【摘 要】
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突发地震灾害往往带来巨大的生命财产损失,做好震前灾害预测和震后应急响应对降低地震灾害造成的损失具有重要意义。城市供水系统作为生命线工程系统中一种重要的基础性设施系统,对人们的生产生活至关重要,为突破目前我国在地震灾害预测与风险评估领域停留在单体结构和单一系统层次的局面,课题组提出开展城市供水系统地震灾害风险评估关键技术研究及软件集成开发与示范,将仅限于以地上建筑物为评估对象的一维城市地震灾害评估方
【基金项目】
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陕西省重点研发计划《陕西城市基础设施系统地震灾害风险评估关键技术研究与示范》（2017ZDXM-SF-093）; 陕西省教育厅产业化培育项目《陕西城市供水/供气系统地震灾害风险评估关键术研究与示范应用》（18JC020）
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突发地震灾害往往带来巨大的生命财产损失,做好震前灾害预测和震后应急响应对降低地震灾害造成的损失具有重要意义。城市供水系统作为生命线工程系统中一种重要的基础性设施系统,对人们的生产生活至关重要,为突破目前我国在地震灾害预测与风险评估领域停留在单体结构和单一系统层次的局面,课题组提出开展城市供水系统地震灾害风险评估关键技术研究及软件集成开发与示范,将仅限于以地上建筑物为评估对象的一维城市地震灾害评估方法,拓展到多维城市系统的地震灾害评估。本研究以城市供水系统为对象,开展城市供水系统的地震易损性研究,为城市供水系统地震灾害风险预测与损失评估奠定理论基础。主要研究内容与结论如下:（1）考虑服役龄期及不同土壤腐蚀环境的随机腐蚀作用,基于齐次马尔可夫过程,建立了酸性及碱性与近中性土壤环境下埋地钢管的腐蚀模型;通过5种厚度共105件钢材标准试件的加速腐蚀模拟及拉伸破坏试验,建立了考虑腐蚀作用的钢材力学性能退化模型,进而得到了不同环境多龄期埋地钢管钢材的力学性能参数。基于ANSYS有限元平台,对不同土壤腐蚀环境下7个不同服役龄期的埋地管道分别进行地震动响应分析,进而对分析结果进行回归分析,揭示并表征了不同土壤腐蚀环境下多龄期埋地钢管的地震响应规律。结果表明不同地震烈度下不同土壤腐蚀环境埋地钢管的等效最大应变均随着服役龄期的增长而呈线性增长趋势,且不同环境下钢管抗震性能退化规律存在明显差异,酸性土壤环境下的抗震性能随龄期的退化率较大,约为碱性土壤环境下的3～5倍。（2）基于所得的不同土壤腐蚀环境下不同龄期埋地钢管钢材的力学性能参数,得到典型管道单元的时变本构模型;以峰值加速度及最大等效应力做为地震动强度指标和工程需求参数,采用从PEER数据库及中国地震台网共选取的24条地震动记录,对城市供水系统典型管道单元进行增量动力时程分析（IDA）,建立了3个不同土壤腐蚀环境及4个不同服役龄期城市供水系统管道单元考虑耐久性能退化的时变地震解析易损性模型,并绘制出相应的地震易损性曲线,进而结合震害统计资料得到了3种不同管径范围及4种不同场地类型下埋地管道的地震易损性曲线。（3）根据城市供水系统管道单元地震易损性分析结果,基于图论理论,采用Monte-Carlo随机模拟方法对城市供水管网进行了系统连通性分析,得到了不同地震烈度下管网系统各节点与供水源点的连通概率。基于中国点式渗漏模型及考虑破坏概率的渗漏面积估算方法,建立了渗漏管线的流量计算模型,进而结合Hazen-Williams方程及管线传输流量的质量守恒定律进行震后破坏管线的水力分析,提出了以节点水头损失比为指标的节点服务性能失效状态量化方法。考虑区域重要性差异以及供水节点服务系数等因素建立了以修复决策系数为指标的修复决策模型,并建立了考虑管线破坏状态、修复难度、以及修复时间等因素的功能修复费用模型。通过典型实例的计算,验证了所建立模型的可行性、合理性和科学性,对于震前加固及震后功能快速修复具有重要意义。
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