1、 土石壩邊坡穩(wěn)定可靠度分析與設(shè)計(jì)張 明 1, 劉金勇 2, 麥家煊 1(1. 清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 (籌 , 北京 100084;2. 黃河水利委員會(huì)勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 , 鄭州 450003摘 要 :針對(duì)在水利工程中土石壩邊坡穩(wěn)定分析和設(shè)計(jì)相對(duì)落后的現(xiàn)狀 , 本文以概率統(tǒng)計(jì)和結(jié)構(gòu)可靠度理論為基礎(chǔ) , 對(duì) 土石壩邊坡穩(wěn)定可靠度分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題 , 包括土石壩抗剪強(qiáng)度參數(shù)粘聚力和內(nèi)摩擦角的統(tǒng)計(jì)方法和統(tǒng)計(jì)特性 , 土石壩邊 坡穩(wěn)定可靠度分析方法 , 設(shè)計(jì)表達(dá)式中標(biāo)準(zhǔn)值和分項(xiàng)系數(shù)的取值問(wèn)題等 , 進(jìn)行了分析研究 , 并結(jié)合工程實(shí)例做了簡(jiǎn)要說(shuō) 明 。 本文還給出了采用 M ont

2、e Carlo 方法搜索臨界滑裂面并求解最小可靠指標(biāo)的具體做法 , 標(biāo)間的關(guān)系確定結(jié)構(gòu)系數(shù)的方法 。關(guān)鍵詞 :水工結(jié)構(gòu) ; 邊坡穩(wěn)定 ; 結(jié)構(gòu)可靠度 ; 土石壩 ; 可靠指標(biāo) ; 中圖分類號(hào) :T V31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :AR of slope stability of earth 2rock damZH ANG Ming 1,LI U Jiny ong 2,MAI Jiaxuan 1(1. State K ey Laboratory o f Hydroscience and Engineering , Tsinghua Univer sity , Beijing 100084;2. Reconn

3、aissance , Planning , Design and Research Institute , Yellow River Conservancy Commission , Zhengzhou 450003 Abstract :C onsidering the unadvanced analysis and design of earth 2rock dam at present ,the main problems in the stability reliability analysis and design of earth 2rock dams are studied in

4、detail in this paper based on the probability statistics and the theory of structural reliability. These problems include the statistical method and the statistical characteristics of the shearing strength parameters ,i. e. the cohesion and internal fraction angle ,the method for analyzing the slope

5、 2stability reliability of earth 2rock dam , the evaluation of the standard values and the partial coefficients in design expression. All these discussions are illuminated with illustrative engineering exam ples. In addition ,this paper presents the im plementation procedure of M onte Carlo method f

6、or searching the critical slip surface and com puting the minimum reliability index , and proposes the method of com puting structural coefficient by the relation between safety factor and reliability index.K ey w ords :hydraulic structure ; slope stability ; structural reliability ; earth 2rock dam

7、 ; reliability index ; partial coefficient收稿日期 :2005201228作者簡(jiǎn)介 :張明 (1965 , 副教授 , 博士 在所有結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域 , 運(yùn)用可靠度理論和方法進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)已成為一種趨勢(shì) 1。 在水利工程中 , 已制定實(shí)施了 水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) (G B 50199294 2(以下簡(jiǎn)稱 水工統(tǒng)標(biāo), 可靠度理論在水工鋼筋 混凝土結(jié)構(gòu) 、 混凝土重力壩等結(jié)構(gòu)分析中已得到應(yīng)用 37, 但在土石壩工程中應(yīng)用的成功實(shí)例并不多 。目前土石 壩的設(shè)計(jì)仍采用傳統(tǒng)單一安全系數(shù)設(shè)計(jì)的定值方法 , 未能考慮設(shè)計(jì)變量中客觀存在的變異性 , 因而不能

8、全面準(zhǔn)確地反映大壩的安全度 。 國(guó)內(nèi)近年來(lái)對(duì)土坡及部分土石壩邊坡穩(wěn)定可靠度的研究工作 811, 僅局限于計(jì)算分析可靠度指標(biāo) , 對(duì)于分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法及其配套的標(biāo)準(zhǔn)值和分項(xiàng)系數(shù)取值方面的研究較少 。這使得土石壩工 程的設(shè)計(jì)與分析較其它類型工程相對(duì)落后 , 也與現(xiàn)行國(guó)標(biāo) 水工統(tǒng)標(biāo) 的要求很不協(xié)調(diào) 。 因此 , 開(kāi)展土石壩工程穩(wěn) 定可靠度分析和設(shè)計(jì)的研究工作 , 分析現(xiàn)有土石壩的安全可靠度水準(zhǔn) , 對(duì)指導(dǎo)工程的設(shè)計(jì) 、 施工及運(yùn)行管理 , 使現(xiàn) 行的定值設(shè)計(jì)方法逐步轉(zhuǎn)到分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 , 具有重要意義 。本文對(duì)土石壩邊坡穩(wěn)定可靠度設(shè)計(jì)和分析問(wèn)題進(jìn)行了研究 , 首先討論土石壩抗剪強(qiáng)度參

