峡谷区重力坝岸坡坝段动力稳定性评估方法

从概率的观点出发,结合确定性矢量和安全系数方法,对设计基准期内随机地震条件下的重力坝岸坡坝段动力抗滑稳定性评估方法问题进行了初步探讨。首先,基于确定性动力时程分析法,得出坝段抗滑矢量和安全度时程曲线,评价一次确定性设计地震作用下的坝体稳定;然后,考虑基准期设计烈度下地震的随机性,进行坝体动力稳定的可靠度分析。通过Gram-Charlier级数拟合法和随机加权最大熵法,得到坝体动力稳定安全度时变曲线中最小值的概率分布函数及其动力可靠度;最后,结合确定性和概率性分析结果,综合评价设计基准期内地震作用下的坝体抗滑稳定性。工程实例分析结果表明,采用确定性与概率性结合的互补方法,能够进一步认识动力稳定分析中安全裕度的合理性评价问题,进而更加合理地评估整个设计基准期内重力坝的动力抗滑稳定性。     

金沙江阿海水电站混凝土重力坝地震抗滑稳定性的时程法分析

通过动力有限元时程法分析了金沙江阿海混凝土重力坝在设计地震动(0.344g)作用下的动态响应,计算模型考虑了动水压力作用、大坝-岩基相互作用,用黏弹性吸波边界模拟了地震动能量向无限远域逸散的地基“辐射阻尼”效应。通过将坝体惯性力时程极大值与振型分解反应谱法的惯性力极值对比,从而验证了复杂动力数值模拟结果的正确性,为后续分析打下了基础。采用沿滑面的应力积分法得到了大坝沿建基面的瞬态抗滑安全系数时程。计算结果表明：阿海重力坝在设计地震动(0.344g)作用下的安全系数时程的极小值为1.146,大坝整体稳定性良好,可不采取提高整体抗滑     

混凝土重力坝与基岩胶结面用断裂力学方法进行计算的探讨

一、问题的提出 目前,重力坝剖面尺寸通常决定于坝体稳定计算,即按照以下公式核算大坝沿坝基面的滑动条件。 1.抗剪断强度的计算公式:K′=f′ΣP+C′A/ΣO (1)式中:K′——考虑抗剪断强度时的抗滑稳定安全系数,其值按规范为3.0,2.50;f′(或tgφ′)——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断系数;     

边坡稳定可靠度分析的广义可行方向法

在广义随机空间中直接建立验算点的迭代公式,可以方便地解决含相关随机变量的结构可靠度计算问题。在广义随机空间中推导了一种收敛性较好的验算点迭代公式,并应用于边坡稳定的可靠度分析。针对卡基娃混凝土面板堆石坝地震工况坝坡稳定的可靠度分析表明:(1)由于安全系数法采用的输入参数为确定值,故不能考虑参数随机波动的影响。可靠度分析能够反映参数随机性的影响,这对于深入评估工程安全与抗风险能力是有益的。(2)通过引入条件概率方法考虑地震和坝坡失稳同时发生的概率得到的结构可靠指标将提高,而提高的幅度与地震发生概率的大小有关。(3)堆石非线性强度指标具有正相关性,考虑强度指标的相关性将提高边坡稳定的可靠度。     

地下洞室群随机地震响应研究中传递函数的应用探讨

在证明随机响应的统计参数可以用传递函数进行直接表达的前提下,将传递函数引入地下洞室群随机地震响应研究中,对白鹤滩水电工程13#机组剖面地下洞群进行了随机地震响应分析,并对之进行了地震动力可靠度的探讨。结果表明：较之常规方法,基于传递函数的方法除可得到洞室群的随机地震响应以外,还可同时得到洞室群的地震响应频谱特性,并可以直接利用传递函数得到确定性地震动输入下洞室群的响应值进行验证,显示对问题的研究具有更加深刻的优势;将所得到的随机地震响应结果与基于传递函数的确定性估算结果,与实际时程计算得到的确定性结果比较,吻合良好;首次采用超越破坏理论对地下洞室群进行地震动力可靠度分析的可行性,为地下工程抗震可靠度计算中如何以动力方式考虑地震荷载的随机性提供了一些新思路。     

Dynamic stability analysis of rock slope considering the strength vibration degradation of through-type rock discontinuitiesEI北大核心

