新理念，建立大跨度鋼斜拉橋施工全過程時變體系的多尺度可靠度模型，研究并揭示結構時變體系可靠度與其關鍵構件可靠度間的相互關系規(guī)律；提出基于多尺度可靠度模型的大跨度鋼斜拉橋施工過程時變體系可靠度計算方法，探明其施工全過程時變體系可靠度的演化規(guī)律并建立相應的可靠度評價準則。本項目研究成果可為大跨度鋼斜拉橋設計理論、施工控制決策、災害性工程事故預防及對策提供科學依據并為其設計及施工規(guī)范的制定提供重要參考，具有重要的理論意義和工程應用價值。