[发明专利]拱坝的拱座抗滑稳定安全度计算方法

说明书

本发明公开了一种拱座抗滑稳定安全度计算方法，涉及拱坝工程领域，解决现有拱座抗滑稳定分析中材料性能分项系数的确定过于粗略，导致安全度计算成果失真、工程存在安全风险或不经济的问题，采用的技术方案是：拱坝的拱座抗滑稳定安全度计算方法，首先确定可能滑动的滑块及滑块的滑动面；其次按岩体分类线及结构面范围边界线将可能滑动的滑块的滑动面划分为子区域，分别计算各子区域的面积及材料性能分项系数；再计算滑动面上的滑动力以及垂直于滑动方向的总法向力，对总法向力按各子区域的面积占比分解为各子区域承受的法向力；最后按公式进行拱座滑块是否安全的判断，并计算拱座滑块的抗剪断或抗剪安全度。本发明用于拱座抗滑稳定安全度分析。

技术领域

本发明涉及拱坝工程技术领域，具体是拱坝拱座抗滑稳定安全度的一种计算方法。

背景技术

拱座稳定分析是拱坝设计中最重要的问题之一，也是最难以解决的问题。近代拱坝建设实践表明，拱坝的真正潜在危险在于两岸拱座的稳定性。因此，在拱坝工程设计阶段，拱座是否具备足够的抗滑稳定安全度一直是分析与论证的重点。

数值计算法是目前国内外广为运用的主要计算分析手段，常见的数值计算方法可以归为以下三大类：刚体极限平衡法、刚体弹簧元法、三维非线性有限元法。其中，刚体极限平衡法是大多数国家通用的计算分析方法，该方法虽然较为粗糙，但使用简单、概念明确，并有长期的实践经验，是各国设计人员所习惯的分析方法。刚体极限平衡法是：考虑一块山体，被若干个可能滑动面切割成一可能滑动的楔块，楔块上承受各种指定的荷载作用，各滑动面上的抗剪(断)强度指标f₁、C₁、f₂等经地质勘察及岩体物理力学实验得到，确定一个安全系数K，使所有的f₁、C₁、f₂值除以K后，楔块在外力(包括自重)作用下，刚好达到极限平衡状态，即滑动面上的抗剪力正好等于作用在该面上剪力，则该楔块的抗滑安全系数(或安全度)为K。

目前已有的基于刚体极限平衡法的计算与衡量拱坝拱座抗滑稳定安全度的方法主要有两类，分别是水利行业方法与能源(水电)行业方法。水利行业现行规范推荐的方法采用的是“大老K”的安全系数控制思路，该方法没有对影响拱座抗滑稳定的各相关因素分别进行研究，其控制标准的确定主要是基于工程经验，缺乏结构可靠度与概率论等数学理论的支撑，因此与当前世界岩土领域内的主流发展方向不符。能源(水电)行业现行规范推荐的方法，采用了分项系数的计算分析方法，确定的各分项系数以结构可靠度与概率论等数学理论为支撑，分别给出了具有明确数学或物理含义的各分项系数(结构重要性系数γ₀，设计状况系数ψ，结构系数γ_d1、γ_d2，材料性能分项系数γ_m1f、γ_m1c、γ_m2f)，该方法由于具有相对坚实的数学基础，而且兼顾了已有的工程经验，因而总体上更加先进与实用。

能源(水电)行业方法以现行电力行业的《混凝土拱坝设计规范》(DL/T 5346-2006)中的计算方法为代表。用刚体极限平衡法分析拱座稳定时，1、2级拱坝及高拱坝应满足承载能力极限状态设计公式a，其他则应满足下列承载能力极限状态设计公式a或公式b。

公式a和公式b通过转换可得到公式c和公式d：

式中：

SF₁—公式a中抗力项与作用项的比值(简称为安全度)，该比值大于或等于1.0即为满足现行规范要求。

SF₂—公式b中抗力项与作用项的比值(简称为安全度)，该比值大于或等于1.0即为满足现行规范要求。