大坝风险评估与管理关键技术研究进展

大坝风险客观存在,对大坝风险进行评估和管理,事关工程安全和公共安全.本文基于中国的溃坝概率统计分析,简要回顾了大坝风险评估和管理技术发展过程,阐述了大坝风险管理内涵,对溃坝模式和溃坝路径识别、溃坝概率与溃坝后果计算、人因可靠性、梯级水库群风险评估与控制、大坝风险标准和风险决策等涉及大坝风险评估与风险管理的关键技术进行了综述,对风险排序和决策、风险预警及应急预案、降等报废、大坝安全年度报告、运行维护与监测手册等风险管理实用技术和工具在中国大坝安全行业管理的应用现状进行了总结,展望了大坝风险评估与管理技术未来的研究方向,以期引起全行业更深入的探讨,促进中国大坝尽快由"工程安全管理"向"风险管理"的转变.     

能量沉积计数的强迫碰撞随机游动方法

当计数区域相对它到粒子源的距离或相对整个系统甚小时, 要想用Monte Carlo方法实现对能量沉积计数十分困难. 给出了强迫碰撞随机游动方法, 解决了含权重随机游动情况下的能量沉积谱的计算问题, 从而克服了区域分裂-轮盘赌方法与DXTRAN球方法不能计算给出能量沉积谱的问题. 在MCNP-4C程序的平台上加入了强迫碰撞随机游动方法. 对一个理想化的工业CT模型进行了计算, 除上述3种方法外, 还选用了直接模拟方法. 实际计算结果表明, 强迫碰撞随机游动方法的计算效率(FOM因子)比DXTRAN球方法提高约一个量级, 比区域分裂-轮盘赌方法和直接模拟方法提高均约3个量级.     

激励-传播-感知全路径楼盖人致振动舒适度评估

结构响应的加速度峰值是评价振动舒适度的常用指标,事实上人作为评判是否舒适的唯一感知体,而以结构的响应来评判人的舒适性则不够全面.为了全面评估楼盖的振动舒适度,提出基于激励-传播-感知全路径的人致振动舒适度评估框架,建立激励-传播-感知耦合振动控制方程,控制方程是与时间相关含Dirac函数的偏微分方程,用微分求积-积分求积(DQ-IQ)混合法进行处理,进而用Newmark法即可得到楼盖和感知者的加速度响应,并以概率的方式对结构的振动舒适度进行评估.以CFS(冷弯薄壁型钢)组合楼盖为例进行分析,分别用振型叠加法和DQ-IQ混合法计算当行人以不同步频通过楼盖时楼盖与感知者的加速度响应,对比两种方法的计算结果,验证DQ-IQ法的准确性.当行人以慢速、中速和快速步频通过楼盖时,可得到相应步频下楼盖和感知者特定的加速度峰值对应的概率值以及小于或等于某个特定加速度峰值累计概率值.假定感知者和结构具有相同的舒适度限值,以加速度峰值在小于等于0.05 m/s2的累计概率值作为参考,将同等累计概率值所对应的感知者的加速度峰值与楼盖加速度峰值进行对比.结果表明,增加楼盖阻尼比可提高舒适度概率;在同等条件下,感知者的加速度峰值大于楼板的加速度峰值,舒适度概率前者小于后者,故在评估振动舒适度时,很有必要将感知者的加速度峰值也作为舒适度评价的参考依据.     

基于首次超越概率理论的混凝土坝时变风险率研究

随着我国大坝安全管理工作逐渐由传统的工程安全管理向工程风险管理方向发展,在役大坝风险水平成为了越来越重要的研究课题.混凝土坝实际运行过程中受到众多随机不确定因素和模糊因素影响,导致大坝自身风险率具有显著的时变特性,本文尝试引入二元高斯算法采用并联体系方法计算混凝土坝系统时变风险率,将时变风险率分析问题转化为静态并联体系失效概率计算问题,通过在广义随机空间内采用JC法计算固定时刻混凝土坝风险率,并基于首次超越概率理论转化为混凝土坝时变风险率.最后,在工程算例分析中以某混凝土重力坝沿坝基抗滑失效为例,通过引入合理的抗力和荷载效应随机过程变量模型,采用该算法对混凝土重力坝抗滑稳定时变风险率进行了分析,验证了该模型的有效性,具有一定的理论和工程应用价值.     

