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水利学报

年月第卷第期

文章编号

土石坝安全等级划分与防洪风险率评估

姜树海范子武
南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京

摘要本文从土石坝安全等级评定和划分的有关规定出发建立了防洪安全等级划分与风险概率的对应关系根
据风险率计算近似方法校核率定了划分不同安全等级的风险率阈值和安全指数阈值给出了不同安全等级土石
坝的风险率区间以实现大坝安全鉴定分级的定性评估与风险率定量计算的衔接计算结果表明土石坝的三种
主要失事模式包括洪水漫顶滑坡失稳和渗流破坏其安全等级划分的风险率阈值和安全指数阈值大体维持在
相同的水平上略有差异随大坝级别和安全等级的提高风险率阈值减小安全指数阈值相应增大影响大坝安
全的诸多不确定因素包括水力土力和水文等有关随机量的变异系数对安全阈值的影响较为显著
关键词大坝安全防洪风险率安全指标安全等级划分风险率校核
中图分类号文献标识码

问题的提出

大坝的防洪安全控制历来都是水利工程领域中的重大课题采用概率方法以风险率指标度量大
坝的防洪安全水平是大坝工程设计和管理的重要进步其积极意义是传统方法所不能代替的但这一
方法必须依赖于对不确定性数据资料的定量分析依赖于对数学模型的严密逻辑处理在复杂的大坝
防洪安全评估中常会遭遇数据缺失和假设简化的困难从而影响了风险分析方法在这一领域的推广运
用目前国内对复杂的大坝防洪安全评价仍以定性分析方法为主根据水库大坝安全评价导则
的有关规定依靠一些工程经验以得出其安全性等级划分的结论为大坝的除险加固等决策提供支撑
从传统的安全评价方法向概率的风险分析方法过渡是世界各国的普遍趋势但囿于前述两种方
法的评价体系不一致人们很难将大坝安全等级划分的结论与概率的风险指标统一李雷等提出建
立事件发生的定性描述和定量概率关系换算表以实现统一但这种转换似过粗糙尤其对影响防洪安
全的小概率事件专家也缺乏经验
本文试图从大坝安全等级划分的有关规定出发根据风险率计算近似方法建立防洪安全等级划分
与风险概率的对应关系给出不同等级划分的风险率阈值从而实现大坝安全鉴定分级的定性评估与风
险率定量计算的衔接这实质上是对传统防洪安全系数和安全超高安全富余的半概率校核

防洪安全等级的评定和划分

安全等级评定的一般原则防洪安全是人们对大坝的基本要求尽管对这一要求的理解和认识往
往是含糊的不一致的但总存在着社会普遍可接受的大坝安全水平要求水库大坝安全评价导则
以下简称导则等对大坝安全等级的划分就体现了这一要求这一方法实用可行在水库大坝的安

收稿日期
基金项目国家自然科学基金项目国家十一五科技支撑计划项目?
作者简介姜树海男江苏南京人硕士教授级高级工程师主要从事水工水力学和风险分析的研究
全评估中得到了广泛应用
大坝的安全等级一般划分为三级其中级大坝处于安全理想状态它满足国家现行设计
规范要求具有足够的承载能力不必采取除险加固措施级大坝处于不安全状态它不能满足有关规
范的要求抵御破坏的承载能力不足必须采取相应的除险加固措施级大坝的安全状态处于级与
级之间这三级标准的评定都没有直接与风险率相联系事实上级大坝不一定绝对安全不存在
失事风险同样级大坝也不一定就会发生溃坝失事只是失事的可能性较高
导则对大坝安全分级评定时沿用了传统的安全度表达方式本文仅以影响防洪安全的主要失
事模式洪水漫顶渗流破坏和滑坡失稳具体讨论其安全度的表达方式
安全超高在大坝防洪标准的复核即大坝抵御洪水漫溢能力的安全性分析中常取安全超
高作为允许安全度指标

式中为坝顶高程或设计校核等特征水位为设计校核洪水过程下的最高坝前水位为不考
虑风浪作用的安全超高
安全系数在大坝结构安全等的评估中常取安全系数作为允许安全度指标对坝坡的抗
滑稳定而言有
?
式中为抗力即抵御坝坡下滑的抗滑力为荷载即坝坡滑体自重渗流力等产生的滑动力为安
全系数
同样导则在对大坝渗流安全的评估中虽未给出显式的安全系数但提出了要求

式中为渗流比降为允许比降该值由临界比降除以安全系数而得
显然式中隐含了安全系数的概念
在大坝防洪安全标准抗渗稳定和抗滑稳定分析中诸多不确定性因素的作用导致了难以预料和
控制的安全变异性所以从工程经验和常识上都必须给出一定的安全储备以满足工程安全性的要
求传统设计标准中给出的安全系数等提供了广泛可以接受的信心水平但它不能定量考察不确定性
因素的作用带有一定的局限性
安全等级与风险率的关系用传统安全度表达方式给出的安全等级对应的风险率是多少现行标
准未能给出需要通过校核计算给出随机量在一定变异范围条件下的安全等级与风险率之间的对应
关系为此需依据安全等级划分的有关标准通过可靠度分析方法给出相应的风险率阈值
显然当时为级当时为级当时则为级
为使表达效果更好以风险率的对数来描述安全性状况则有

式中为安全指数是安全性等级划分的