[发明专利]基于结构强度、基础抗滑和整体稳定的拱坝安全评价方法

摘要

本发明公开一种基于结构强度、基础抗滑和整体稳定的拱坝安全评价方法，涉及拱坝安全控制分析和设计领域。拱坝结构强度安全系数K1采用拱坝大体积混凝土容许使用强度与考虑计算参数等因素影响而修正后的多拱梁法计算压应力之比，给出的评价标准更加合理可信。拱坝基础抗滑安全评价，立足刚体极限平衡法，给出了大块体、小块体和阶梯状滑块等可能滑块模式及计算公式的应用指南和控制指标K2。拱坝整体安全评价方法，立足三维非线性有限元法、地质力学模型试验研究大坝整体在基本组合作用的基础上进一步增加水容重的超载能力与超载系数K3，给出了大坝出现结构起裂、非线性变形等的超载系数控制指标。上述K1、K2、K3评价构成拱坝静力设计安全评价体系。

主权项

基于结构强度、基础抗滑和整体稳定的拱坝安全评价方法，其特征在于：包括拱坝结构强度安全评价、拱坝坝肩抗滑稳定安全评价、以及拱坝基础整体稳定安全三个部分，其中：拱坝结构强度安全评价包括以下步骤：步骤一、计算拱坝结构容许强度[Rc][Rc]＝fcu,k·c1·c2·c3·c4·c5·μ   (公式1)公式1中，fcu,k为大坝混凝土设计强度标准值；c1为尺寸效应影响系数，c2为龄期效应影响系数，c3为施工影响系数，c4为多轴受力影响系数，c5为其他因素影响系数；μ为材料的比例极限系数；步骤二、拱梁分载法计算拱坝实际可能最大应力S′S′＝S·γ1·γ2·γ3·γ4·γ5   (公式2)公式2中，S为拱梁法计算出来的大坝主压应力；γ1为计算荷载修正系数，γ2为材料参数修正系数，γ3为计算方法修正系数，γ4为施工方法和加载路径修正系数，γ5为其他误差修正系数；步骤三、计算拱坝结构安全系数K1并评价K1＝[Rc]/S′   (公式3)再根据拱坝结构安全系数K1进行拱坝结构强度安全度评价，评价标准为：设计工况K1≥2.0；校核工况K1≥1.5；其中：拱坝坝肩抗滑稳定安全评价包括以下步骤：步骤一、确定拱坝坝肩滑块的滑移模式根据控制性滑块几何构成，以及两岸坝肩岩体结构面的产状及结构面组合情况，分析滑块的组合形式并确定相应的滑移面和滑移模式；其中，滑块的组合形式分为：一陡一缓滑块、两陡一缓滑块和阶梯状滑块，其中：一陡一缓滑块：由一个陡面(侧滑面)和一个缓面(底滑面)组成；两陡一缓滑块：由两个陡面(侧滑面)和一个缓面(底滑面)组成；阶梯状滑块：其侧滑面由一系列错台的陡面形成，每一错台的陡面均为多条陡倾不连续面的一部分，底部可能滑移面由一系列错台的缓面形成，每一错台的缓面均为多条缓倾不连续面的一部分；步骤二、计算拱坝坝肩抗滑稳定安全系数K2并评价根据构成滑块的主滑面性状，选用抗剪断公式或抗剪公式进行坝肩抗滑稳定分析，计算其安全系数K2c或K2f，其中：抗剪断公式：抗剪公式：公式4和公式5中，f1i为结构面i的抗剪断摩擦系数；f2i为结构面i的抗剪摩擦系数；Ni为垂直于结构面i滑动方向的法向力；c1i为结构面i的抗剪断凝聚力；Ai为结构面i的面积；Ti为结构面i上沿着滑动方向的滑动力；i为控制性结构面编号；选用及评价方法为：当主滑移面为脆性结构面时，坝肩抗滑稳定安全系数K2选用K2c，评价标准为K2c≥3.5；当主滑移面为塑性结构面时，坝肩抗滑稳定安全系数K2选用K2f，评价标准为K2f≥1.3；其中：拱坝基础整体稳定安全评价方法包括以下步骤：步骤一、计算拱坝整体安全度K3利用非线性有限元法和/或地质力学模型试验法建立拱坝整体安全评价模型，采用水容重超载法计算拱坝整体安全度K3，所述拱坝整体安全度K3包括：起裂超载系数K31、非线性变形超载系数K32和极限承载能力K33；其中：起裂超载系数K31是指拱坝或基础局部开始开裂时的荷载超载倍数，对地质力学模型试验，对应坝踵出现宏观裂缝；对非线性有限元，对应坝踵屈服区达到帷幕位置；非线性变形超载系数K32是指拱坝系统整体开始出现非线性屈服变形时的超载倍数；对应非线性有限元以及地质力学模型试验，均指拱坝变形‑超载曲线出现拐点；极限超载系数K33是指拱坝地基系统整体失稳时的超载倍数；对应非线性有限元指计算不收敛时的超载倍数，对地质力学模型试验，对应坝体底部屈服区贯穿、自然拱破损、开裂屈服区贯穿坝体及基础，千金顶施加的荷载无法进一步增加时的超载倍数；步骤二、根据K3进行拱坝整体安全度评价根据起裂超载系数K31和非线性变形超载系数K32进行拱坝整体安全度评价，评价标准为：K31≥1.5且K31≥3.0。