重力坝坝基复杂滑面分析模型与影响研究

摘要

重力坝是水利工程的重要组成部分，应用广泛。从材料强度和抗滑稳定两角度来看，建基面、基岩薄弱面的稳定性往往称为重力坝整体安全性的控制因素。尤其自2008年汶川地震、2011年福岛核事故以来，对于水工、核电站的极限承载能力的关注提升到新的高度，促进了分析模型的深入研究。相应地，以抗震安全性评价为代表的水工、核电规范做了修订，模型日趋细致，如新版混凝土重力坝设计规范中，增加了基岩多滑动面稳定分析模型。细致化的分析模型，也带来了与规范中传统模型结论协调性等问题。 围绕规范新增的多滑面基岩深层抗滑、台阶状建基面、三维岸坡段的折坡状建基面等重力坝复杂界面的抗滑稳定性分析与参数影响，本文进行了以下研究工作： 1、《混凝土重力坝设计规范》（NB/T35026-2014）中提出的基岩深层多滑动面、双滑动面的分析方法，其中双滑面计算延续老规范，本文将以新规范中多滑动面分析方法进行双滑动面稳定计算，从荷载计算角度对比两种计算模型异同性的控制条件。《水工建筑物抗震设计规范》（NB35407-2015）对设计反应谱及动弹模等参数进行调整，本文将对地震工况下新旧规范的基岩深层抗滑稳定进行对比分析，并探讨参数改变对最小抗力作用比系数下的尾岩滑出角的影响。 2、《混凝土重力坝设计规范》（NB/T35026—2014）基于刚体极限平衡法提出的多滑动面抗滑稳定计算方程是一个关于抗力作用比系数的一元高次方程，以往文献中将基岩多滑动面深层抗滑稳定方程视为全局优化问题，并假定其功能函数单调变化，多采用迭代法求解。本文基本枚举法对功能函数的单调区间进行仔细分析，指出了其中的间断点，讨论局部区间的单调性，筛选出符合实际工程的最优解。在此基础上将高效率的遗传算法GA应用到多滑面局部区间求取最优解中，最后用有限单元法对本文中的两种求解方法进行验证，并对各滑裂面的参数影响性进行分析。 3、基于力与力矩平衡方程及等抗力作用比系数法发展了重力坝岸坡段三维刚体极限平衡法：一、结合坝体层块模型利用分层插值法计算坝体三维外荷载，实现了不同坝体模型三维外荷载的全自动数值分析；二、对于重力坝岸坡段三维抗滑稳定的求解，原方法通过枚举法进行求解，本文引入高效的数学优化方法遗传算法进行求解；三、在此基础上讨论水平段以及斜坡段参数的改变对岸坡段抗滑稳定分析的影响。 本文的研究在课题组编制的GravDamDC重力坝材料力学法静动力分析软件中得到了数值实现，并且在实际工程应用中取得了良好的效果。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 重力坝分析方法及发展现状

1.3 本文研究内容

2 重力坝基岩抗滑稳定基本理论与方法

2.1 重力坝滑动失稳模型分类与特点

2.1.1 重力坝失稳模型分类

2.1.2 重力坝深层抗滑稳定的特点

2.2 坝基面抗滑稳定分析

2.3 基岩深层抗滑稳定分析

2.3.1 刚体极限平衡法

2.3.2 有限元法

2.3.3 分项系数法

2.4 小结

3 基于多滑面理论的基岩深层抗滑稳定分析模型比较

3.1 基岩深层多滑面抗滑稳定分析

3.1.1 多滑动面计算模型

3.1.2 坝体荷载传递方法

3.2 多滑模型与双滑模型抗滑稳定一致性分析

3.2.1 多滑与双滑模型荷载对比

3.2.2 多滑与双滑模型算例比较

3.2.3 不同计算模式下尾岩滑出角搜索

3.3 新旧水工建筑物抗震设计规范下重力坝抗滑稳定分析

3.3.1 振型分解反应谱法

3.3.2 抗震规范中参数改变对抗滑稳定的影响分析

3.4 小结

4 基岩深层多滑面抗滑稳定数值求解方法研究

4.1 基岩深层多滑动面求解模式

4.2 基于枚举法与二分法的深层多滑动面抗滑稳定求解

4.2.1 枚举法

4.2.2 二分法

4.3 基于遗传算法深层多滑动面抗滑稳定求解

4.3.1 遗传算法简介

4.3.2 遗传算法在求解中的具体应用

4.4 算例验证

4.4.1 基于枚举法算例求解

4.4.2 基于遗传算法算例求解

4.4.3 基于有限单元法算例求解

4.4.4 枚举法与遗传算法计算效率对比

4.5 基岩深层多滑面抗滑稳定f、c值影响分析

4.6 特殊滑裂面抗滑稳定分析

4.6.1 台阶建基面抗滑稳定分析

4.6.2 靴型建基面抗滑稳定分析

4.7 小结

5 重力坝岸坡段三维抗滑稳定分析模型与应用

5.1 基本原理与计算公式

5.2 三维折坡段重力坝外荷载计算

5.3 重力坝岸坡段稳定计算求解方法

5.3.1 基于枚举法、二分法求解

5.3.2 基于遗传算法三维岸坡段稳定分析求解

5.3.3 算例比较

5.4 三维重力坝岸坡段滑稳定f、c值影响分析

6 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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