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高土石坝坝坡稳定的可靠性研究

许春雷  
【摘要】: 在建成、在建以及拟建的大坝中,土石坝都占有较大的比重,坝坡稳定是土石坝设计的关键问题,因此研究土石坝坝坡的稳定具有非常重要的意义。 土石坝的筑坝材料均为天然材料,筑坝材料强度存在较大的离散性和不确定性。即使是安全系数满足规范要求的坝坡依然可能会失稳,这是因为单一的安全系数法不能考虑材料强度的变异性对坝坡稳定的影响,使坝坡的稳定分析不够完备,因此需对坝坡进行可靠性分析。土石坝坝坡稳定的可靠性分析能够考虑筑坝材料强度的离散性和变异性,是对坝坡稳定分析的传统安全系数法的有益补充。 本文为分析高土石坝的坝坡稳定,首先统计了全国百米级以上面板堆石坝和心墙堆石坝的筑坝料强度参数,包括主、次堆石料的非线性强度指标及心墙料的线性强度指标,整理得到各参数的均值、方差、分布类型及其相关性系数,并讨论了相关性系数对可靠度指标的影响。 依据统计参数,计算了100m到350m高的面板堆石坝和心墙堆石坝的坝坡稳定安全系数以及可靠度指标。心墙堆石坝坡比值取为1.8、1.9和2.0,面板堆石坝坡比值取为1.3、1.4、1.5和1.6。计算采用课题组研制的3Dstab程序,稳定安全系数采用简化Bishop法,利用粒子群优化算法(PSO)搜索最危险滑弧,在安全系数分析的基础上,采用基于序列近似规划策略的一次二阶矩法(FOSM)计算了坝坡稳定可靠性。计算结果表明:同一坡比下,稳定指标随坝高的增加而减小,随坡比的增大而减小,蓄水期稳定指标高于竣工期。为方便快速估计堆石坝坝坡的稳定指标,根据计算结果拟合出稳定指标与坝高、坡比、地震烈度的关系曲线,并给出了计算结果与拟合结果间的最大相对误差。


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