分項系數(shù)法在重力壩深層抗滑穩(wěn)定分析中的應(yīng)用

1、分項系數(shù)法在重力壩深層抗滑穩(wěn)定分析中的應(yīng)用摘要:本文主要介紹了分項系數(shù)法的應(yīng)用原理，然后通過等安全系 數(shù)法判斷重力壩的深層結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定性，并且結(jié)合設(shè)計規(guī)范判斷重 力壩的可靠度，從而根據(jù)實際情況驗證分項系數(shù)法的科學(xué)性以及合理 性。關(guān)鍵詞:分項系數(shù)法重力壩 深層抗滑穩(wěn)定性重力壩深層滑動是水利水電建筑工程設(shè)計者研究的重點問題。常 規(guī)的剩余推力法以及被動抗力法,都是先將重力壩深層基礎(chǔ)其中一個 滑動區(qū)域視做極限平衡狀態(tài)，然后再推導(dǎo)出此時的安全系數(shù)，以此為依 據(jù)推算另一個區(qū)域的安全系數(shù)，這樣計算的結(jié)果導(dǎo)致安全系數(shù)就包括 所有計算重力壩深層基礎(chǔ)設(shè)計中的模糊不確定性因素以及失誤性因 素，從而使計算結(jié)果無法表

2、達(dá)重力壩深層基礎(chǔ)的可靠性以及風(fēng)險性。 例如在一些明顯存在軟弱夾層的施工環(huán)境中使用傳統(tǒng)單一的安全系 數(shù)分析法分析，計算結(jié)果通常很難到達(dá)設(shè)計規(guī)范的要求，而且也加大了 重力壩深層結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理的施工量和難度。為了能夠?qū)ι顚咏Y(jié)構(gòu) 的抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行更加科學(xué)、有效的分析，本文采用了分項系數(shù)法，通 過等安全系數(shù)法計算出重力壩深層抗滑穩(wěn)定性系數(shù)。1極限狀態(tài)方程根據(jù)重力壩深層基礎(chǔ)雙滑面（如圖1所示）,即AB和BC來年各個 方向上的滑動進(jìn)行分析研究。其中AB方向是重力壩深層基礎(chǔ)的主滑 動面;BC則表示重力壩深層基礎(chǔ)的輔助破裂面;BD為分界面,在分析 研究過程中重力壩深層基礎(chǔ)的滑動受力部位就分成了 ABD和BCD

3、 兩大部分，此時引入一個假定與水平面呈角的抗力R,然后使ABD和 BCD分別處于極限平衡狀態(tài)，并且建立極限狀態(tài)方程。其中ABD極 限狀態(tài)方程為：h式中s n壩的惜構(gòu)抗彷甫數(shù)衰詁式龍*任用效應(yīng)麗數(shù)&詁式洵： TOC o 1-5 h z S (*) hJkin a + VPrefiff -仲n；沛-er)-廠、%瑁信，極限狀態(tài)方程為:11式中更力職的批杓抗拘驢鼓露送式為：RGh f; + (Ainl + /*)+- (J. |+ C.4.C!件用藪應(yīng)南-妝波送式為：)* Qccs摩 +/?A 處 f & 也成 .： Qi- &J從中力堆擇以已四研動型的踞個棋弟狀麻力程中河以咨到冷自 時它的亦精建指

4、標(biāo)，叩隊：和擊.，由抗力夾怔：5期。:釘,所以可 以得到重力堪深層悟動體軍的也定粘枚而此時的可停度是惟-的 咖R =%=、:國此可以轉(zhuǎn)B作為重力魂漂嘗抗滑I&定性分析的約 藏條件，植用等安全宗教注推暑出抗方路然后再輅抗力K帶入戚式 申.爬求解虬|= Bq M而可徂棉到重方堀深反抗瀉穩(wěn)定姓系數(shù)r2計算重力壩深層剖面以及基本變量參數(shù)本次分項系數(shù)計算法采用150m重力壩模型;重力壩的上游邊坡 分別為1 ： 0、1 : 0.05、1 : 0.1;重力壩主滑動面與水平面的夾角a分 別為14.04和20;ABD和BCD雙滑面之間的合力夾角中為0,因為 從上文中的分析可以得到重力壩深層滑動體系與抗力體系具有

5、相同 的安全系數(shù)，滿足靜力平衡關(guān)系，此時重力壩深層基礎(chǔ)剖面的ABD和 BCD雙滑面之間的合力夾角中有較高的敏感度,但是在實際使用的過 程中ABD和BCD雙滑面之間經(jīng)常會存在非水平方向的作用力，這就 使得ABD和BCD雙滑面之間的合力夾角數(shù)值很難進(jìn)行有效的控制, 但是在使用分項系數(shù)法進(jìn)行分析研究的過程中,通常是從重力深層壩 結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性出發(fā)取ABD和BCD雙滑面之間的合力夾角中為0, 重力壩基本變量參數(shù)特性如表2所示。本文主要采用的是提高軟弱夾層的抗剪力強度指標(biāo)和下游壓重 的方式進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性分析，使用一次二階距法計算重力壩深層抗滑 穩(wěn)定性指標(biāo)。參考混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范中的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，重力壩

