考虑非线性强度指标的面板堆石坝坝坡稳定可靠度分析

作者:吴震宇;陈建康 刊名:水电能源科学 上传者:山丹

【摘要】采用非线性强度指标按简化毕肖普法给出的抗力弯矩和滑动弯矩定义坝坡稳定可靠度分析的功能函数,并应用一次二阶矩法计算可靠指标,提出了一种混凝土面板堆石坝坝坡稳定可靠度计算方法,以某面板坝坝坡为例进行了稳定可靠度分析。结果表明,各工况上、下游坝坡及深层滑动的最小安全系数均满足《碾压式土石坝设计规范》的要求,最小可靠指标除地震工况下游坝坡外都满足《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》的要求;安全系数和可靠度计算结果的总体规律一致,但在某些情况下有较大差异。对于重要工程,建议同时进行安全系数和可靠度分析。

全文阅读

堆石料等粗粒土的抗剪强度与法向应力或小主应力呈非线性关系,堆石坝的坝坡稳定计算宜采用非线性强度指标[1]。参数随机性导致的计算结果不确定性给工程安全带来风险,传统的安全系数设计法采用一个大于1的允许安全系数来保证工程结构的抵御风险能力,但允许安全系数的选取依赖于经验的积累,是一个定性的标准。通过大量数据的统计建立参数随机性的概率模型,采用结构可靠度分析的理论和方法,可求出结构抵御风险能力的定量指标(失效概率Pf或可靠指标)。对于高面板堆石坝,有必要采用非线性强度指标进行坝坡稳定可靠度分析。周晓光等[2]采用Rosenbleuth法计算了十三陵上池面板堆石坝下游边坡的线性强度指标稳定可靠度;栾茂田等[3]采用验算点法和统计矩法计算了洪家渡面板堆石坝边坡的线性强度指标稳定可靠度;王长德等[4]采用滑楔法和一次二阶矩法计算了某面板堆石坝边坡的德迈洛非线性强度指标稳定可靠度;陈祖煜等[5]采用简化毕肖普法和Rosenbleuth法计算面板堆石坝边坡的邓肯非线性强度指标稳定可靠度。简化毕肖普法和一次二阶矩法分别是规范[1,6]规定的土石坝坝坡稳定计算和水工结构可靠度计算的两种基本方法,同时规范[1]规定堆石坝坝坡稳定计算应采用邓肯非线性强度指标。本文将简化毕肖普法、一次二阶矩法和邓肯非线性强度指标相结合,提出了一种面板堆石坝坝坡稳定可靠度分析方法,并通过工程案例验证了其适用性。1坝坡稳定可靠度计算方法1.1坝坡稳定可靠度计算的功能函数根据简化毕肖普法定义的抗力弯矩MR和滑动弯矩MS,构造坝坡稳定可靠度分析的功能函数如下:g(珡X)=MR(珡X)-MS(珡X)={[(WV)sec-ubsec]tan+cbsec}[1/(1+tantan)]-[(WV)sin+Mc/R](1)式中,W为土条重量;V为铅直向地震惯性力;为条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角;u为作用于土条底面中点的孔隙压力;b为土条宽度;c、为土条底面的有效应力抗剪强度指标;Mc为水平向地震惯性力对圆心的力矩;R为圆弧半径。对于堆石等粗粒土,采用非线性强度指标0和进行稳定计算:c=0=0-lg3/p(){a(2)其中3=nsec2-tansec()(3)n=(WV)/(b+btantan)-u(4)式中,c为土的粘聚力;3为小主应力;n为土条底面的正应力;Pa为标准大气压。1.2可靠度计算的一次二阶矩法将功能函数在设计验算点处按一阶Taylor展开,有:gL(珡X)=ni=1gXiXi=x*iXi-x*()i(5)式中,x*ii=1,2(,…,n)为设计验算点,位于极限状态面上,即gx*1,x*2,…,x*()n=0,x*i需通过迭代确定。展开后的功能函数为随机变量X1,X2,…,Xn的线性函数,其均值和标准差分别为:gL=ni=1Xi-x*()igXiXi=x*i(6)gL=ni=1XigXiXi=x*()i槡2(7)式中,Xi、Xii,j=1,2(,…,n)为随机变量X1,X2,…,Xn的均值和标准差;gL、gL分别为功能函数的均值和标准差。坝坡稳定的可靠指标为:=gL/gL(8)式(8)中的设计验算点可按迭代获得:x*i=Xi-Xii(9)其中i=XigXiXi=x*inj=1XjgXjXj=x*()j槡2(10)对非正态分布的随机变量按下式当量正态化:Xi=x*i-Xi-1[FXi(x*i)]Xi=-1Fi(x*i{[)]}/fi(x*i烅烄烆)(11)式中,Fi()、fi()分别为原随机变量Xi的分布函数及概率密度函数;-1()、()分别为标准正态分布函数的反函数和概率密度

参考文献

引证文献

问答

我要提问