重力壩深層抗滑穩(wěn)定的可靠度分析

1、重力壩深層抗滑穩(wěn)定的可靠度分析目前的重力壩設(shè)計規(guī)范,并行存在基于概率極限狀態(tài)設(shè)計法和分項系數(shù)設(shè)計表達式的DL5108-1999混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范和基于單一安全系數(shù)設(shè)計法的SL319-2005混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范兩部設(shè)計規(guī)范。傳統(tǒng)的以安全系數(shù)為基礎(chǔ)的設(shè)計方法與概率極限狀態(tài)設(shè)計法有何關(guān)系,安全系數(shù)與可靠指標之間的關(guān)系等問題,是水工結(jié)構(gòu)安全度領(lǐng)域值得研究的熱點問題之一。本文以重力壩深層抗滑穩(wěn)定的可靠度研究為切入點,對重力壩深層抗滑穩(wěn)定的可靠度分析方法和安全度設(shè)置水平開展了較為系統(tǒng)的研究,分析了可靠度分析法與安全系數(shù)設(shè)計法之間的聯(lián)系,探討了將安全系數(shù)設(shè)計法與概率極限狀態(tài)設(shè)計法相結(jié)合的途徑,主要研究成

2、果如下。(1)重力壩雙斜面深層抗滑穩(wěn)定的體系可靠度研究。針對重力壩設(shè)計中常遇的雙斜面深層抗滑穩(wěn)定問題，利用JC法分別計算了基于等安全系數(shù)法的滑動體ABD抗力體BCD勺可靠指標,并利用等效線性化計算了雙斜面深層抗滑穩(wěn)定的體系可靠指標,發(fā)現(xiàn)兩塊體的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)雖然相等,但抗滑穩(wěn)定可靠指標并不相等；當滑動體和抗力體的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足要求時,其抗滑穩(wěn)定可靠指標仍可能達不到要求；當采用概率極限狀態(tài)設(shè)計法時,應(yīng)分別建立兩個塊體的極限狀態(tài)方程,分別分析兩個塊體的抗滑穩(wěn)定可靠度及其體系可靠度,兩個塊體的體系可靠度可按串聯(lián)體系進行求解。(2)在傳統(tǒng)的雙斜面深層抗滑穩(wěn)定可靠度分析結(jié)果的基礎(chǔ)上,對傳統(tǒng)的抗

3、滑穩(wěn)定安全系數(shù)K賦予廣義的含義K=F(x1,x2，,xn),利用K-1.0=0建立極限狀態(tài)方程，采用蒙特卡羅法計算分析了雙斜面深層抗滑穩(wěn)定的體系可靠度,結(jié)果與JC法和等效線性化計算的體系可靠度基本一致。由此溝通了傳統(tǒng)的安全系數(shù)設(shè)計法與可靠度分析法之間的聯(lián)系,為可靠度理論在重力壩雙斜面深層抗滑穩(wěn)定的體系可靠度分析中的應(yīng)用開辟了一條新途徑。(3) 重力壩多滑面深層抗滑穩(wěn)定的體系可靠度研究。當壩基存在多個斷層或結(jié)構(gòu)面時,在分析傳統(tǒng)的基于滑動面的應(yīng)力分析法與強度折減法求得的深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的基礎(chǔ)上,利用加權(quán)響應(yīng)面法和逐步等效線性化,計算了重力壩深層抗滑穩(wěn)定的體系可靠度,建立了各斷層的抗滑穩(wěn)定安全系

