安全工程专业继续教育知识讲座 第六讲 防灾减灾工程学科的现状与发展(上)

自然灾害是当今世界面临的重大问题之一,我国面临很多的自然灾害与挑战,对此,了解防灾减灾工程的学科结构及该学科对安全监督和管理工作的指导作用很有必要。

基于微分演化算法的抗滑桩优化模型

抗滑桩是滑坡灾害治理的有效手段,但目前工程领域的抗滑桩设计仍采用以试算为基础的方案型设计理念,设计效率与精度仍有提升空间。本文将群集智能算法引入到抗滑桩设计中,对抗滑桩设计中的设计变量、约束函数、目标函数进行合理选取,建立了抗滑桩优化设计的数学模型,并在此基础上通过微分演化算法来实现设计方案的全局寻优,最终建立了基于微分演化算法的抗滑桩优化模型。最后以延安市某滑坡治理工程为例,通过编制的优化计算软件,以交互式界面操作的形式,实现了最优化方案设计。通过工程实例比较验证了本文所提出方法的计算精度,说明本文所提出的方法在工程应用上的有效性及其巨大潜力。本文所提出的方法在抗滑桩设计领域具有很好的理论研究及工程应用价值,也能为其他地质灾害防治治理方法实践应用和理论创新方面提供合理参考。

基于博弈论的Topsis城市洪水灾害韧性研究

随着中国社会经济的高速发展,城市公共安全受到高度关注,尤其近年全球气候异常导致自然灾害频发,对城市的公共安全带来了新的挑战。为了研究城市的公共安全问题,特别是在城市面对各种自然灾害侵扰的情况下,不少学者从韧性理论方面开展研究,并提出“韧性城市”这一概念。对我国许多城市来说,洪涝灾害对城市的破坏和影响较为显著,因而研究城市在洪涝灾害影响下的韧性变化情况,对于如何提升城市管理水平和增强防灾能力具有非常重要的意义。为定量研究城市在遭遇洪水灾害时的反应,即抵抗力、适应力、恢复力,避免主观评价指标,特采用基于博弈论的灰色关联Topsis方法,以略阳县2016—2020年实际数据构建评价体系来反映洪水情景下的城市韧性,并针对城市韧性发展的3个阶段——抵抗、适应、恢复进行评价,结合略阳县实际发展情况验证结论。结果表明:采用博弈论的灰色关联Topsis相结合的方法可以基本真实反映出略阳县在洪水灾害影响下的韧性变化情况,并提出了增强略阳县城市韧性的相关建议,可以为城市韧性的研究提供参考。

锚杆抗滑桩破坏模式的试验研究

与普通抗滑桩相比,锚杆抗滑桩由于桩顶锚杆的存在,虽可以极大减小桩身内力,但其计算方法目前还不是很完善,因而开展这方面的试验研究就显得十分必要。介绍了锚杆抗滑桩破坏模式的试验成果,试验在自制的模型箱内进行,模型桩共4根,每根桩顶均布设一个锚杆,加载方式采用堆载,为了获得桩体变形和受力,模型内部设有一定数量的土压力盒、应变片和位移计。从桩体变形和受力来看,桩的破坏主要为塑性弯折破坏,破坏点位于桩前滑面以上,破坏弯矩主要由锚杆拉力、桩背土压力和桩前土体抗力来提供;从锚杆变化曲线来看,锚杆受力并不完全处于轴向受拉状态,而是处于弯曲和轴拉这两种的组合状态,受力主要位于滑面两侧40 cm左右的范围内,应力集中位置大致位于滑面两侧20 cm位置处;从应变分析来看,锚杆钢筋首先进入塑性屈服状态,其次才是桩体钢筋;另外,卸载后,在正的受拉状态下,对于桩体和锚杆钢筋,变形均有一定程度的恢复。

锚杆抗滑桩受力特性的光弹试验研究

针对锚杆抗滑桩的研究现状,设计了三种不同嵌固深度的锚杆抗滑桩,桩体及嵌固岩体以环氧树脂作为模型材料,进行了光弹试验,来研究嵌固在岩体中锚杆抗滑桩的受力特性。通过观测桩体及嵌固岩体的等差线条纹变化规律,以及测试锚杆拉力的变化,定性得出了抗滑桩桩体内力的分布规律、桩体的应力集中问题及出现位置和锚杆拉力的变化与桩体嵌固深度的关系等问题,这与普通抗滑桩的受力特性有很大不同。

