重力坝双斜面抗滑稳定研究

【摘要】： 重力坝主要依靠自重来维持稳定。抗滑稳定分析是重力坝设计中的一个重要课题,其目的是检验坝体沿建基面及沿地基中软弱结构面抗滑稳定的安全度。本文主要以重力坝双斜面抗滑稳定作为研究对象,应用刚体极限平衡法、极限状态设计法及有限元方法对重力坝抗滑稳定性进行了分析评价。 通过大量的有限元计算,坝趾处的塑性区扩展方向及第三主应力扩展方向一般是倾向下游的,这可以作为刚体极限平衡法中第二滑裂面的倾向。 目前,现行规范存在力学意义不确切之处,并且现行规范计算的安全度偏大,本文从深层抗滑稳定刚体极限平衡法机理出发,推导了第二滑裂面倾斜的双斜面刚体极限平衡法计算公式,导出了极限状态方程和极限状态设计法公式,这样可使物理意义明确,并能更有效的评价重力坝深层抗滑稳定性。 分项系数有限元法不仅将分项系数计入有限元,使有限元法具有了可靠度意义。而且,分项系数有限元法还将应力代数和法和极限状态设计法联系起来,找到了有限元法分析评价重力坝深层抗滑稳定性的控制标准,使有限元在评价重力坝深层抗滑稳定时有理可依。分项系数有限元法虽然失去了数值仿真意义,但评价重力坝深层抗滑稳定有较好的稳定性,将其作为重力坝深层抗滑稳定的评价方法是可取的。 以观音岩水电站为例,应用大型通用有限元计算软件ANSYS进行了有限元分析。通过整体三维有限元分析,总结了应力场及位移场规律,分析了整体三维有限元的强度储备,选择30号坝段作为典型坝段,加以进一步研究。通过局部三维有限元计算,验证了第二滑裂面倾向下游这一事实,综合考虑强度储备法中塑性区扩展方向及第三主应力最大值扩展方向可大致确定第二滑裂面的倾向。利用强度储备法和超载法对30号坝段的安全稳性进行了分析评价。针对抗滑计算参数及软弱夹层抗剪断参数的变异性,应用极限状态设计法和分项系数有限元法进行了敏度分析,其结果表明,重力坝稳定是满足要求的,分项系数有限元法评价重力坝深层抗滑稳定性是有效的。