供水管网地震理论研究综述,水利工程论文

　供水管网地震理论研究综述_水利工程论文

　论文导读:：本文通过对国内外供水管网的地震理论研究进展分别进行综述，展示了抗震理论的新发展，同时指出了现状研究的一些不足之处和未来研究方向建议。论文关键词：供水管网，地震理论，综述

　地震是对于人类文明有着极大威胁的一种自然灾害，地震发生后人类的生命财产都会遭受严重损坏，供水管网系统也不例外，本文拟就关于供水管网地震理论的研究进展从国内外的角度进行综述，为进行管网抗震理论的发展提供有益参考。

　1 国内研究进展 我国古代人民关于地震的最早文字记录可以追溯到殷商时期帝乙三年的《竹书纪年》，距今约 3000 多年[[1]]，其中记录的最早的一次地震是公元前 1831 年夏朝发生的一次地震，距今已有 3800 多年，这也是世界上对于地震的最早的文字记录，而地震研究则可追溯至到公元132 年东汉时期张衡制作的候风地动仪，古代文献描述其“以精铜铸成，圆径八尺，形似酒樽，外有八龙，首衔铜丸水利工程论文，下有蟾蜍张口承之，如有地动，而蟾蜍衔之”[[2]]，因此可以及时监测地震，候风地动仪也是世界上最早的地震监测仪器，因而被称为地震监测仪器的鼻祖。

　国内对于地震的探究，尤其是对于供水管网的地震损失研究，从 1976年的唐山地震后开始。刘恢先等人对于唐山地震造成的供水系统的构筑物（如水塔、泵房）、管网等进行了统计和分析[[3]]，并率先提出

　了“小震不坏、大震不倒”的抗震设计准则，随后进一步完善为“小震不坏、中震可修、大震不倒”的准则写入了现行的《建筑抗震设计规范 GB50011-2001 附条文说明含 08 局部修订》（以下简称《建筑抗震规范》）

　[[4]]。

　赵成刚，冯启民等人对生命线工程的研究[4]，也以唐山、海城地震中的供水管网损坏为基础资料进行分析。其研究认为影响管网损坏程度的首要因素是场地土，其次是烈度，再次是其他影响如管材、接头、管径等，并特别指出过河管的损坏易受到岸边滑移的影响。其研究还探讨了土壤液化、不均匀沉降、地震波以及场地破坏（如滑坡）对于管道损坏的不同影响；关于地震波影响该研究给出了连续管道、弯头和三通等的解析解，分析了管道抗震规范中的设计计算方法，提出了计算地下管道损坏程度和可靠性的研究方法，提出“基本完好、中等破坏、严重破坏”三种类别的损坏程度判别准则，并对于典型接口（直管、弯头、三通、十字管、一端固定管）以及管体和焊接接口的损坏程度定义了隶属度函数，进行了可靠度的模糊评价。此外，其研究还涉及到经济损失评价，定义了广义的失效时间（即考虑调查时间、管道与水厂及泵站的修复时间），将经济损失分为直接损失（包括管道与水厂及泵站修复费用、紧急供水费用、供水收入的减少）和间接损失（包括损坏工厂等生产部门的机会成本、缺水造成的火灾与传染病等次生灾害损失），最后还给出了管网抗震的对策与建议毕业论文范文。本论文的微观模型即借鉴该研究着眼于典型接口破坏的研究思路。

　李杰等人亦从生命线工程角度出发研究供水管网的地震损坏，通过可

　靠性分析、连通性分析等得出一些有价值的结论[5]，尤其是建立管网带渗漏的供水水力模型[[5]]，并建立可靠度分析[[6]]，特别适应于地震后灾区管网使用，在汶川地震后的一些地区管网规划中（如绵竹、都江堰）已经得到了实际应用。

　许佳萍,苏经宇利用城市防灾规划的思想探索了城市供水系统防灾规划方法，研究了如何对城市地震后的用水量的进行估算，提出了加固整修供水设施以及制订应急方案的原则[[7]]。武洁探索了为保证城市供水管网在短期内恢复部分供水水利工程论文，如何根据管网供应区的自然状况、设防烈度及管线质量、运行状况，对管线在地震剪切作用下发生的位移幅值进行计算，以推算出的半个视波长内管线应承担的拉伸变形量作为衡量指标，可判断管网能否达到抗震要求[[8]]。

　肖绍雍通过分析了国内外发生的大地震对供水管网的破坏情况，总结了不同管材、管径、接口形式、地基类型等的抗震性能差异，提出管道大口径比小口径抗震能力强的观点，并对如何提高供水管网的抗震性能提出如加套管、柔性接头、设置调控阀等具体建议[[9]]。

　符圣聪，江静贝，黄世敏分析了管线的可靠度，对震后供水管网的可靠性及其功能进行评价。通过直埋管线的地基梁假设，考虑其与地震波引起土层位移的相互作用来建立极限状态函数，给出所有管线的失效概率，对震后管网的可靠性及供水功能进行分析。由 Monte-Carlo法进行了管网的连通性模拟计算，给出任意两节点间的可靠概率估计。通过管网的水力分析进行评价供水管网在地震时由于受损可能出现的渗漏情况以及其引发的管网供水功能降低程度，采用点式渗漏模型

　模拟震后管线渗漏，用管线损坏概率的反正弦函数来表示渗漏面积，实现对震后供水管网的准确水力计算。该研究还建立基于地理信息系统的供水管网抗震能力分析方法，依据来自 GIS 的管线失效概率、管网的可靠性和供水功能信息可对供水管网的抗震能力做出全面评价[[10]][[11]]。