基于影响线分析的滑坡削方减载稳定性计算

削方减载因其方法简单、施工方便和抗滑效果良好,已成为常用的滑坡治理措施之一,但削方位置的不同对坡体稳定性的影响差异较大。为了直观说明这种影响,借鉴结构力学中移动荷载作用下的影响线概念,以削方减载位置的不同作为可变荷载,以每次削方减载情况下对应的稳定系数作为影响量,建立相应的滑坡削方减载影响线计算分析方法,并根据稳定系数的大小,结合工程实际,确定最优的滑坡削方减载位置。最后以某滑坡为实例,对其不同位置情况下的削方减载对应的稳定系数进行了统计,根据稳定系数的大小,结合坡体情况,直观地给出了最优的卸载位置,为合理和科学地进行坡体削方减载提供了依据。该方法计算原理简单,结果清晰直观,可对同类滑坡治理工程提供参考和借鉴。

基于直觉模糊集TOPSIS的新冠疫情防控韧性评估

目前,新型冠状病毒肺炎疫情仍在肆虐全球,已经成为世界各国共同面临的巨大威胁。为评估不同国家与地区新冠肺炎疫情防控的能力,基于韧性概念建立新冠疫情防控韧性评估模型。结合韧性的“抵御能力、恢复能力和适应能力”3个重要特性,建立新冠疫情防控韧性评估指标体系,根据该体系构建基于直觉模糊集逼近理想解法的综合评估模型。并根据“围堵、压制、缓疫”3种疫情防控策略,以中国、日本、韩国、美国、德国与意大利6个国家为例,进行综合评估。结果表明:美国疫情防控韧性水平持续下降,日本疫情防控韧性水平则出现二次下降的现象,其他国家疫情防控韧性水平均呈现先下降后增长的态势,但截止到研究时段的最终时刻,各国疫情防控韧性依然没有恢复至疫情发生前的水平;六国疫情防控韧性水平损失最小的为中国,其后依次为韩国、德国、日本、意大利和美国。研究表明围堵策略能够有效控制疫情,压制策略也能够很好地减少病毒传播,而缓疫策略无法控制住疫情。评估结果与各国疫情防控实际情况基本相符,能够为新冠疫情防控策略的选取及韧性的提升提供参考。

高校宿舍楼火灾及人员疏散数值研究

为研究高校宿舍火灾烟气蔓延过程与人员疏散效果的相关联系,利用数值模拟研究了不同火灾场景下烟气流动、能见度、温度随时间变化的规律,及其对人员安全疏散的影响。研究表明:(1)火灾发生后,由于烟囱效应,烟气迅速在楼梯间蓄积,形成蓄烟池效应,堵塞疏散通道,然后逐渐发展至上部的楼层空间,对人员安全疏散极为不利;(2)高校宿舍楼人员较为集中,火灾发生时疏散人员在楼梯间易出现拥堵,人员火灾安全疏散的形势较为严峻;(3)喷淋、宿舍人数控制、建筑结构优化等安全措施能有效提高人员疏散效果,降低火灾危险性;(4)研究成果能为建筑防火设计、消防整改和宿舍管理提供科学依据。

不同火源位置对地下管廊施工人员疏散影响研究

针对地下综合管廊施工发生火灾事故造成施工人员伤亡的问题,以西安市某地下综合管廊为例,开展了相关的火灾风险和人员疏散的数值模拟研究。设定不同火源位置模拟火灾发生过程,研究综合管廊温度、烟气浓度及能见度等火灾参数的变化情况。将危险参数最先达到临界值的时间作为施工人员可用疏散时间TASET;模拟相同场景下的人员的疏散情况,得到人员必要疏散时间TRSET。通过两个时间的对比,判定不同火源位置下的人员能否进行安全疏散。在此基础上,提出了两种提高疏散逃生率的优化方案。

事故树分析方法在家用燃气热水器中毒事故中的应用

该文利用事故树分析方法（FTA）对燃气热水器导致人窒息或中毒的原因进行了简单的分析,求出了事故树的最小割集和最小径集,然后通过对各基本事件结构重要度进行比较,提出了合理的事故预防措施,并总结了提高系统安全性的分析方法。

不同内力情况下抗滑桩钢筋计算分析研究

配筋计算是抗滑桩设计中的重要环节,目前的做法多是根据滑坡推力求出桩体内力,然后依据相关规范,由桩体内力进行配筋计算,虽然方法明确,思路清晰,但计算过程较为繁琐,工作效率相对不高。针对这种问题,在已知抗滑桩截面内力(主要是弯矩和剪力)的情况下,依据相关设计规范,在满足截面保护层厚度、最小配筋率、钢筋间最小间距、混凝土抗裂要求等条件下,对滑坡治理上常用的1.5m×2.0m、2.0m×2.5m、2.0m×3.0m三种截面抗滑桩进行了配筋计算;并依据内力的大小,结合构造要求,编制了抗滑桩纵筋和箍筋查询表;依据钢筋表,对内力和钢筋之间的关系进行了曲线拟合;最后通过具体工程实例进行了验证。该钢筋表和拟合方程简单实用,可以极大提高实际工程人员的工作效率,便于工程推广应用。