考虑结构面抗剪强度震动退化效应对分析与评价岩质边坡动力稳定性具有重要意义。基于岩石动力试验获取了多因素影响的结构面强度震动退化系数方程,结合极限平衡理论和动态矢量法原理,以UDEC程序作为计算引擎,采用其内置Fish语言编程实时刷新结构面强度特性参数和捕获任意地震历时时刻边坡地震惯性力,并以最小平均安全系数法求解边坡最终动力稳定性评价指标值,从而提出了一种考虑结构面强度震动退化的边坡动力稳定性系数动态算法。研究表明:结构面强度震动退化系数是取决于岩块间循环剪切次数、循环剪切幅度及相对运动速度响应值的动态变量;将该算法应用于含贯通型平直状结构面边坡动力稳定性算例中,其分析结果表明,动力作用时程内考虑结构面强度震动退化的边坡动力稳定性系数较未考虑该效应时的系数衰减更为明显,即前者计算结果更符合一般性自然规律,亦即验证了该算法的可行性;结构面最小强度震动退化系数随动力激励时程变化近似呈负指数函数形式逐渐衰减,且当结构面初始黏聚力(内摩擦角)越大、而坡角(层面倾角)或动荷载幅值(频率)越小时,地震历时过程中边坡最小动力稳定性系数越大,此时边坡最终动力稳定性相对越强。     

复杂地质条件下多结构面对重力坝坝基稳定性的影响及处理

武都重力坝坝基地质条件复杂,发育有断层、层间错动带等多种不利地质构造,且结构面相互交错组合形成多条潜在滑移面,坝基深层抗滑稳定问题突出。为了研究多结构面对坝基深层抗滑稳定的影响及加固处理,结合武都重力坝19#坝段,建立了三维数值模型进行有限元分析。首先,对坝基中各软弱结构面的力学参数进行敏感性分析,研究影响坝基稳定的主要因素,揭示了坝踵处倾向下游的10f2、F31断层对坝基抗滑稳定影响较大,应进行重点加固处理。在该基础上,在断层10f2、F31拟定不同深度的混凝土置换,对断层置换混凝土的深度进行敏感性分析,得出不同置换深度下坝基的超载稳定安全系数。结果表明,断层10f2、F31的置换深约19 m时可以达到良好的加固效果,位移和应力值得到良好的改善,坝基塑性区域明显减小,抗滑稳定安全系数得到明显提高,并满足设计规范要求。研究成果对武都重力坝工程的加固处理提供了重要的科学依据,对类似工程的稳定分析与加固处理具有参考价值。     

地震荷载作用下岩石边坡的抗倾覆稳定性分析及可靠度研究

在地震多发地区,地震荷载对岩石边坡的稳定性影响显著。因此,在边坡抗震设计中,准确有效地评估其稳定性显得非常重要。安全系数法未考虑地震荷载等影响因素的不确定性,因此具有一定的局限性。本文在考虑到破坏面出流缝未堵塞和被堵塞两种情况下,利用拟动力方法计算了岩石边坡抗倾覆稳定性安全系数。在此基础上,考虑到地震荷载、坡顶超载及张裂缝内水位深度的变异性,对岩石边坡的抗倾覆稳定性进行了可靠度分析。研究发现,当破坏面出流缝被堵塞时,岩石边坡的抗倾覆稳定性急剧降低。此外,地震荷载等因素的变异性对岩石边坡的抗倾覆稳定性有着显著的影响。因此,同时利用安全系数及可靠度指标来评估岩石边坡的稳定性,且适当地考虑岩体放大系数,有利于岩石边坡抗震设计的安全性。     

L型挡土墙滑裂面确定方法与地震稳定性分析

提出了L型挡土墙两种破坏模式,即长踵板式和短踵板式,且破坏模式受几何参数和物理力学参数影响。研究了两种破坏模式下L型挡土墙滑裂面确定方法和地震稳定性问题,界定了两种破坏模式的临界条件。考虑第二、第三滑裂面产生条件,应用极限分析运动学原理,建立地震荷载作用下L型挡土墙临界状态方程,推导出地震加速度系数表达式。根据极值原理,给出最优解,从而计算得到临界屈服加速度系数及其对应的滑裂面倾角。通过算例分析可知：临界屈服加速度系数小于M-O公式法,长踵板式L型挡土墙滑裂面倾角与坦墙判别公式结果相同,且滑裂面之间的夹角等于90o-φ,即与滑移线场的结论相同。短踵板式L型挡土墙滑裂面夹角近似等于90o-φ。     

