拱坝拱座稳定"分项系数设计法"的应用与评价

通过拱坝拱座稳定分析的“分项系数设计法”与《混凝土拱坝设计规范》(SD145-85)中的稳定计算方法,在国内具有代表性的拱坝拱座稳定计算成果的对比分析,针对拱坝拱座稳定计算的“分项系数设计法”在拱坝工程中的应用作了初步的探索。     

拱座稳定分析中脆性岩体抗剪断强度参数取值方法研究

用分项系数法来研究拱坝坝肩(拱座)稳定性,其关键问题之一是如何确定地基岩体的抗剪断强度参数的标准值,目前常见的四种取值方法的物理意义及数值差异都较大。本文从不同强度参数取值方法的保证率及变异系数的角度分析了四种常见方法的优劣及实用性,并结合锦屏一级与溪洛渡两个巨型工程拱座岩体强度参数的工程实例,论证了以参数的小值平均值作为标准值的合理性。建议在《混凝土拱坝设计规范》修编时,将脆性岩体的抗剪断强度参数的小值平均值作为其标准值,并以此确定拱座稳定分析的材料分项系数与控制指标。     

拱座稳定分析中脆性岩体抗剪断强度参数取值方法研究

用分项系数法来研究拱坝坝肩(拱座)稳定性,其关键问题之一是如何确定地基岩体的抗剪断强度参数的标准值,目前常见的4种取值方法的物理意义及数值差异都较大。文章从不同强度参数取值方法的保证率及变异系数的角度分析了4种常见方法的优劣及实用性,并结合锦屏一级与溪洛渡2个巨型工程拱座岩体强度参数的工程实例,论证了以参数的小值平均值作为标准值的合理性。建议在《混凝土拱坝设计规范》(DL/T5346-2006)修编时,将脆性岩体的抗剪断强度参数的小值平均值作为其标准值,并以此确定拱座稳定分析的材料分项系数与控制指标。     

基于分项系数有限元法的观音岩大坝深层抗滑稳定分析

材料强度储备系数法在重力坝深层抗滑稳定分析中得到了普遍应用,但该方法未考虑荷载的不确定性,且认为岩体强度可以无限度的降低,其安全系数不能表达坝基实际的可靠度。在分项系数有限元法的基础上提出了一种新的重力坝深层抗滑稳定计算方法——有界降强分项系数法,该方法将影响坝基稳定的变量经分项系数处理后,采用强度储备系数法考虑岩体强度可能的弱化,并以相同岩体抗剪参数的统计规律来控制其弱化下界。采用该方法对观音岩重力坝11号坝段进行了深层抗滑稳定分析,并与传统方法计算结果进行对比,结果表明:所提方法计算的安全系数比分项系数有限元法略大,不同方法计算所得大坝稳定性是一致的,说明所提方法应用于重力坝深层抗滑稳定是合理可行的。     

基于非线性有限元法的混凝土拱坝稳定特性分析

由混凝土拱坝的受力特点可以看出,其稳定性主要是依靠坝肩两岸岩体来维持,因此,坝肩岩体的稳定直接关系到拱坝的正常运行与安全,是拱坝设计中较为关注的问题之一。文章结合某实际工程,以大型分析软件ANSYS为平台,以某混凝土拱坝和地形整体为研究对象,针对同一模型,采用超载系数法、强度储备系数法等从不同角度分析坝体结构的稳定性。通过非线性有限元计算分析得出,在不同超载荷载作用下裂缝首先沿坝基面向坝高方向发展,同时坝踵区的裂缝沿坝体坝厚方向扩展,最终趋于稳定。随着强度储备系数的增大,拱坝抗滑稳定安全系数随之逐渐减小,基本呈现线性发展。同时,坝体位移也基本呈线性分布规律,但是,当接近临界抗滑稳定安全系数时,坝体位移明显表现为非线性发展趋势。该稳定分析为充分了解拱坝的结构安全度提供计算依据。     

拱坝拱座稳定的刚体极限平衡法的分项系数分析

通过论证，扩大了《混凝土拱坝设计规范》（SD145—85）中纯摩公式的适用范围，认为纯摩公式对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级建筑物均适用。推导出用分项系数表达的、合理的拱坝拱座稳定分析刚体极平衡法的剪摩和纯摩极限状态方程，以及不同等级建筑物在不同设计状况下的各分项系数。     

