[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

技術領域

本發明涉及拱壩工程技術領域，具體是一種拱壩的拱座抗滑穩定安全度計算方法。

背景技術

拱座穩定分析是拱壩設計中最重要的問題之一，也是最難解決的問題。近代拱壩建設實踐表明，拱壩的真正潛在危險在于兩岸拱座的穩定性。因此，在拱壩工程設計的各個階段，拱座是否具備足夠的抗滑穩定安全度一直是分析與論證的重點。

數值計算法是目前國內外廣為運用的主要分析手段，常見的數值計算方法可以歸為以下三大類：剛體極限平衡法、剛體彈簧元法、三維非線性有限元法。其中，剛體極限平衡法是大多數國家通用的計算分析方法。該方法雖然較為粗糙，但使用簡單、概念明確，并有長期的實踐經驗，是各國設計人員所習慣的分析方法。

目前已有的基于剛體極限平衡法的計算與衡量拱壩拱座抗滑穩定安全度的方法主要有下面兩種。

(1)電力行業現行規范推薦方法

該方法以現行電力行業的《混凝土拱壩設計規范》(DL/T5346-2006)中的計算方法為代表：用剛體極限平衡法分析拱座穩定時，1、2級拱壩及高拱壩應滿足下列承載能力極限狀態設計表達式1-1，其他(3級及3級以下拱壩)則應滿足下列承載能力極限狀態設計表達式1-1或表達式1-2。

上述兩個表達式中，表達式1-1為剪摩公式，表達式1-2為純摩公式，通過轉換可得到：

上述表達式1-1至式1-4四個公式中：

SF₁——表達式1-1中抗力項與作用項的比值，該比值大于或等于1.0即為滿足現行規范要求；

SF₂——表達式1-2中抗力項與作用項的比值，該比值大于或等于1.0即為滿足現行規范要求；

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；

T——沿滑動方向的滑動力，10³KN；

f₁——抗剪斷摩擦系數；

N——垂直于滑動方向的法向力，10³KN；

C₁——抗剪斷凝聚力，MPa；

A——滑裂面的面積，m²；

f₂——抗剪摩擦系數；

γ_d1、γ_d2——分別為兩種計算情況的結構系數，分別取1.2與1.1；

γ_m1f、γ_m1c、γ_m2f——分別為兩種表達式的材料性能分項系數，分別取2.4、3.0與1.2。

(2)水利行業現行規范推薦方法

該方法以《混凝土拱壩設計規范》SL282-2003及《混凝土拱壩設計規范》SD145-1985中的計算方法為代表：采用剛體極限平衡法進行抗滑穩定分析時，l、2級拱壩及高拱壩，應按公式1-5計算，其他(3、4、5級拱壩)則可按公式1-5或公式1-6進行計算：

上述兩個公式中，式1-5為剪摩公式，式1-6為純摩公式，其中：

K₁和K₂——抗滑穩定安全系數；

N——垂直于滑裂面的作用力，10³KN；

T——沿滑裂面的作用力，10³KN；

A——計算滑裂面的面積，m²；

f₁——抗剪斷摩擦系數；

c₁——抗剪斷凝聚力，MPa；

f₂——抗剪摩擦系數。

按式(1-5)或(1-6)計算時，相應安全系數應不低于表1中的數值。

表1水利行業抗滑穩定安全系數控制標準

無論是電力行業現行規范的抗力作用效應的比值計算方法，還是水利行業現行規范的安全系數計算方法，都規定采用純摩公式分析拱座穩定，只適用于3、4、5級拱壩，而對1、2級拱壩及高拱壩只能按剪摩公式分析拱座穩定。但在實際工程應用中，該規定有其明顯缺點，主要體現在以下兩方面：