人体生物力学模型建立及在汽车安全中的应用

汽车的发明给人类社会带来了巨大进步和便利,但同时引发的交通事故造成大量的人员伤亡与经济损失.本论文采用医学CT/MRI扫描获得人体主要组织的几何参数,采用有限元仿真分析工具建立人体有限元生物力学模型,结合文献已有的组织材料实验与尸体实验对模型进行仿真验证,模型验证参考了尸体实验数据进行了正面碰撞和侧面碰撞的仿真验证,碰撞中接触力、胸骨位移量、力-位移响应与实验吻合较好.开展了汽车方向盘与胸部碰撞的仿真应用研究,方向盘冲击作用于人体的生物力学响应与损伤特性符合真实事故中的变形规律,能再现肋骨骨折及内脏损伤,模型可应用于汽车碰撞事故中人员的损伤评估研究.     

矩独立的基本变量重要性测度及其概率密度演化解法

为有效分析基本变量对可靠性分析中失效概率的影响程度,提出了一种矩独立的基本变量对系统失效概率的重要性测度指标η,分析了其相应性质,并给出了性质的证明.在此基础上,比较了基本变量对系统失效概率与基本变量对响应量分布密度的重要性测度,并建立了求解2种矩独立基本变量重要性测度的概率密度演化方法,有效地解决了求解2种矩独立基本变量重要性测度在计算上的困难.采用所建立的重要性测度概率密度演化方法,求解了数值算例和具体工程中基本变量对功能响应函数分布密度和失效概率的重要性测度指标,结果证明所提重要性测度可以从输入变量随机取值的分布密度角度衡量基本变量对失效概率影响的程度,同时,计算结果也表明采用所建立的求解重要性测度的密度演化方法是高效可行的.     

计算机网络病毒传播的概率模型

研究网络拓扑对病毒传播的影响.提出在双星图上计算固定概率(病毒成功蔓延整个网络的概率)的教值方法,并成功将其转化为求解线性方程组的问题.通过仿真发现:1)双星网络越不平衡,病毒越容易在其中蔓延;2)让网络规模趋于无穷大,固定概率收敛.固定概率还可以简单地作为判断双星网络是否安全可信的参考指标.     

基于随机-区间混合不确定性的风机性能可靠性分析

针对抑制风机性能失效的工程问题,基于可靠性分析理论,将拉丁超立方试验设计、近似模型与计算流体动力学分析技术相结合,研究了一种基于响应面的风机性能混合不确定性分析方法.该方法通过引入区间不确定性,有效地解决了由于缺乏实验样本而导致的知识不确定性建模问题,极大地扩展了可靠性分析技术在流体机械研究中的适用性.引入随机和区间不确定性参数对风机系统进行描述,基于传统的一阶可靠性分析方法,建立了风机性能的随机-区间混合可靠性分析模型.采用重整化群湍流模型计算了风机的流量、压力、轴功率、效率等性能参数,得到了性能函数.由于计算流体动力学的计算效率较低,研究了响应面求解混合可靠性模型的有效迭代算法,并计算了风机性能失效概率区间.应用该方法对某轨道交通列车风机性能进行研究,分析了风机全压的失效概率和可靠性指标与不确定参数的灵敏度问题,甄别了不确定性参数对系统可靠性的影响,并从可靠性角度提出了提高风机性能可靠性的工程措施.     

基于广义线性模型的危险货物专用线风险评价

为科学合理地评价铁路危险货物专用线安全状况,选取了设备设施、安全设施、安全管理和人员管理4个评价指标,以北京铁路局内的10条专用线为例,将其分为样本集和验证集,根据所对应的安全检验报告对指标进行量化,建立基于广义线性模型的专用线风险等级概率分布回归模型,得到专用线风险等级概率分布情况,并以发生概率最大的作为最终风险评定等级。如此依概率评价专用线风险情况,更能体现风险事件的随机性。     

基于概率积分法和数值模拟的采空塌陷区对高速公路影响的预测

利用采煤引起的开采沉陷研究理论和概率积分法,以及ADINA三维模型的建立,结合已有采空区沉陷理论及经验公式和数值模拟对其进行综合分析,并选取合理的计算参数和建立基本数学模型.结果表明,概率积分法和数值模拟的综合分析能够比较准确预计煤层采动覆岩的剩余变形量,对于未来进行灾害的预测和采空塌陷区上高速公路的建设具有重要的意义.     