流清河水库浆砌石拱坝应力反馈分析

结合流清河水库工程实践，通过拱梁分载法计算坝体的应力，并与现场观测的应力进行比较，分析，得出了浆砌石拱坝强度设计极限状态中的分项系数之一应力仿真性修正系数，为浆砌石拱坝强度设计和安全评估提供了应力及理论根据。     

基于分项系数的多滑动面抗滑稳定分析方法研究

现行规范的分项系数,是在目标可靠指标约束下优选确定的,体现了可靠度理论,隐含了概率的意义,其设计方法比传统单一安全系数法先进。在工程设计中经常遇到重力坝深层稳定滑动面为多滑面的情况,由于现行规范中没有给出明确的求解方法,笔者根据等安全系数法的原理推导了多滑动面抗滑稳定计算公式,并探讨将双滑面深层稳定计算的分项系数如何应用到多滑动面稳定计算中,对相应的安全评价标准也进行了简单讨论。按照分项系数设计方法的理念,反映了各种材料、各种荷载区分对待的原则,故而采用分项系数的多滑动面抗滑稳定方法计算理论更接近实际,体现了行业发展的趋势。通过例题证明了方法的可行性,但与该方法匹配的分项系数以及安全评价标准尚需进一步研究。     

扬压力超过设计值时的重力坝抗滑稳定复核

鉴于棉花滩大坝5号坝段的实测扬压力系数超过了设计值,对典型断面进行了抗滑稳定复核。计算过程中采用最大可能值法来确定设计工况下的扬压力值。采用规范规定方法进行复核,并以非线性有限元强度折减系数法的结果作为参考。复核结果表明该坝段满足抗滑稳定要求,但与类似工程相比强度储备系数偏小。     

长塘电站拱坝有限元应力分析及坝肩稳定研究

为深入研究长塘水电站拱坝系统的应力及变形状态、渐进破坏发展过程以及可能的失稳模式和极限承载力,采用三维弹塑性有限元法,针对4种工况（正常蓄水位+温降,正常蓄水位+温升,死水位+温升,校核水位+温升）对坝体和坝基进行了分析计算,并利用强度储备系数法模拟拱坝失稳的渐进破坏过程。结果表明：各种工况条件下,坝体最大有限元等效主应力均小于规范要求的允许应力施工过程仿真模拟,并采用强度储备系数法模拟拱坝失稳的渐进破坏过程,分析研究了长塘拱坝的坝体强度和坝肩稳定问题;J1夹层在两岸坝肩及上游水库表面局部首先出现破坏,当强度系数为2.9时,屈服区在左岸坝肩贯通,大坝失稳。综合分析,长塘水电站拱坝及坝肩系统是稳定的。     

拱坝沿建基面抗滑稳定的体安全系数及其工程应用

对于坝基岩体发育有顺坡向结构面等复杂地质条件的拱坝,通常需要核算大坝沿建基面单滑面或多个平面组成的复合滑裂面的抗滑稳定性,但目前尚无为工程界公认的计算方法,现行拱坝设计规范也未作出明确规定。本文采用非线性有限元与传统的刚体极限平衡法相结合的分析方法,将滑裂面、坝基面、临空面与结构面相互切割、组合形成的潜在滑体作为研究对象,以坝基岩体内部发育的陡倾角结构面为分界面,将滑体离散为多个按串联或并联方式排列的块体,利用各块体的静力平衡条件与相邻块体间的变形协调条件,分析滑体在拱推力等外力作用下的抗滑稳定安全系数,即体安全系数。结合小湾拱坝工程,开展大坝沿坝基岩体发育的浅层卸荷裂隙抗滑稳定性的分析计算,通过实例分析表明本文方法的合理性与工程实用性。     

高拱坝稳定安全度研究综述

针对我国西部兴起的高拱坝建设热潮,对目前高拱坝稳定安全度的分析方法进行了总结,主要方法有柔度系数法、安全系数法、可靠度方法和模型试验法。总结了拱坝的失效模式和失稳判据;对工程中最常用的安全系数法,系统阐述了计算安全度的数值方法和最新进展;得出拱坝安全度控制标准由局部安全度向整体安全度转变、安全度分析方法由确定性方法向不确定性方法发展的结论,另外常规的拱坝稳定数值分析方法如刚体极限平衡法和有限元法得到不断完善,新型数值方法在拱坝稳定分析中也有很好的应用前景。     