乌东德高拱坝极限抗震能力研究

乌东德水电站是金沙江下游河段上4个水电梯级的最上游梯级,大坝为265 m高的双曲拱坝。采用非线性有限元法,将拱坝坝体-坝基作为一个整体系统,在考虑坝体横缝影响及无限地基辐射阻尼影响基础上,模拟坝肩控制性滑块各滑裂面在地震作用下张开、滑移的非线性力学行为,研究设计与校核地震作用下大坝的抗震性能,探讨大坝-坝基整体系统在强震作用下的抗震潜力。研究结果表明：设计地震条件下,坝体仅在拱端应力集中区域拉应力超过抗拉强度,压应力则均满足强度要求,坝肩块体稳定,大坝-坝基体系的整体安全性可以保证;校核地震条件下,坝体应力值略有增加,能够满足不溃坝的设防要求;以大坝-坝基代表性的位移、变形量变化曲线的拐点作为评价极限抗震能力的标准,可知拱坝-坝基体系的抗震超载安全系数为2.7,相应的基岩水平向峰值加速度0.729g,拱坝-坝基体系抗剪参数强度储备安全系数为2.0,乌东德高拱坝具备较强的极限抗震能力。     

基于超载法的拱坝坝肩地震动力稳定性方法研究

拱坝坝肩地震动力稳定性一直是工程界关注的一大热点,然而对坝肩动力稳定性的评判方法和标准的研究还不成熟。为完善坝肩动力稳定分析方法,将有限元法与刚体极限平衡法的优势相结合,提出了地震动力超载方法以及极限累积位移评判标准。首先,基于有限元法开展实时动力分析,对坝肩可能的滑移块体采用多重网格应力插值求任意时刻的阻滑力和下滑力,确定其主滑方向,而后采用刚体极限平衡法计算每个滑块的动安全系数;同时,对瞬时动安全系数小于1.0的时段,进行加速度积分,求出滑块累积失稳位移。结合滑块尺寸及滑动面强度参数提出极限累积位移计算公式作为失稳判据,通过比较累积位移与极限累积位移判定滑块的稳定性。基于以上思路开发了一套坝肩动力稳定分析系统SAFEDAM。以沙牌拱坝经受反映5.12地震的人工波为例,开展了沙牌拱坝坝肩动力超载稳定分析,验证了极限累积位移判据的合理性。研究表明,沙牌左岸坝肩超载稳定安全倍数Kp0 =3.2,右岸坝肩超载稳定安全倍数Kp0 =4.2。工程实例计算表明,该方法计算坝肩动力稳定性使用较为方便可靠,具有较大的工程实用价值,为坝肩动力稳定性分析和评价提供了一条新路径。     

地震工况下坝坡的抗滑安全系数取值标准研究

地震工况下的坝坡抗滑稳定性核算一直是大坝安全性评价的重要环节,采用科学合理的计算方法是评价坝坡安全性的基本保证。本文从概率极限分析的角度探讨了坝坡稳定性可靠度分析的概率意义,提出了将地震发生当做概率事件的坝坡可靠度计算方法。为验证将地震超越概率纳入坝坡稳定分析中的合理性,本文通过两个典型算例和小浪底坝坡典型剖面的抗滑稳定性分析研究了坝坡在地震工况下的单一安全系数与可靠指标的变化规律。研究结果表明在坝坡稳定分析中引入超越概率计算所得结果与工程实际相符,与以往的将地震发生当做确定性事件计算方法相比,该方法显著提高了坝坡的可靠指标值;比较可靠指标与单一安全系数的取值标准显示出在坝坡稳定分析中合理地引入地震概率分析方法能够保证坝坡在地震和正常工况下有相近的可靠指标值     

基于分项系数法的重力坝深层抗滑稳定分析

针对基于有限元法的重力坝深层抗滑稳定分析问题,根据工程实际中软弱结构面上的抗剪断摩擦系数和凝聚力变异性不同的特点,在计算中引入滑动面上抗剪断强度参数的分项系数,提出了一种新的应用于重力坝抗滑稳定的有限元计算方法--分项系数有限元法。该方法基于可靠度思想,以达到用极限承载状态时的强度储备系数或超载系数来表征大坝安全度。在已有研究成果的基础上,从坝基渐进破坏过程和破坏机理的角度进一步探讨了非线性有限元法应用于深层抗滑分析应注意的几个关键问题,以及基于分项系数法的深层抗滑稳定分析的安全系数控制标准。研究结果表明,滑动面上的应力分布性态和坝基岩体变形特性对抗滑稳定安全系数有重要影响。与常规刚体极限平衡方法的控制标准相比,分项系数有限元方法可以采用偏低一点的安全系数标准。     

Reliability Based Earthquake Resistant Design for Internal Stability of Reinforced Soil Structures

This paper presents a method to evaluate reliability for internal stability of reinforced soil structures using reliability based design optimization. Using limit equilibrium method and assuming the failure surface to be logarithmic spiral, analysis is conducted to maintain internal stability against both tensile and pullout failure of the reinforcements. Properties of backfill soil and strength of the geosynthetic reinforcement are considered as random variables. For the seismic conditions, reliability indices of all the geosynthetic layers in relation to tension and pullout failure modes are determined for different magnitudes of seismic accelerations both in the horizontal and vertical directions, surcharge load and design strength of the reinforcement. The efforts have been made to obtain the number of layers, pullout length and total length of the reinforcement at each level for the desired target reliability index values against tension and pullout modes of failure. The influence of horizontal and vertical earthquake acceleration, surcharge load, design strength of the reinforcement, coefficient of variation of soil friction angle and design strength of the reinforcement on number of layers, pullout length and total length of the reinforcement needed for the stability at each level is discussed.     