泊松风险模型下的保险公司破产概率研究

用跳跃-扩散过程来描述保险公司的盈余过程以及资本市场利率,即考虑保险公司的盈余风险模型是由布朗运动和泊松过程共同驱动的。利用Ito公式、鞅方法以及随机微积分方法对保险公司的破产概率进行推导,得到了破产概率以及条件破产概率所满足的偏微分方程。     

估计高可信Markov系统可信性测度的一种新方法

重要抽样和重要性分裂方法经常被用来估计高可信Markov系统从初始状态出发首次回到该状态前发生故障的概率. 提出了一种新的方法估计这个小概率. 通过采用新的估计量来减小计算方差, 提高计算效率. 从描述Markov系统状态转移的积分方程推导出了新的估计量, 并从理论上证明了新的估计量的方差小于直接仿真方法的方差. 用本文方法、RB方法、IGBS方法、SB-RBS方法和直接仿真方法计算了包含延迟维修的系统的可信性测度, 结果表明本文方法具有最小的相对误差.     

基于D-S理论的分布交互式多传感器联合概率数据互联算法

为了解决杂波环境下利用分布式多传感器系统跟踪多机动目标的问题，提出了一种分布交互式多传感器联合概率数据互联算法,该算法对每个传感器应用交互式联合概率数据互联法滤波，并将模型概率、状态估计等滤波结果送至融合中心．融合中心首先对各目标进行航迹相关判别并应用D-S证据理论对不同传感器关于同一目标的各模型概率进行融合，然后依此模型概率计算各目标状态估计并反馈至各传感器．最后给出了该算法的分析，仿真结果表明本算法能够很好地解决杂波环境下多传感器多机动目标的跟踪问题．     

基于贝叶斯网络的武器装备体系脆性分析

武器装备体系的脆性是其固有特性,直接关系到武器装备体系作战效能的稳定发挥.武器装备体系的脆性分析主要研究体系的子系统在遭受内外部干扰或破坏后,体系出现整体损伤或崩溃的现象,并分析导致体系崩溃的关键因素.本文利用贝叶斯网络对体系内部子系统之间复杂的相互作用和因果关系进行建模,从而将体系的脆性分析问题转化为体系崩溃的后验概率计算问题,进而可通过贝叶斯网络的信念传播算法和MCMC随机采样来有效计算.本文还提出将体系内部的正反馈回路建模为动态贝叶斯网络,从而可通过网络的概率推断,动态分析体系脆性的内部传导机制.本文提出的脆性分析方法可为武器装备体系的设计与定量分析提供一种有效的技术手段.     

基于多特征的域间路由节点安全状态评估方法

域间路由节点安全状态评估能够实现对BGP节点安全状态的直观、实时描述,可为制定合理的安全策略,及时定位、抑制异常路由事件提供数据参考.然而由于完整的异常域间路由集难以获取,使得传统基于数据融合的状态评估方法不再适用.分析BGP节点间交互路由过程中存在的统计特征以及这些特征与域间路由节点安全状态的关系,进而提出一种基于多特征的安全状态评估方法.以平均路径长度和路由事件发生频率等属性为安全特征,并借鉴云模型理论转换定量特征为定性概念的思想,构建域间路由安全特征云,将正常态下的多属性综合安全特征转换为安全正常态,然后通过度量安全特征偏离正常态的程度来计算节点偏离正常态的程度,由此得到域间路由节点面临安全威胁的概率.实验结果表明,该方法能够实现对域间路由节点安全状态的评估,准确性高、实时性强,可为域间路由系统的安全稳定运行提供有力支撑.     