基于原型观测资料的拱坝及其基础的有限元综合分析

本文以石门拱坝为例，说明基于原观资料进行拱坝及其基础的综合分析的方法。内容包括：在反演拟合渗透系数和坝与基岩接触面的抗拉强度参数的基础上，进行坝址区三维渗流场分析、拱坝与基础的三维线弹性、弹塑性力学分析，并用多种方法探求了拱坝抗滑稳定安全系数。     

挡水建筑物高度和抗滑稳定关系的数学表达式

导出了挡水建筑物高度和抗滑稳定安全系数之间的数学关系式。这是一个通用公式,适用于重力坝、拱坝、重力式进水口、挡土墙、船坞等挡水建筑物的抗滑稳定分析,估算满足抗滑稳定要求的挡水建筑物高度和要求的滑移面摩擦系数及粘结力。     

高拱坝抗震理论分析进展

从高拱坝的抗震设防标准及动力稳定安全判定准则出发，对现有的高拱坝计算方法，如刚体极限平衡方法、刚体极限平衡与有限元结合方法、非连续变形分析（DDA）法、数值流形方法、界面元法、有限元-边界元-无限边界元耦合方法、随机有限元、人工透射边界和显式有限元法、并行算法，以及模型试验等进行了归纳．同时，还介绍了各种方法的优缺点．     

复杂岩基上的拱坝多拱多梁法应力分析

多拱多梁法（试载法）是拱坝应力体魄 主要方法，其中坝基变形常采用伏格特公式粗略计算。为提高地基变形的计算精度在对含有许多软弱夹层复杂地基的双曲拱坝的试载法应力分析中，除了采用伏格特公式外，还采用三维有限元法计算坝基变形，并对坝基软弱夹层处理前后的坝体应力和位移进行比较。计算成果表明，采用有限元法计算坝基变形是必要的，对软弱夹层进行处理有利于减小坝体位移和应力。     

基于拱梁分载法的拱坝抗屈曲稳定分析

拱坝的抗屈曲稳定性一直是未被重视的问题。按照拱梁分载法的思想，用弹性稳定理论分别对拱坝的拱圈和悬臂梁的抗屈曲稳定性进行了分析，得出拱坝的抗屈曲稳定性由坝顶拱圈控制的结论。分析了国内外部分已建拱坝的抗屈曲稳定性。     

我国特高拱坝的建设成就与技术发展综述

结合二滩、溪洛渡、锦屏一级、大岗山、小湾等一系列特高拱坝的建设实践,总结了我国特高拱坝的建设成就,阐述了我国特高拱坝建设关键技术的研究进展,包括建基面的研究与确定、体形优化设计、应力分析与强度设计、拱座抗滑稳定、整体稳定、抗震设计、混凝土材料、混凝土温控防裂、基础处理、施工技术等10个方面的内容。认为我国混凝土拱坝建设技术已处于国际领先水平,指出我国特高拱坝建设需深化研究的4个问题,即特高拱坝安全评价体系建设、特高拱坝风险设计、特高拱坝抗震研究以及特高拱坝安全运行健康诊断技术研究。     

基于ANSYS的混合线型拱坝等效应力计算

在拱坝应力分析中,有限单元法在计算理论上优于拱梁分载法,并已经广泛应用于拱坝的仿真计算和应力分析。但在弹性理论下,有限元法应力计算结果与所采用的单元类型存在密切关系,且近基础部位存在着严重的应力集中现象。为了解决这一问题,一些学者提出了等效应力法作为改进,但由于拱坝线型不同,采用的参数计算方法亦不同。因此,对混合线型拱坝等效应力计算方法作了进一步改进,即只需输入混合线型拱坝的参数便可得到6种线型拱坝以及介于这6种线型之间的各种拱坝的等效应力。将该方法得到的等效应力计算结果与拱梁分载法的计算结果进行了对比,验证了其准确性和实用性。