4、數(shù)與抗滑穩(wěn)定可靠指標的關(guān)系,建立了強度折減法的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)與體系可靠指標的關(guān)系。可靠度分析結(jié)果表明,由于重力壩多滑面深層抗滑穩(wěn)定為體系安全度問題,強度折減系數(shù)大于各斷層抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)；基于滑動面的應(yīng)力分析法求得的各斷層的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)與各斷層的抗滑穩(wěn)定可靠指標在規(guī)律性方面并不一致；強度折減法與體系可靠度分析法可得到較一致的滑移路徑和抗滑穩(wěn)定安全度水平。(4) 基于模糊響應(yīng)面法的重力壩深層抗滑穩(wěn)定可靠度研究。針對重力壩深層抗滑穩(wěn)定失穩(wěn)準則存在諸多判據(jù),失效準則的判據(jù)存在模糊性的問題,提出了主極限狀態(tài)和次極限狀態(tài)的概念,進而建立了重力壩深層抗滑穩(wěn)定可靠度分析的廣義模糊響應(yīng)面法和簡化模糊響

5、應(yīng)面法?？煽慷确治鼋Y(jié)果表明,本文提出的方法不僅考慮的因素更為全面,而且較為簡便易行,可靠度的分析結(jié)果也更為合理,為重力壩深層抗滑穩(wěn)定的可靠度分析提供了一個有效的新方法。(5)重力壩設(shè)計規(guī)范修編和工程設(shè)計的相關(guān)建議。根據(jù)本文重力壩深層抗滑穩(wěn)定可靠度分析的研究成果,提出了重力壩設(shè)計規(guī)范修編和工程設(shè)計的相關(guān)建議,可供我國重力壩設(shè)計規(guī)范今后修編和重力壩深層抗滑穩(wěn)定設(shè)計時參考。本文提出的相關(guān)建議主要有：1)現(xiàn)行規(guī)范DL5108-1999將各作用效應(yīng)投影在水平方向,僅分析塊體ABD的抗滑穩(wěn)定尚不夠完善，今后修訂時宜作適當修改。2) 現(xiàn)行規(guī)范SL319-2005采用單一安全系數(shù)設(shè)計法,一個粗略的安全系數(shù)無法

6、精確地反映重力壩深層抗滑穩(wěn)定的安全度水平,建議在安全系數(shù)設(shè)計法中引入可靠度理論，可通過賦予安全系數(shù)廣義的含義K二,(x1,x2，,xn),禾I用K-1.0=0建立極限狀態(tài)方程進行可靠度分析,溝通傳統(tǒng)的安全系數(shù)設(shè)計法與可靠度分析法之間的聯(lián)系。為了考慮不同的變量或參數(shù)對深層抗滑穩(wěn)定安全度水平的不同影響彌補單一安全系數(shù)設(shè)計法存在的不足之處,可通過引入分項系數(shù),采用相當安全系數(shù)K=F(丫0,丫G,丫Q,丫mx1,x2，,xn)的概念進行深層抗滑穩(wěn)定分析和設(shè)計。3) 在重力壩深層抗滑穩(wěn)定非線性有限元分析中,強度折減法在反映深層抗滑穩(wěn)定的安全度水平方面,比基于滑動面的應(yīng)力分析法的計算結(jié)果更為準確一些。由于強度折減法可以較好地反映重力壩深層抗滑穩(wěn)定的安全度水平,可以搜索得到最可能的滑移路徑,其計算得到的滑移路徑與體系可靠度的分析結(jié)果相同,且安全度水平與體系可靠度大致相當。因此,建議在重力壩深層抗滑穩(wěn)定的分析中宜優(yōu)先采用強度折減法；同時可考慮將分項系數(shù)引入到強度折減法中,以便考慮不同的變量或參數(shù)對深層抗滑穩(wěn)定安全度水平的不同影響,可進一步提高重力壩深層抗滑穩(wěn)定設(shè)計的合理性和重力壩深層抗滑穩(wěn)定分析結(jié)果的準確性。4)由于重力壩深層抗滑穩(wěn)定失效準則的模糊性,在重力壩的深層抗滑穩(wěn)定可靠度分析中,應(yīng)考慮失效準則判據(jù)的模糊性,計算模糊可靠指標。5)采用強度折減法進行重力壩