[發明專利]一種拱壩的拱座抗滑穩定安全度計算方法

在審

• 申請號: 201710751503.6
• 申請日: 2017-08-28
• 公開（公告）號: CN107391882A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 龐明亮;王仁坤;趙永剛;邵敬東;饒宏玲;張敬;李競波;劉翔;潘燕芳
• 申請（專利權）人: 中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙)51124
• 代理人: 楊長青

1.一種拱壩的拱座抗滑穩定安全度計算方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、組建滑塊

根據地質勘察確定的拱座范圍內的結構面及其相對位置關系，組建出在外荷載作用下可能滑移的所有滑塊；再對每一個滑塊，分別依次執行S2～S5步驟；

S2、確定滑塊的滑移模式

1)計算出作用在滑塊上的所有外荷載的合力矢量，然后對該合力矢量分別沿垂直于各滑移面與平行于各滑移面進行矢量分解；

2)根據矢量分解結果，確定該滑塊的滑移模式：

當合力矢量分解的結果顯示：某兩個滑移面上存在垂直于滑移面且指向滑塊外部的分力時，這兩個滑移面均能夠提供阻滑力，均定義為阻滑面，該滑塊的滑移模式即為雙滑模式；

當合力矢量分解的結果顯示：僅有一個滑移面上存在垂直于滑移面且指向滑塊外部的分力時，僅有這一個滑移面能夠提供阻滑力，定義為阻滑面，該滑塊的滑移模式即為單滑模式；

S3、確定各阻滑面及滑塊承受荷載后的破壞類型

1)根據阻滑面的巖體屬性確定各阻滑面在承受荷載后的破壞類型

如果阻滑面為堅硬或半堅硬巖體的一部分或者其內部的裂隙，則判定其承受荷載后的破壞類型為抗剪斷破壞；如果阻滑面為斷層或者軟弱條帶的結構面，則判定其承受荷載后的破壞類型為抗剪破壞；

2)組合得到雙滑模式和單滑模式下滑塊的五種破壞類型

雙滑模式和單滑模式下的滑塊的破壞類型為：單滑-阻滑面為抗剪斷破壞類型、單滑-阻滑面為抗剪破壞類型、雙滑-兩阻滑面均為抗剪斷破壞類型、雙滑-兩阻滑面均為抗剪破壞類型、雙滑-兩阻滑面分別為抗剪斷破壞及抗剪破壞類型；

S4、根據滑塊破壞類型分別選用不同的安全裕度系數計算式進行拱座滑塊抗滑穩定計算

1)單滑-阻滑面為抗剪斷破壞類型

滑塊的抗力項由單個阻滑面上的摩擦力及凝聚力兩部分組成，該破壞類型的滑塊的安全裕度系數K為：

K=1γd1γ0ψ(f1Nγm1fT+C1Aγm1cT)---(2-2)]]>

2)單滑-阻滑面為抗剪破壞類型

滑塊的抗力項僅由單個阻滑面上的摩擦力組成，該破壞類型的滑塊的安全裕度系數K為：

K=1γd2γ0ψf2Nγm2fT---(2-4)]]>

3)雙滑-兩阻滑面均為抗剪斷破壞類型

雙滑模式下，滑塊的兩個阻滑面均遵循抗剪斷破壞的特征，兩個阻滑面分別記為α面、β面，則該滑塊的抗力項由α面及β面上各自的摩擦力及凝聚力共同組成，該破壞類型的滑塊的安全裕度系數K為：

K=1γ0ψγd1(fαNαγm1fT+CαAαγm1cT+fβNβγm1fT+CβAβγm1cT)---(2-6)]]>

4)雙滑-兩阻滑面均為抗剪破壞類型

雙滑模式下，滑塊的兩個阻滑面均遵循抗剪破壞的特征，兩個阻滑面分別記為α面、β面，則該滑塊的抗力項由α面和β面上各自的摩擦力組成，該破壞類型的滑塊的安全裕度系數K為：

K=1γ0ψγd2(fαNαγm2fT+fβNβγm2fT)---(2-8)]]>

5)雙滑-兩阻滑面分別為抗剪斷破壞及抗剪破壞類型

雙滑模式下，滑塊的一個阻滑面α面遵循抗剪斷破壞的特征，另一個阻滑面β面遵循抗剪破壞的特征，則該滑塊的抗力項由阻滑面α面的摩擦力、阻滑面α面的凝聚力及阻滑面β面的摩擦力三部分共同組成，該破壞類型的滑塊的安全裕度系數K為：

K=1γ0ψγd3(fαNαγm1fT+CαAαγm1cT+fβNβγm2fT)---(2-10)]]>

其中，式2-2、2-4、2-6、2-8和2-10各符號的意義如下：

γ₀——結構重要性系數，根據建筑物的安全級別取值；

ψ——設計狀況系數；

T——沿滑動方向的滑動力，單位為10³KN；

N——垂直于滑動方向的法向力，單位為10³KN；

C₁——抗剪斷凝聚力，單位為MPa；

A——滑移面的面積，單位為m²；

f₁——抗剪斷摩擦系數；

f₂——抗剪摩擦系數；

γ_d1、γ_d2、γ_d3——分別為不同破壞類型時的結構系數；γ_m1f、γ_m1c、γ_m2f——分別為兩種巖體屬性的阻滑面的材料性能分項系數；

雙滑模式對應的各種情況的計算式2-6、2-8和2-10中，阻滑面α面對應的參數標記在f、C、N及A的下標中，阻滑面β面對應的參數標記在f、C、N及A的下標中；具體地：f_αN_α為由阻滑面α面上的摩擦力產生的阻滑力，C_αA_α為由阻滑面α面上的凝聚力產生的阻滑力，f_βN_β為由阻滑面β面上的摩擦力產生的阻滑力，C_βA_β為由阻滑面β面上的凝聚力產生的阻滑力；

S5、根據安全裕度系數K判斷單個滑塊是否穩定

如果滑塊的抗滑穩定安全裕度系數K大于或等于1.0，則該滑塊的抗滑穩定安全度滿足要求；否則判斷該滑塊的抗滑穩定安全度不滿足要求；

S6、對拱座抗滑穩定安全度進行評價

如果所有可能滑塊的安全裕度系數K均大于或等于1.0，那么拱座抗滑穩定安全度滿足要求；否則，拱座抗滑穩定安全度不滿足要求。

2.如權利要求1所述的一種拱壩的拱座抗滑穩定安全度計算方法，其特征在于：在S4步驟中，式2-2、2-4、2-6、2-8和2-10部分符號的意義及取值如下：

γ₀——結構重要性系數，對應于安全級別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級的建筑物，分別取1.1，1.0，0.9；

ψ——設計狀況系數，對應于持久狀況、短暫狀況、偶然狀況，分別取1.00，0.95，0.85；

γ_d1、γ_d2、γ_d3、——分別為不同破壞類型時的結構系數，分別取1.2、1.1與1.15；

γ_m1f、γ_m1c、γ_m2f——分別為兩種巖體屬性的阻滑面的材料性能分項系數，分別取2.4、3.0與1.2。