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核设施地震危险性分析方法研究

荆旭  
【摘要】:福岛核事故揭示了外部自然灾害引发严重核事故的可能性,为核工程界敲响了警钟,我国的运行和在建核电厂址逐步开展了抗震裕度评价(SMA)或地震概率安全评价(SPSA)工作。本文针对地震危险性分析在核工程应用中存在的问题,从设计基准地震动的确定、核电厂地震概率安全评价、超设计基准地震动安全分析三个方面进行了研究。设计基准地震动确定方面,目前存在的主要问题是某些核设施厂址确定论方法和概率论方法评价结果的显著差异。本文以我国的一些核电厂址为例,分析了确定论和概率论方法评价结果的控制性因素,分析结果表明,反应谱的周期较小时,主要受距厂址较近的发震构造(地震构造区)、潜在震源区控制;随着反应谱周期的增大,距厂址较远的区域性发震构造、高震级潜在震源区的影响逐步增大。通过分解变量MRε对地震动年平均超越概率(1e-4)的相对贡献,给出了变量的边际分布和联合分布,说明了变量的分布特征,指出了评价结果差异的主要影响因素为单位面积上高震级档地震年平均发生率和衰减关系的截断水平。根据核设施结构基于性能抗震设计方法的应用要求,以地震引起堆融的年平均概率为目标,推导了反应谱调整系数公式,根据推导结果和中美两国厂址地震危险性曲线变化趋势的对比分析,建立了适用于我国的核设施结构抗震设计反应谱调整系数的近似公式。核电厂地震概率安全评价中的主要问题是概率地震危险性分析中的不确定性处理和表达。论文分析了地震动预测模型截断水平对概率地震危险性分析结果的影响,讨论了厂址地震危险性分析结果的分布形式;验证了随机振动理论方法的适用性,采用随机振动理论方法研究了土层地震反应分析中土层剖面模型参数不确定性对评价结果的影响;介绍了美国中东部地区概率地震危险性分析认知不确定性处理采用的逻辑树方法,实现了逻辑树模型中多方案的权重确定方法,讨论了该方法的适用范围。关于认知不确定性处理,针对逻辑树模型在实际工程应用中存在的逻辑问题。基于稳定大陆地区最大震级和高震级档地震年平均发生率的研究进展,随机生成完整的地震目录,从中进行小样本抽样,分析了b值和高震级档地震年平均发生率的分布范围,研究了逻辑树模型中相互关联节点分支间的组合问题。根据稳定大陆地区最大震级先验分布的研究成果,利用破坏性地震目录计算似然函数,采用Bayesian方法,初步估计了对我国内陆核电厂址有重要影响的,长江中游地震带的最大震级的分布。关于抗震裕度评价中的抗震裕度地震确定问题,分析了我国核电厂址的地震危险性背景和不同堆型的抗震设计特点,以某核电厂址为例,采用多种方法确定了抗震裕度地震。根据分析计算结果,按照抗震裕度评价的目的、厂址地震危险性特征、堆型的抗震设计特点,给出了适用的方法和抗震裕度地震谱型。


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