基于政府最低交通量担保的高速公路PPP项目价值研究

在对公私合营模式(PPP模式)的高速公路项目价值进行研究时,使用传统的评估方法(净现值)计算常常会忽略项目本身的管理柔性价值。本文在实物期权理论的基础上,对政府向私营机构做出的最低交通量担保价值进行估算,并采用讨价还价博弈理论,基于政府和私营机构的双方风险偏好,对政府最低交通量担保价值进行分配。最后基于政府最低交通量担保,将风险分担策略应用于某高速公路PPP项目的案例分析中,说明运用实物期权计算的项目价值与项目的实际价值更为接近,为政府和私营机构提供了定量分析的参考方法。     

利用植被和地形信息进行水土流失风险度评价

在影响水土流失过程的众多因素中，选择植被和地形来进行水土流失的风险度评价.试验区域为密云水库上游.利用Landsat-7 ETM＋的影像，在计算归一化差分植被指数NDVI的基础上估算密云水库上游的植被覆盖度;利用栅格数字高程模型DEM，计算地表坡度;根据水利部部颁标准，对植被覆盖度和坡度进行分级.植被覆盖和坡度要素的分级组合形成一个交叉表模型，从而对密云水库上游的水土流失风险情况进行评价并绘制水土流失风险分布图.采用这一方法可以相对快速地度量一个区域水土流失发生的可能性和程度。     

考虑压-弯-剪共同作用的退化桥墩抗震性能及地震易损性分析

服役中的桥梁往往处于氯离子侵蚀的恶劣环境,钢筋混凝土(RC)桥墩作为主要耗能构件,在受氯离子侵蚀后钢筋会发生锈蚀劣化,导致桥墩的抗侧向能力发生退化,进而使其抗震性能衰减.准确建立压-弯-剪共同作用(AFSI)的锈蚀RC桥墩数值模型,是实现桥梁全寿命抗震评估的前提.本文首先基于修正压力场理论(MCFT)和纤维截面模型以及锈蚀理论建立了考虑AFSI的退化桥墩模拟方法.然后,以AFSI数值模型为基础,对一座中等跨径RC桥梁的桥墩进行了全寿命周期的抗震能力分析.最后,建立了算例桥梁的有限元模型,进行地震易损性分析,并研究了剪切作用对桥墩损伤概率的影响.研究结果表明,本文提出的AFSI模拟方法可有效对锈蚀RC桥墩进行模拟;在桥梁全寿命周期内,桥墩的抗侧向能力和耗能能力发生退化;锈蚀作用提高了桥墩在地震作用下的损伤概率,不考虑剪切作用将高估桥墩的抗震性能,低估桥墩的损伤概率,该特征在强震和锈蚀程度较高的情况下越发显著.     

非正态变量情况下结构可靠性分析的条件概率马尔可夫链模拟方法

基于对失效域样本的高效马尔可夫链模拟方法和鞍点估计法,提出了一种可快速分析高维小失效概率情况下含非正态变量的非线性极限状态函数的可靠性方法.所提方法在非正态空间中,将所求失效概率转化为线性极限状态函数的失效概率与一个特征比例因子的乘积.线性极限状态函数是通过马尔可夫链模拟非线性极限状态函数失效域中的样本而获得的,它与非线性极限状态函数具有近似相同的设计点.而概率论中的乘法定理是获取特征比例因子的理论依据,它反映了非线性极限状态函数失效概率与线性极限状态函数失效概率的关系.线性极限状态函数的失效概率可以由鞍点估计法求得,而特征比例因子可以由马尔可夫链快速模拟线性与非线性失效域中的样本而近似算得.定性分析和定量的算例对比分析表明,所提算法具有较广的适用范围,并且它的实现过程较为简单,计算精度和效率均较高.     

基于属性测度的辐射源识别方法研究

对辐射源识别问题进行了研究, 提出了一种采用属性测度理论对辐射源进行识别的新方法. 给出了对雷达侦察设备上报的辐射源参数数据进行属性识别的方法、步骤和多指标权系数的确定方法. 针对战场环境下多传感器系统获取的雷达辐射源信息具有时间上的冗余性, 文中又将该方法推广到多传感器系统. 将属性测度与D-S证据理论相结合, 利用文中给出的属性测度计算方法构造证据理论中的基本概率赋值函数. 最后以雷达辐射源用途识别和体制识别为例, 对单传感器和多传感器的情况分别进行计算机仿真实验, 结果验证了这一方法的正确性和有效性.