钱塘江海塘风险分析和安全评估研究

【摘要】：海塘,亦称海堤,是浙江省对修筑于沿海或用以抵御洪潮水的堤防的特定称谓。风险分析和安全评估是海塘工程中一个有难度而富有挑战性的重要研究领域。本文以钱塘江下沙海塘及其保护区为主要研究对象,在系统分析和总结国内外研究现状及发展趋势的基础上,对钱塘江海塘出现的历史险情、海塘破堤原因、破口宽度和溢流堰顶高程,钱塘江水位持续抬升的原因、变异点发生的时间、闸口、仓前站的设计水位,海塘洪(潮)水越顶安全性、海塘整体稳定安全性、海塘渗透稳定安全性、海塘安全评估,海塘破堤后洪泛区灾情、海塘失效经济风险,以及以洪前冲淤、抛石固脚为主要内容的海塘加固技术等方面进行了比较深入的研究和探讨,做到了理论研究与工程实践紧密结合,既评估了下沙海塘的安全性又分析了下沙海塘失效风险,为海塘风险分析和安全评估提供了方法体系。本文的主要研究成果有: (1)提出了钱塘江海塘的主要失效模式。钱塘江海塘以越项、整体失稳和渗透失稳三种破堤形式为主;标准海塘修筑前的1974年13号台风破堤调查资料分析表明,海塘破堤破口宽度服从对数正态分布,破口宽度超越200m的概率为1.22%。标准海塘的修筑较大程度上改善了海塘抵御洪(潮)水的能力,海塘一旦发生破堤,破口宽度可控制在200m以内。 (2)分析了钱塘江高水位持续抬高的原因、水位系列发生变异的年份,建立了海塘越顶安全性分析模型。自20世纪60年代以来,钱塘江河口开展的大规模治江围涂、上游建库是钱塘江河口高水位持续抬升的内因,水情条件是钱塘江发生高水位的外因;运用信息熵理论,通过构造水位变异的比较序列的差异信息相对测度诊断表明,1974年、1997年为水位序列的变异点;仓前站原1%设计水位9.81m,仅相当于现状的2%标准,客观上降低了下沙海塘越顶安全性,采用JC法分析下沙海塘发生越顶的概率为1.80×10~(-3),敏感性分析表明,钱塘江河口水情、工情条件改变而引起的外江水位特征改变,是钱塘江河口海塘发生越顶的最主要因素。 (3)结合钱塘江河床冲淤变幅大的特点,首次引入塘前滩地高程作为随机变量,建立了海塘整体稳定安全性分析模型。当塘前滩地高程均值为2.0m、标准差为4.38m时,下沙海塘整体稳定可靠指标β为4.91,失效概率为0.46×10~(-6);敏感性分析表明,对海塘整体稳定性影响最主要的是塘前滩地高程均值、方差和