文档介绍：中国水利水电科学研究院
博士后学位论文
重力坝深层抗滑稳定研究
姓名:张宏涛
申请学位级别:博士后
专业:岩土工程
指导教师:陈祖煜
20070601
摘要重力坝抗滑稳定是重力坝设计的一个经典领域。本研究将具有坚实物理理论背景的、基于非相关联流动法则的三维边坡稳定机动分析方法和可靠度理论应用到重力坝深层抗滑稳定分析中,使确定性分析方法和可靠度分析的成果互为补充,从而科学地解决规范中遇到的问题。本研究报告继续完善基于非相关联流动法则的三维机动分析方法。通过与已有算例进行比较,对该方法在三维边坡稳定分析和重力坝深层抗滑稳定领域应用的可行性进行验证。算例表明,基于非相关联流动法则的三维机动分析方法避免了上限法中由于摩擦角过大而导致速度场不收敛的局限性。然后对岩土工程中的可靠度理论和数值方法进行研究分析,提出适用于三维边坡稳定分析的数值方法。通过在三维边坡稳定分析中的应用实例,验证了该方法在边坡稳定分析中的实用性和可靠性。最后,将三维机动分析法和可靠度分析应用到向家坝深层抗滑稳定分析研究中,通过最后求解得到的可靠度指标作为设计可行性依据,为三维边坡稳定方法在重力坝深层抗滑稳定中的应用提供了一种新思路。采用这一新的方法,可以较好地解决三维安全系数在现有的重力坝设计规范中无法参照的问题。关键词:三维边坡稳定分析,非相关联流动法则,可靠度理论,重力坝抗滑稳定
第前言重力坝深层抗滑稳定分析有关问题的提出重力坝抗滑稳定是重力坝设计的一个经典领域。其相应的分析方法是建立在极限平衡与极限分析方法基础上的。极限平衡与极限分析法已经广泛应用到二维边坡稳定分析中,而在三维边坡稳定方面的工程应用还比较少,尤其是在重力坝深层抗滑稳定领域的应用。使用极限平衡方法,相应“抗剪断”的强度指标,要求得到一个超过陌全系数。半个世纪以来,在应用这一设计准则进行深层抗滑稳定分析时,频繁地遇到复核的成果无法过关的困境。然而,这些工程完工后却绝大多数在正常工作。因而,也迫使人们重新思考这一方法包含的内在缺陷。同时由于岩土工程问题存在着天然的不确定性,处理不确定性也是岩土工程师一项重要的工作内容。在进行工程设计和安全评价时,不仅要很好地了解已经掌握的各种分析、判断手段,而且更需要把握这些分析过程中所包含的各项不确定因素及其影响。工程建设中的重大决策实际上是对各项不确定因素造成的风险的评价。在结构工程领域,风险分析和可靠度理论已经形成了一个成熟的手段,将这一理论引入水工结构的分析,有利于科学地解决规范修正中遇到各个问题。确定性方法和可靠度分析的成果能够互为补充,从而提高分析成果的精度。本研究希望通过以下途径来解决这些问题。肜砺厶逑笛细窈褪褂梅段Ч惴旱募薹治龇椒诎踩ǹ刂票曜己颓慷戎副攴矫嬉敕缦辗治龅脑恚遣⒉慌弃和否定建立在安全系数基础上传统方法以下将对边坡稳定的三维分析方法和可靠度方面的研究现状进行综述。边坡稳定三维分析方法的研究现状自从锄归纳总结了三维边坡稳定分析的主要研究成果后,基于条柱法的三维分析方法取得了很大进展。等和吼讨论了发展三维边坡稳定分析在实际中的必要性,认为应该把它作为主要研究方向。三
维边坡稳定分析可以更加真实地反映边坡的实际形态,比如由于岩体间断的存在会对安全系数产生影响。特别是当滑裂面已经确定时,使用三维分析可以恰当地考虑滑体内由于滑裂面的空间变异特征对边坡稳定安全系数的影响,使结果更具有实际价值。.咂挛榷ǖ募奁胶夥我们知道,为了使问题静定可解,任一个二维极限平衡方法都引入了一些关于界面内力的假定。为了使数值计算可行,通常进一步采取一些简化方法使静力和力矩平衡条件不完全满足,并且简化滑面为圆形。在将这些极限平衡方法扩展到三维情况时,所有这些局限将遇到更加巨大的挑战。这些方法区别在于:彻于条块内力的假定;胶夥匠蹋滑面形状的简化。三维极限平衡法首先将滑动土体剖分为具有垂直界面的条柱,并建立如图所示的坐标系,其中蛓的正方向分别与滑坡方向和重力方向相反,岬正方向按右手法则确定。中间沿滑动方向尺寸最大的断面称之为中性面,如果滑裂面对称,中性面就是对称轴所在的平面。如果不作任何静力假定,每个条柱上的作用力应当如图所示,;。中国水利水电科学研究院博士学位论文具有垂直界面条柱的滑动土体未作任何假定的条柱上的作用力图
矫娴模ィ推叫杏趛平面的瓢,的安全系数尼对于每个条柱都是相等平衡,故条柱间的其他作用力籈轴方向的整体力的平衡求解安全系数。.:忽略条柱间沿岱较虻乃屑袅和滑裂面上的剪切力平行于矫妫春雎云叫杏趛平面的剪切力矗:。本方法满足每个条柱沿岱较蛄Φ钠胶猓⒏萑苲轴的整体力矩平衡求解安全系数。但由于未满足沿岷蛕