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城市市政管线的地震风险分析

作　者: 操铮
导　师: 刘茂
学　校: 南开大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 地震市政管线风险分析易损性 Monte Carlo 有序二分决策图
分类号: X43
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

城市市政管线作为生命线工程,在国家经济发展中的作用越来越重要,但在当今自然灾害频发的社会,市政管线也承受着巨大的风险,一旦破坏,不仅造成人们生活的困难,还会导致其他次生灾害的发生,严重威胁人民生命财产的安全。因此,本论文在地震条件下对城市市政管线进行了风险分析,主要的研究内容包括市政管线的易损性分析、可靠性研究和燃气管线的地震引发风险分析,解决了以下几个方面的问题。首先,研究了市政管线的地震失效原因和失效形式,包括构造性地运动、地震引起的土壤液化、滑坡、地震波传播效应等对不同类型管线的破坏原因和可能的失效模式。其次,进行了市政管线地震易损性定量研究,重点在沙土液化、断层等典型不良地质条件下展开了城市市政管线易损性分析评价方法研究,详细讨论了市政管线的地震影响参数确定方法,以及不同类型管线的地震反应和相应的应力应变计算方法；针对历史地震对管线破坏的易损性数据,研究不同管径管线的易损程度,并采用Bayes方法对地震条件下管线易损性数据进行了统计分析,构建了市政管线的地震易损性模型。再者,以易损性分析方法作为基础,研究了地震动和场地破坏对城市市政管线结构破坏影响,建立管线单体可靠性评价的极限状态方程,并采用Monte Carlo模拟方法计算出管线可靠性。在市政管线地震网络可靠性研究方面,采用Monte Carlo模拟计算方法和有序二分决策图数值计算方法对比研究了现管网的网络可靠性。第四,研究了地震引发城市燃气管线的定量风险,以喷射火和蒸汽云爆炸作为事故参考场景,实现了地震引发失效条件下的个人风险和社会风险的表征,并讨论了地震参数变化对风险结果的影响。最后,根据淮南市供水管线和燃气管线数据,分别采用前述方法进行了风险分析,结果表明这一系列方法不仅能够很好适用于地震条件下市政管线的定量风险研究,而且具有一定的工程应用价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-17
  第一节研究的背景和选题意义  10-12
  第二节国内外研究现状  12-15
    1.2.1 管线单体可靠性研究现状  12
    1.2.2 管线的地震易损性数据分析研究现状  12-13
    1.2.3 管线的地震网络可靠性研究现状  13-14
    1.2.4 城市燃气管线的安全评价研究现状  14-15
  第三节论文的研究内容和技术路线  15-17
    1.3.1 论文的研究内容  15
    1.3.2 内容安排和技术路线  15-17
第二章城市市政管线地震失效原因及失效形式  17-22
  第一节城市市政管线地震破坏原因  17-18
    2.1.1 构造性地运动  17
    2.1.2 地震动引起的土壤液化、滑坡等场地失效  17-18
    2.1.3 地震波的传播效应  18
  第二节城市市政管线地震破坏的失效模式  18-22
    2.2.1 连续管线的失效模式  19-20
    2.2.2 分节管线的失效模式  20-22
第三章城市市政管线地震易损性分析  22-41
  第一节地震相关参数分析  22-24
    3.1.1 地震危险性因素分析  22
    3.1.2 土壤的分类  22-23
    3.1.3 管线的分类与重要度因数  23
    3.1.4 地震区域的PGA  23-24
    3.1.5 根据PGA确定PGV  24
  第二节地震条件下管线应力与应变分析  24-26
    3.2.1 Ramberg-Osgood应力应变关系模型  24
    3.2.2 管线初始应力  24-25
    3.2.3 埋地连续管线的许用应变标准  25-26
  第三节管线的永久地表变形反应  26-31
    3.3.1 管线的纵向永久地表变形反应  27-30
    3.3.2 管线的横向永久地表变形反应  30-31
  第四节管线的滑坡反应  31-32
  第五节管线跨断层的变形分析  32-34
  第六节管线在地震波下的应变  34-36
    3.6.1 表面波传播速度  34-35
    3.6.2 连续管线在地震波下的应变  35-36
    3.6.3 分节管线在地震波下的应变  36
  第七节基于BAYES方法的管线地震破坏率估计模型  36-41
    3.7.1 Bayes方法  37-38
    3.7.2 管线损坏率的泊松模型  38
    3.7.3 管线损坏数据  38
    3.7.4 铸铁管道λ的估计  38-39
    3.7.5 基于重要性抽样的积分  39-41
第四章城市市政管线的地震可靠性研究  41-51
  第一节基于MONTE-CARLO模拟的极限状态方程建立  41-44
    4.1.1 Monte-Carlo法的基本原理  41
    4.1.2 Monte Carlo模拟的一般步骤  41
    4.1.3 Monte-Carlo模拟法的结果和精度  41-42
    4.1.4 管线的永久地表变形反应及极限状态方程建立  42-43
    4.1.5 管线的土壤液化产生的浮力反应及极限状态方程建立  43
    4.1.6 管线的跨断层反应及极限状态方程建立  43-44
    4.1.7 管线的地震波反应及极限状态方程建立  44
  第二节城市市政管线的网络可靠性分析  44-51
    4.2.1 基于Monte-Carlo模拟的网络可靠性  45-46
    4.2.2 基于有序二分决策图的网络可靠性分析  46-51
第五章地震引发城市燃气管线事故的定量风险分析  51-57
  第一节地震引发燃气管线事故的定量风险分析程序  51-52
  第二节地震参数的确定  52-53
  第三节参考场景的辨识  53-54
  第四节地震对管线损坏概率及事故死亡概率  54-55
  第五节震后事故场景的频率  55-56
  第六节风险表征  56-57
第六章工程案例分析  57-79
  第一节管线单体的应变计算  57-62
    6.1.1 工作状态下的管线应变  57-58
    6.1.2 不同地震破坏形式下管线可靠性  58-62
  第二节管线单体的地震可靠性  62-64
  第三节 BAYES统计方法与经验公式法的应用  64-69
  第四节淮南市次高压燃气管线地震引发事故风险的分析  69-74
  第五节淮南市供水管线网络可靠性分析  74-79
第七章结论与展望  79-81
  第一节结论与创新点  79
  第二节展望  79-81
参考文献  81-85
致谢  85-86
个人简历在学期间发表的学术论文与研究成果  86-87

城市市政管线的地震风险分析

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