基于结构强度、基础抗滑和整体稳定的拱坝安全评价方法技术

本发明专利技术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K

Safety evaluation method of arch dam based on structural strength, basic anti slide and overall stability

The invention discloses an arch dam safety evaluation method based on structural strength, foundation skid resistance and overall stability, which relates to the safety control analysis and design field of arch dams. Safety factor of arch dam structure strength K

【技术实现步骤摘要】
基于结构强度、基础抗滑和整体稳定的拱坝安全评价方法
本专利技术涉及拱坝安全控制分析和设计领域，具体为基于结构强度、基础抗滑和整体稳定的拱坝安全评价方法。
技术介绍
长期以来，世界各国拱坝设计的安全控制主要由结构材料强度安全系数和基础抗滑稳定安全系数两部分组成。根据我国《混凝土拱坝设计规范》(DL/T5346-2006)和《混凝土拱坝设计规范》(SL282-2003)，拱坝的结构材料强度安全系数指坝体混凝土抗压强度标准值与结构容许压应力的比值。其中，坝体混凝土抗压强度标准值由标准方法制作养护的边长为15cm立方体试件，用标准试验方法测得的具有80％保准率的90天龄期抗压强度；结构容许压应力指拱坝采用拱梁分载法计算的最大主压应力的控制值。我国《混凝土拱坝设计规范》(DL/T5346-2006)和(SL282-2003)规定了Ⅰ级高拱坝的结构强度安全系数控制指标分别为4.4和4.0。基础抗滑稳定安全系数是指坝肩可能滑块在各类荷载作用下，抗滑力与滑动力的比值，两本规范对于Ⅰ级高拱坝，通常采用剪摩公式定义，基础抗滑稳定安全系数通常取3.5(其中DL/T5346-2006规范采用分项系数，基础抗滑稳定安全系数略有差异，且非一个定值，但整体与3.5接近)。依靠上述安全评价体系，我国建设了大量的拱坝工程，并均成功运行，也因此积累了极为丰富的工程经验。随着拱坝建设技术的发展，拱坝建设规模也不断增大，在近20年中，先后建成了二滩、溪洛渡、锦屏一级等坝高超过200m的特高拱坝。由于特高拱坝水推力巨大，对基础变形与抗滑，结构抗裂与抗震要求更严，现有的2K安全评价，即结构材料强度安全评价和基础抗滑稳定安全评价，难以真实地反映结构受力后的实际安全状态，包括基础抗滑也出现特定滑块的抗滑稳定安全系数不能满足安全控制标准的实例，但实际上这些拱坝也均已经建成并成功安全可靠运行。现有的规范中，结构材料强度安全系数K定义为：K＝fcu,k/S上式中，fcu,k为大坝混凝土设计强度标准值，拱坝规范将其定义为90d龄期、15cm立方体试件、80％保证率的单轴抗压强度；S为拱梁法计算出来的大坝主压应力。显然，拱坝混凝土实际强度值并不等于实验室的设计强度标准值，由于尺寸、龄期、持久荷载、施工等各方面的影响，高拱坝混凝土实际强度值要较设计强度标准值低。同时，为安全起见，当前拱坝设计均要求拱坝工作在材料及结构弹性范围内，因此容许强度的取值又进一步小于混凝土实际强度。同样，拱坝结构拱梁分载法计算应力受方法及参数取值的影响，如温度、水沙等荷载的变化，地基、大坝混凝土材料参数取值，各类计算假定的影响，分级加载路径选择差异和分析方法本身的不完备等等，实际可能最大应力要大于计算出来的大坝主压应力S。拱坝结构混凝土属大体积混凝土，小试件峰值强度标准值不能代表结构混凝土实际强度，在拱坝设计中个别工程还利用了180天龄期强度，试验获得的强度标准值与实际工程中的结构混凝土强度相差较远，存在明显尺寸效应、龄期效应等。此外，基于拱梁分载法计算出来的拱坝应力与拱坝在实际运行中真正的应力也存在较大差异，因此现规范中的强度安全系数不能代表拱坝结构实际安全度。对于I级高拱坝的基础抗滑分析，按照常规抗剪断公式计算，其中由摩擦系数提供的抗滑力Nf、以及由凝聚力提供的抗滑力CA随坝高增加的权重并不一致，导致基础抗滑稳定安全计算值失真，这也是个别特高拱坝基础抗滑稳定计算安全系数达不到规范要求3.5的原因之一。另一方面，拱坝结构强度安全系数与基础抗滑稳定安全系数均只反映各自方法下的计算安全度，不能代表拱坝实际的、整体的安全度。拱坝现有安全评价包含结构材料强度安全度评价以及基础抗滑稳定安全度评价两个方面，现有安全评价方法的缺陷分别如下：1.结构材料安全度评价1)现评价方法的结构材料强度取标准试件在标准养护情况下的试验值，并根据一定保证率获得的标准强度，该强度未反映大体积混凝土的结构强度特性。2)现评价方法的计算应力是指标准工况和设计参数下拱坝拱梁分载法计算应力，该应力未反映结构实际可能潜在的不确定影响因素的影响。2.基础抗滑稳定安全度评价1)规范规定I级高坝采用剪摩公式计算基础抗滑稳定安全系数，并给出了安全系数不小于3.5的控制要求，但在实际使用中存在滑移面属性、拱推力等巨大差异，导致基础抗滑稳定安全计算值的失真，这也是个别特高拱坝基础抗滑稳定计算安全系数达不到规范要求的3.5的原因。2)存在基础抗滑稳定计算公式与安全指标的协调处理问题。3.结构材料安全度以及基础抗滑稳定安全度均不能代表拱坝的整体的、实际的安全度。
技术实现思路
针对现有的评价方法的不足，本专利技术提供一种基于结构强度、基础抗滑和整体稳定的拱坝安全评价方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于结构强度、基础抗滑和整体稳定的拱坝安全评价方法，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；具体地，所述公式1中，根据大量实际工程资料的统计与分析，建议尺寸效应影响系数c1取值0.61，龄期效应影响系数c2取值1.15，施工影响系数c3取值0.96，多轴受力影响系数c4取值1.00，其他因素影响系数c5取值0.95；比例极限系数μ取值0.74。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。对于特高拱坝，根据已有的大量实际工程资料的分析，通过拱梁分载法进行计算时，所述公式2中的建议取值为：计算荷载修正系数γ1取值1.05，材料参数修正系数γ2取值1.10，计算方法修正系数γ3取值1.14，施工方法和加载路径修正系数γ4取值1.07，其他误差修正系数γ5取值1.05。通过线弹性有限元法进行计算时，所述公式2中，计算荷载修正系数γ1取值1.05，材料参数修正系数γ2取值1.00，计算方法修正系数γ3取值1.03，施工方法和加载路径修正系数γ4取值1.10，其他误差修正系数γ5取值1.05。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；阶梯状本文档来自技高网...

【技术保护点】
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[R

【技术特征摘要】
1.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K...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仁坤，张冲，林鹏，赵文光，张敬，陈林，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51