重力坝深层抗滑稳定的可靠度分析

1、重力坝深层抗滑稳定的可靠度分析目前的重力坝设计规范,并行存在基于概率极限状态设计法和分项系数设计表达式的DL5108-1999混凝土重力坝设计规范和基于单一安全系数设计法的SL319-2005混凝土重力坝设计规范两部设计规范。传统的以安全系数为基础的设计方法与概率极限状态设计法有何关系,安全系数与可靠指标之间的关系等问题,是水工结构安全度领域值得研究的热点问题之一。本文以重力坝深层抗滑稳定的可靠度研究为切入点,对重力坝深层抗滑稳定的可靠度分析方法和安全度设置水平开展了较为系统的研究,分析了可靠度分析法与安全系数设计法之间的联系,探讨了将安全系数设计法与概率极限状态设计法相结合的途径,主要研究成

2、果如下。(1)重力坝双斜面深层抗滑稳定的体系可靠度研究。针对重力坝设计中常遇的双斜面深层抗滑稳定问题，利用JC法分别计算了基于等安全系数法的滑动体ABD抗力体BCD勺可靠指标,并利用等效线性化计算了双斜面深层抗滑稳定的体系可靠指标,发现两块体的抗滑稳定安全系数虽然相等,但抗滑稳定可靠指标并不相等；当滑动体和抗力体的抗滑稳定安全系数均满足要求时,其抗滑稳定可靠指标仍可能达不到要求；当采用概率极限状态设计法时,应分别建立两个块体的极限状态方程,分别分析两个块体的抗滑稳定可靠度及其体系可靠度,两个块体的体系可靠度可按串联体系进行求解。(2)在传统的双斜面深层抗滑稳定可靠度分析结果的基础上,对传统的抗

3、滑稳定安全系数K赋予广义的含义K=F(x1,x2，,xn),利用K-1.0=0建立极限状态方程，采用蒙特卡罗法计算分析了双斜面深层抗滑稳定的体系可靠度,结果与JC法和等效线性化计算的体系可靠度基本一致。由此沟通了传统的安全系数设计法与可靠度分析法之间的联系,为可靠度理论在重力坝双斜面深层抗滑稳定的体系可靠度分析中的应用开辟了一条新途径。(3) 重力坝多滑面深层抗滑稳定的体系可靠度研究。当坝基存在多个断层或结构面时,在分析传统的基于滑动面的应力分析法与强度折减法求得的深层抗滑稳定安全系数的基础上,利用加权响应面法和逐步等效线性化,计算了重力坝深层抗滑稳定的体系可靠度,建立了各断层的抗滑稳定安全系

4、数与抗滑稳定可靠指标的关系,建立了强度折减法的抗滑稳定安全系数与体系可靠指标的关系。可靠度分析结果表明,由于重力坝多滑面深层抗滑稳定为体系安全度问题,强度折减系数大于各断层抗滑稳定的安全系数；基于滑动面的应力分析法求得的各断层的抗滑稳定安全系数与各断层的抗滑稳定可靠指标在规律性方面并不一致；强度折减法与体系可靠度分析法可得到较一致的滑移路径和抗滑稳定安全度水平。(4) 基于模糊响应面法的重力坝深层抗滑稳定可靠度研究。针对重力坝深层抗滑稳定失稳准则存在诸多判据,失效准则的判据存在模糊性的问题,提出了主极限状态和次极限状态的概念,进而建立了重力坝深层抗滑稳定可靠度分析的广义模糊响应面法和简化模糊响

5、应面法。可靠度分析结果表明,本文提出的方法不仅考虑的因素更为全面,而且较为简便易行,可靠度的分析结果也更为合理,为重力坝深层抗滑稳定的可靠度分析提供了一个有效的新方法。(5)重力坝设计规范修编和工程设计的相关建议。根据本文重力坝深层抗滑稳定可靠度分析的研究成果,提出了重力坝设计规范修编和工程设计的相关建议,可供我国重力坝设计规范今后修编和重力坝深层抗滑稳定设计时参考。本文提出的相关建议主要有：1)现行规范DL5108-1999将各作用效应投影在水平方向,仅分析块体ABD的抗滑稳定尚不够完善，今后修订时宜作适当修改。2) 现行规范SL319-2005采用单一安全系数设计法,一个粗略的安全系数无法

6、精确地反映重力坝深层抗滑稳定的安全度水平,建议在安全系数设计法中引入可靠度理论，可通过赋予安全系数广义的含义K二,(x1,x2，,xn),禾I用K-1.0=0建立极限状态方程进行可靠度分析,沟通传统的安全系数设计法与可靠度分析法之间的联系。为了考虑不同的变量或参数对深层抗滑稳定安全度水平的不同影响弥补单一安全系数设计法存在的不足之处,可通过引入分项系数,采用相当安全系数K=F(丫0,丫G,丫Q,丫mx1,x2，,xn)的概念进行深层抗滑稳定分析和设计。3) 在重力坝深层抗滑稳定非线性有限元分析中,强度折减法在反映深层抗滑稳定的安全度水平方面,比基于滑动面的应力分析法的计算结果更为准确一些。由于强度折减法可以较好地反映重力坝深层抗滑稳定的安全度水平,可以搜索得到最可能的滑移路径,其计算得到的滑移路径与体系可靠度的分析结果相同,且安全度水平与体系可靠度大致相当。因此,建议在重力坝深层抗滑稳定的分析中宜优先采用强度折减法；同时可考虑将分项系数引入到强度折减法中,以便考虑不同的变量或参数对深层抗滑稳定安全度水平的不同影响,可进一步提高重力坝深层抗滑稳定设计的合理性和重力坝深层抗滑稳定分析结果的准确性。4)由于重力坝深层抗滑稳定失效准则的模糊性,在重力坝的深层抗滑稳定可靠度分析中,应考虑失效准则判据的模糊性,计算模糊可靠指标。5)采用强度折减法进行重力坝