基于离散元的重力坝多滑面深层抗滑稳定分析

重力坝的深层抗滑稳定分析多采用刚体极限平衡法和非线性有限元法,但刚体极限平衡法不能反映坝基岩体渐进失稳过程和破坏的力学机制,非线性有限元法模拟岩体不连续效率低,且还未有统一的失稳判据。基于离散块体边界应力计算结果,提出重力坝坝基多滑面抗滑稳定安全系数计算公式,并探讨了以坝体-坝基系统能量突变作为坝基失稳判据的物理意义。通过与非线性有限单元法、刚体极限平衡法计算结果的比较,验证了所提方法及判据的可靠性及合理性。结合向家坝水电站重力坝泄12#坝段进行计算分析,结果表明：基于离散元强度储备系数法搜索的坝基失稳通道由坝基岩体屈服区和结构面滑移带组成,所提计算方法与判据适用于实际工程的坝基深层抗滑稳定计算分析,且计算结果偏安全。     

高心墙堆石坝极限抗震能力初探

高土石坝需要进行极限抗震能力和地震破坏模式分析。通过坝体动力反应分析、动强度验算以及地震变形分析,综合研究了高心墙土石坝的破坏过程。认为处于抗震极限状态的大坝防渗体及上游反滤料的顶部存在动强度不足问题,进而引起坝顶地震裂缝及上游反滤料顶部液化,最终导致坝体上、下游坝坡的失稳破坏     

极限蓄水位下洞坪水库大沟湾滑坡稳定性预测

滑坡灾害具有很强的空间变异性和随机性,应作非线性动态系统考虑。利用传递系数法,反演出极限蓄水位时大沟湾滑坡在不同安全系数下临界状态的剪切强度参数关系,对试验得到的剪切强度参数进行分析,结合工程地质类比法,由统计方法得到滑带土剪切强度参数的分布规律,并生成随机剪切参数。假设Mohr-Coulomb准则在滑坡体自重应力范围内服从线性分布,由试验参数在? -? 坐标内的分布曲线,结合天然状况下滑坡体正应力范围得到c-? 包络多边形,由此考虑剪切参数相关性,筛选出有效的随机剪切参数。通过Monte Carlo模拟,统计有效样本与反演得到的不同安全系数条件下极限平衡c-? 关系曲线的位置分布关系,得到不同安全系数滑坡的破坏概率。对极限蓄水位条件洞坪水库大沟湾滑坡稳定状况进行预测,结果表明,滑坡届时处于极高风险状态,稳定性很差。结合蓄水过程中两次对滑坡体实地考察得到的滑坡体变形特征表明,研究结果吻合。     

强震区岩体动力破坏机制研究

黄河黑山峡大柳树坝址区存在大范围的岩体破坏现象。在详细调查区域地质背景条件及区域地震动力作用基础之上,提出了地震动力作用与岩体破坏现象的内在联系,并通过动力模拟试验分析、证明了岩体破坏现象与历史上该地区发生的强烈地震有着密切关系。因此,在目前的工程地质条件下,一旦发生强度较大的地震活动,坝址区所遭受的破坏程度会更大,对拟建的水利工程设施将产生严重威胁。     

Improved performance-based seismic coefficient for gravity-type quay walls based on centrifuge test results

Verifying the seismic performance of port structures when the force balance limit is exceeded is important for the performance-based seismic design of gravity-type quay walls. Over the last three decades, performance verification methods have been developed that consider the effects of the design earthquake motion, geotechnical conditions, and structural details on the deformation of a quay wall to accurately predict earthquake-induced damage. In this study, representative performance verification methods (i.e., simplified dynamic analysis methods extending from the Newmark sliding block method and performance-based seismic coefficients developed in Japan) were quantitatively assessed with actual cases of earthquake-damaged quay walls and the results of dynamic centrifuge tests previously conducted under various conditions (i.e., different wall heights, earthquake motions and the thickness of subsoil). The dynamic centrifuge test results suggested directions for improving the performance-based seismic coefficients of the representative methods, while their field applicability and reliability were confirmed according to the actual earthquake records.