分项系数法在重力坝深层抗滑稳定分析中的应用

分项系数法在重力坝深层抗滑稳定分析中的应用摘要:本文主要介绍了分项系数法的应用原理,然后通过等安全系数法判断重力坝的深层结构的抗滑稳定性,并且结合设计规范判断重力坝的可靠度,从而根据实际情况验证分项系数法的科学性以及合理性。

关键词:分项系数法重力坝深层抗滑稳定性

重力坝深层滑动是水利水电建筑工程设计者研究的重点问题。常规的剩余推力法以及被动抗力法,都是先将重力坝深层基础其中一个滑动区域视做极限平衡状态,然后再推导出此时的安全系数,以此为依据推算另一个区域的安全系数,这样计算的结果导致安全系数就包括所有计算重力坝深层基础设计中的模糊不确定性因素以及失误性因素,从而使计算结果无法表达重力坝深层基础的可靠性以及风险性。例如在一些明显存在软弱夹层的施工环境中使用传统单一的安全系数分析法分析,计算结果通常很难到达设计规范的要求,而且也加大了重力坝深层结构进行加固处理的施工量和难度。为了能够对深层结构的抗滑稳定性进行更加科学、有效的分析,本文采用了分项系数法,通过等安全系数法计算出重力坝深层抗滑稳定性系数。

1 极限状态方程

根据重力坝深层基础双滑面(如图1所示),即AB和BC来年各个方向上的滑动进行分析研究。其中AB方向是重力坝深层基础的主滑

动面;BC则表示重力坝深层基础的辅助破裂面;BD为分界面,在分析研究过程中重力坝深层基础的滑动受力部位就分成了ABD和BCD 两大部分,此时引入一个假定与水平面呈角的抗力R,然后使ABD和BCD分别处于极限平衡状态,并且建立极限状态方程。其中ABD极限状态方程为:

2 计算重力坝深层剖面以及基本变量参数

本次分项系数计算法采用150m重力坝模型;重力坝的上游边坡分别为1∶0、1∶0.05、1∶0.1;重力坝主滑动面与水平面的夹角α分别为14.04°和20°;ABD和BCD双滑面之间的合力夹角φ为0°,因为从上文中的分析可以得到重力坝深层滑动体系与抗力体系具有相同的安全系数,满足静力平衡关系,此时重力坝深层基础剖面的ABD和BCD双滑面之间的合力夹角φ有较高的敏感度,但是在实际使用的过程中ABD和BCD双滑面之间经常会存在非水平方向的作用力,这就使得ABD和BCD双滑面之间的合力夹角数值很难进行有效的控制,但是在使用分项系数法进行分析研究的过程中,通常是从重力深层坝结构设计的安全性出发取ABD和BCD双滑面之间的合力夹角φ为0°,重力坝基本变量参数特性如表2所示。

本文主要采用的是提高软弱夹层的抗剪力强度指标和下游压重的方式进行抗滑稳定性分析,使用一次二阶距法计算重力坝深层抗滑稳定性指标。参考《混凝土重力坝设计规范》中的设计标准,重力坝深层基础结构承载能力的极限状态方程为:

式中GK代表永久作用的标准值;γG代表永久作用分形系数;QK 代表标准值;γQ代表可变作用的分项系数;αK代表几何参数标准值通过对上式进行转换可以得到安全系数K为:

使用分项系数进行重力坝抗滑稳定性分析时,主要是从结构系数出发,通过计算不同结构系数下重力坝的计算可靠性指标以及K法安全系数,将结果与目标可靠性指标进行比对分析,只有当计算可靠性指标大于目标可靠性指标时,才能证明重力坝深层基础具有较强的稳定性以及可靠性。本文以150m重力坝结构系数计算结果如表3所示。

表中目标可靠性指标为4.2,结构系数为1.2,然后通过分项系数法计算出18种剖面的计算可靠性指标以及安全系数。

3 计算结果分析

通过以上选取的18种剖面计算结果可以得到以下结论:150m重力坝计算可靠性指标的最低值为4.241,对应的安全系数为3.233;计算可靠性指标的最高值为5.456,对应的安全系数为3.378。结合《混凝土重力坝设计规范》中的设计标准,具体如表4所示。

从上表中可以看出重力坝的等级以及破坏类型不同,抗滑稳定性的可靠性指标的要求也各不相同。其中一类破坏主要是指水利水电工程结构发生的非突发性破坏,二类破坏主要是指突发性破坏,此类破坏对水利水电工程结构产生的影响较大,而判断重力坝深层基础的安全度就是计算出现滑动破坏的临近值,因此本文以二类破坏为主要参考

值。Ⅰ级可靠性指标βT为4.2,Ⅱ级可靠性指标βT为3.7,Ⅲ级可靠性指标βT为3.2。然后从分项系数法的计算结果来看,150m重力坝的抗滑稳定性指标能够有效地控制在4.241～5.456范围内,高于Ⅰ级可靠性指标4.2,所以能够表现出较高的稳定性以及可靠性。

。

4 结语

本文主要通过分项系数法对坝基抗滑稳定性进行分析,以150m 重力坝为研究对象,通过建立抗滑稳定极限状态方程计算出重力坝深层抗滑稳定性,将结果与设计规范中的可靠性指标进行比对分析,发现计算值在4.241～5.456范围内完全高于设计规范中的4.2,符合规范要求。因此,采用分项系数法计算重力坝深层抗滑稳定是可行的。

参考文献

[1]潘军校,张峻,王晓东.坝基深层抗滑稳定的刚体极限平衡法研究[J].工业建筑,2007(S1).

[2]王仁坤.特高拱坝建基面嵌深优化设计分析与评价[D].清华大学,2007.