6、深層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載能力的極限狀態(tài)方程為：I / r 、M &河K %皿)- 十電(7)L. Fas j式中GK代表永久作用的標(biāo)準(zhǔn)值yG代表永久作用分形系數(shù);QK 代表標(biāo)準(zhǔn)值YQ代表可變作用的分項系數(shù)aK代表幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值通 過對上式進(jìn)行轉(zhuǎn)換可以得到安全系數(shù)K為：祐Jm使用分項系數(shù)進(jìn)行重力壩抗滑穩(wěn)定性分析時，主要是從結(jié)構(gòu)系數(shù) 出發(fā),通過計算不同結(jié)構(gòu)系數(shù)下重力壩的計算可靠性指標(biāo)以及K法安 全系數(shù)，將結(jié)果與日標(biāo)可靠性指標(biāo)進(jìn)行比對分析，只有當(dāng)計算可靠性指 標(biāo)大于日標(biāo)可靠性指標(biāo)時,才能證明重力壩深層基礎(chǔ)具有較強的穩(wěn)定 性以及可靠性。本文以150m重力壩結(jié)構(gòu)系數(shù)計算結(jié)果如表3所示。表中日標(biāo)可靠性指標(biāo)為4.2

7、，結(jié)構(gòu)系數(shù)為1.2，然后通過分項系數(shù)法 計算出18種剖面的計算可靠性指標(biāo)以及安全系數(shù)。3計算結(jié)果分析通過以上選取的18種剖面計算結(jié)果可以得到以下結(jié)論:150m重 力壩計算可靠性指標(biāo)的最低值為4.241,對應(yīng)的安全系數(shù)為3.233;計算 可靠性指標(biāo)的最高值為5.456，對應(yīng)的安全系數(shù)為3.378。結(jié)合混凝 土重力壩設(shè)計規(guī)范中的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，具體如表4所示。從上表中可以看出重力壩的等級以及破壞類型不同，抗滑穩(wěn)定性 的可靠性指標(biāo)的要求也各不相同。其中一類破壞主要是指水利水電工 程結(jié)構(gòu)發(fā)生的非突發(fā)性破壞,二類破壞主要是指突發(fā)性破壞，此類破壞 對水利水電工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響較大，而判斷重力壩深層基礎(chǔ)的安全 度

8、就是計算出現(xiàn)滑動破壞的臨近值，因此本文以二類破壞為主要參考 值。I級可靠性指標(biāo)PT為4.2, II級可靠性指標(biāo)町為3.7,111級可靠性 指標(biāo)PT為3.2。然后從分項系數(shù)法的計算結(jié)果來看,150m重力壩的抗 滑穩(wěn)定性指標(biāo)能夠有效地控制在4.2415.456范圍內(nèi)，高于1級可靠 性指標(biāo)4.2，所以能夠表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性以及可靠性。a .：/ Jj舊溪崖姓向虧在粒;普庶世r；汁析尊/我i! W ft均tt.更如：項:也篇說呵胡nh.iftan*矗riSnoOld路0.40L3澆11、3.】漆IIL.ri0135III0.8a sti:J:志蒞驍刃欺調(diào)呢用.也i=-na?UL41L20L4D31Q-

9、5CL 42d a既mH6心珀It正是項i居推轂十.革段g kE n r2.41102正志基段解城砂磷117a 02拌遍郵面狂!KCL 25OlS1：.扼g 爪捫主湖邸扯里定博汁鎧度序號,日|物頃iM標(biāo)可櫥1指板s滿足物事故亍k漢我全拓地尸：用亳HH螳可布抒折MH；K訣安全奉豌TlI.L2?3.100L21.130S-29BT?認(rèn)勺尚工酸丁1 ficjK3土？%理1-3瓦翊玷用11. U13笠海1.2L 5?7L30SA.2S32.54!V6槌也3冷金42&:.二& 337. W4.2L3.也1.21.29S12858獎&堀2. 753K2I蠢! J4494-2A.W2-481134.S3HJ

10、.2L ttibI.L!心43_船4-3Dr硒土瞬4.9漢炳12信我闋0勿破:fk：!ill: :加1；4.21.1?63. UiB4.241S233M信1. 0111 81-1.涂3-.娜35h血各螂:q.用耕薰琲招1.21. (KS2.S4-1L2I.19-13.235! . -5 77L2I fJV悔1S:.424匚! 127人，1 小力涅詳.一！執(zhí)咨堂定性虹林標(biāo)6 一該EE|做3.73.22.7,類諼元4.2：5.7：.2/WH rm h圖】配蟲地海段岸帝g瞄而，l；&慎4結(jié)語本文主要通過分項系數(shù)法對壩基抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以150m 重力壩為研究對象，通過建立抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)方程計算出重力壩深 層抗滑穩(wěn)定性，將結(jié)果與設(shè)計規(guī)范中的可靠性指標(biāo)