　李桂荣，郭恩栋，杨克勇对西安市阎良区供水系统在不同强度的地震作用下的震害情况进行了预测，分析了其功能失效状态，估计了系统功能恢复到震前供水水平状态所需要的时间，研究中将失效模式分为本源失效模式、分布失效模式、用户失效模式、混合失效模式[[12]]。

　冯启民，高惠瑛，俞虹桥建立了供水系统震害预测专家系统，结合了计算分析方法和专家经验，涵盖了知识库和推理判断，考虑了管段的地震反应机理和管土相互作用特征，基于震害数据和专家经验，利用地震地质灾害场地的管道震害预测方法进行预测，建立在 GIS 平台上便于结果展示[[13]]。

　冯启民水利工程论文，高惠瑛，张伟林又将震害预测专家系统及失效流分析融入地震反应分析软件 SPAWGIS，并利用其对天津开发区供水系统研究了地震作用下的震害及震后功能失效状态[[14]]。

　高小旺，李荷，王菁等人对不同设防烈度的供水构筑物、管道、接头等工程造价进行了调查分析，提出供水系统地震损失的分析方法；对供水系统中的不同部件按其重要性进行了分类，用工程抗震设防标准决策分析方法对不同重要性的元件抗震设防标准进行了探讨[[15]]。

　江建华，李素贞，李杰探讨了 GIS 在城市生命线地震反应仿真研究中

　的应用，以上海市内环中心城区的供水系统为例，用网络可靠性分析法进行了供水管网的震害预测，并在 GIS 的 ArcView 平台上开发创建了可视化的地震反应仿真信息系统[[16]]。

　曹邦卿，陈剑，郑辉提出了中小城市供水管道抗震的特殊性，提出了相关的防震减灾对策[[17]]毕业论文范文。姚雨田分析了供水系统地震损坏的特点，包括突然性、分散性、集中性、制约性、次生灾害严重性等[[18]]。陈相立，刘宁，涂广提出了对于历史古城性质的城市的供水管网的抗震特殊性，对于其建筑及人口密度大、功能分区混杂的特点，需要注意利用阀门设立分区等措施确保震后的供水安全[[19]]。

　汶川地震发生后，也涌现一些相应的研究成果，如王绍伟等人探讨了川北陕南一带的汶川地震中烈度稍较小的弱震地区供水水平的和地震损失情况[[20]]。弱震区中个别地区受损也特别严重，例如青川县。其研究中的调查涵盖城市、县城、镇区，包括四川和陕西两省，具有较强的代表性，对弱震地区的损坏分析完善了对供水系统地震破坏规律的认识。而袁文麒等人则针对汶川地震中的经验教训开始关注国外供水系统的抗震技术,对于其抗震基本措施、规划设计、应急供水等问题进行了探讨[[21]]。

　2 国外研究进展 国外研究中，对于地震的工程方面研究大约经历了静力阶段、反应谱阶段、随机振动阶段和数值方法分析阶段[[22]]：最早的的研究始于1900 年前后，以日本学者大森房吉、佐野利器、物部长穗、未广恭

　二等为代表，其中大森房吉 1900 年提出其地震烈度表，用静力等效水平最大加速度作为地震烈度的绝对指标，此时的研究多处在静力阶段；20 世纪 40 年代水利工程论文，比奥特、贝尼奥夫、豪斯纳等人在取得了强地震动记录之后，提出了反应谱的简化概念，研究进入反应谱阶段；1947 年，豪斯纳(Housner)首先把地震动看做随机过程，到20世纪50年代后期地震工程界便广泛开展地震反应的随机过程研究，如罗森布卢思(Rosenblueth，1956)、汤姆森(Thomson，1959)、埃林根(Eringen，l 958)、巴尔斯坦(1958)、博洛京(1960)、扣田治见宏(1958)等，此时研究进入随机振动阶段；1959 年，纽马克提出了通用的逐步积分的数值法，可以用于多自由度体系的非线性地震反应的积分，1966 年威尔逊(Wilson，1966)提出其 θ 法，纽马克等(Newmark and Rosenblueth，1971)将反应谱又推广为非线性反应谱，此时地震工程研究开始进入了数值方法分析阶段。

　对于生命线工程系统尤其是供水系统的抗震研究，则以美国和日本为代表，大致经历如下过程[27]：1971 年圣费尔南多地震后，各界开始关注生命线工程的抗震防灾问题；l974 年，美国土木工程学会(ASCE)成立了生命线地震工程技术委员会(TCLEE)，率先系统地开展了生命线地震工程的研究；继美国之后，日本也开展了生命线地震工程的研究，于 l976 年在东京召开了第一届美日生命线地震工程会议；1979 年，日本自来水协会出版了《给水工程设计指南》，综合了日本在供水系统抗震研究方面的成果；20 世纪 70 年代，美国学者 G．Panousis．(1974)和 G．Table—Agha．(1975)等提出基本网络和 SSP 网络的概念，

　M．Shinozuka 和 R．Isoyama 等人将该方法用于供水系统分析中；M．Shinozuka 对地下管线震害、场地特征和给水管网震害进行了分析研究，并对 LosAngles 的给水管网进行了震害分析；Goto 等人结合日本京都供水管网，考虑了管道材料、接头、土和地面运动等诸多因素，对其进行了地震反应分析；Kimiyasu Ohtake 等(2004)对人工扰动土中的供水管线进行了相应的震害评估；Shinozuka 等人将 GIS 应用于生命线地震工程的研究领域中水利工程论文，利用其采集、处理和分析生命线系统的大量数据信息，并以Memphis市的供水系统为例，做了大量的研究工作，更加完善了生命线系统的震害预测及损失分析方法。