【摘 要】
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基于地震概率风险评估方法的地震易损性分析是研究高坝地震性能的有效途径。然而,传统的地震易损性曲线建立需要进行大量的有限元计算。为了改善这一状况,引入支持向量机(SVM),用SVM模型替代有限元计算,以达到提高计算效率的目的。本文在国家重点研发计划“300m级特高坝抗震安全评价与控制关键技术”、国家自然科学基金“砂砾土液化特性的缩尺效应及其弹塑性本构模型研究”以及国家自然科学基金“基于随机场理论的高
【基金项目】
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“十三五”国家重点研发计划(No.2017YFC0404904),“300m级特高坝抗震安全评价与控制关键技术”; 国家自然科学基金“砂砾土液化特性的缩尺效应及其弹塑性本构模型研究”(No.51679029); 国家自然科学基金“基于随机场理论的高面板堆石坝地震响应分析及性能安全评价研究”(No.52009017);
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基于地震概率风险评估方法的地震易损性分析是研究高坝地震性能的有效途径。然而,传统的地震易损性曲线建立需要进行大量的有限元计算。为了改善这一状况,引入支持向量机(SVM),用SVM模型替代有限元计算,以达到提高计算效率的目的。本文在国家重点研发计划“300m级特高坝抗震安全评价与控制关键技术”、国家自然科学基金“砂砾土液化特性的缩尺效应及其弹塑性本构模型研究”以及国家自然科学基金“基于随机场理论的高面板堆石坝地震响应分析及性能安全评价研究”的资助下,以一个坝高为200m的混凝土面板堆石坝为研究对象,采用人工合成地震动,对其进行弹塑性二维动力有限元计算。进而结合SVM,基于坝体变形、下游坝坡滑动以及面板损伤选取性能指标,分析高面板堆石坝的地震易损性。本文的主要内容如下:(1)概述了结构地震易损性研究以及基于机器学习的地震易损性分析现状,介绍了地震易损性分析在土石坝(特别是高面板堆石坝)方面的应用现状、SVM回归的基本原理以及评价SVM模型精度的指标。(2)简要介绍了生成人工地震动的基本步骤,并生成了100条符合场地基本信息的地震动,且验证了地震动的随机性。基于大坝性能指标(坝顶竖向沉降、塑性剪应变以及面板损伤指标DI)以及地震动强度指标(峰值地面加速度(PGA)、累积绝对速度(CAV)、阿里亚斯强度(IA)、卓越周期(TP)),建立相关的SVM模型。最终,基于回归-SVM法进行了易损性分析,绘制了地震易损性曲线。结果表明,在保证一定精度的同时,SVM的引入极大地提高了计算效率。(3)利用已生成的100条地震动,选取坝顶竖向沉降作为性能指标,IA、特征强度(IC)、峰值地面速度与峰值地面加速度之比(Vmax/Amax)、CAV为地震动强度指标,采用拉丁超立方抽样(LHS)方法选取了30条地震动,利用有限元计算结果与SVM建立了不同破坏状态的SVM模型。进而基于IDA-SVM法分析了考虑不同地震数目的大坝地震易损性,建立了地震易损性曲线。最终,将两种方法所得的地震易损性曲线进行了对比。结果表明,地震动数目影响地震易损性曲线,选择适当的地震动数目对研究面板坝的地震易损性有一定的意义。两种方法所得易损性曲线有一定的差别,在轻度破坏状态下,其基本一致,在中度破坏状态下,其差别小于5%,在重度破坏状态下,其差别最大值约12%。
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