9、數(shù)粘聚力 c 和內(nèi)摩 第 25卷 第 2期2006年 4月 水 力 發(fā) 電 學(xué) 報(bào) JOURNA L OF HY DROE LECTRIC E NGI NEERI NG V ol. 25 N o. 2Apr. , 2006 擦角 <的統(tǒng)計(jì)方法和統(tǒng)計(jì)特性 , c 和 <之間的相關(guān)性及其對(duì)可靠度計(jì)算結(jié)果的影響 ; 接著詳細(xì)介紹土石壩邊坡穩(wěn) 定可靠度分析的原理和方法 , 重點(diǎn)在于最小可靠指標(biāo)的計(jì)算和目標(biāo)可靠指標(biāo)的確定 ; 最后對(duì)土石壩概率極限設(shè)計(jì) 表達(dá)式應(yīng)采用的材料性能標(biāo)準(zhǔn)值和分項(xiàng)系數(shù)的分析與確定做了探討 , 給出了結(jié)構(gòu)系數(shù)的求解方法 , 每一部分均結(jié) 合作者的工作進(jìn)行必要的分析說(shuō)明 。

10、 因本文旨在對(duì)土石壩邊坡穩(wěn)定可靠度分析與研究一些基本問(wèn)題的討論 , 限 于篇幅 , 本文不涉及這些研究的細(xì)節(jié) , 僅介紹主要的做法和所得的計(jì)算結(jié)果和結(jié)論 。1 土石壩邊坡穩(wěn)定參數(shù)的統(tǒng)計(jì)應(yīng)用可靠度理論于土石壩穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)應(yīng)首先確定基本隨機(jī)變量 , 這些基本變量可以是幾何尺寸 、 材料性能指 標(biāo)和作用荷載等 。 在影響土石壩穩(wěn)定的諸多因素中 , 抗剪強(qiáng)度指標(biāo) c 和 <對(duì)邊坡穩(wěn)定分析成果的可靠性影響最 大 , 需研究其統(tǒng)計(jì)方法 、 統(tǒng)計(jì)特性以及參數(shù)取值等問(wèn)題 。作者采用直接統(tǒng)計(jì)和線性回歸兩種方法 , 對(duì)小浪底 、 西霞院 、 磧口工程大壩心墻土料抗剪強(qiáng)度參數(shù) c 和 <進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析 1

11、0, 發(fā)現(xiàn)不同的統(tǒng)計(jì)方法所得的統(tǒng)計(jì)結(jié)果受樣本容量影響較大 , 有一定影響 。 如對(duì)小浪底工程 , 樣本容量為 64, 10; , 統(tǒng)計(jì) 結(jié)果有的相差超過(guò)了 50%。 相比較而言 , <值相差較小 , ; , 對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較 大 。 因此 , 在進(jìn)行可靠度計(jì)算時(shí) , , 可按定值考慮 。 此外 , 直接統(tǒng)計(jì)法 具有使用方便 、 、 , 可以作為主要統(tǒng)計(jì)分析方法 。6, 在進(jìn)行可靠度分析時(shí)必須選擇一種合適的檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)其概型分布 。 Anders on 2Darling (A 2 檢驗(yàn)法 1, 通過(guò)對(duì)小浪底 、 西霞院等工程用不同試驗(yàn)方法得出的 c 和 <進(jìn)行概率分布假設(shè)檢驗(yàn) , 發(fā)

12、現(xiàn) c 和 <多呈正態(tài)分布 , 也有服從對(duì)數(shù)正態(tài)和極值 I 型分布情 況 , 但當(dāng)統(tǒng)計(jì)子樣足夠多時(shí)多呈正態(tài)分布 。隨機(jī)變量之間的相關(guān)性對(duì)其方差有重要影響 , 這種影響有時(shí)達(dá) 40%9。 通過(guò)研究小浪底 、 西霞院等工程的 c和 <值之間的相關(guān)性及其對(duì)均值和標(biāo)準(zhǔn)差的影響 , 發(fā)現(xiàn) c 和 <值之間呈負(fù)相關(guān) , 有的相關(guān)系數(shù)高達(dá) 017。 2 土石壩邊坡穩(wěn)定可靠度分析211 方法簡(jiǎn)介描述土石壩結(jié)構(gòu)邊坡穩(wěn)定極限狀態(tài)的功能函數(shù) Z 可定義為5Z =g (x =R (x -S (x (1 式中 x 為影響可靠度的一組隨機(jī)變量 , 如 x =(c , <, , R (x 為結(jié)構(gòu)抗力

13、函數(shù) , S (x 為結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)函數(shù) 。 結(jié)構(gòu)當(dāng) Z <0時(shí)處于失效狀態(tài) , 當(dāng) Z >0時(shí)處于可靠狀態(tài) , 當(dāng) Z =0時(shí)處于極限狀態(tài) 。 Z =0即為極限狀態(tài)方程 。建立極限狀態(tài)方程時(shí)應(yīng)與現(xiàn)有的穩(wěn)定分析體系保持一致 , 按 水工統(tǒng)標(biāo) 的要求以現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的計(jì)算方法為主 。 碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范(S L27422001 11規(guī)定 , 建立極限狀態(tài)方程時(shí) , 對(duì)于圓弧滑動(dòng)可采用簡(jiǎn)化 Bishop 法 , 對(duì)屬于非圓弧滑動(dòng)面情況 , 可采用 M orgenstern 2Price 法 。以適用于圓弧滑動(dòng)的簡(jiǎn)化 Bishop 法為例 , 令其定義的安全系數(shù)為 1, 可得出相應(yīng)的極限

14、狀態(tài)方程為Z =R (x -S (x =n i =1c i b i +(W i ±V i -u i b i tan < i cos i +sin i tan < i -n i =1(W i ±V i sin i +M c i R =0(2 圖 1 Bishop 法示意圖 Fig. 1 Diagrammatic sketch of Bishop method式中 :i 為土條序號(hào) , W i 為土條重量 , u i 為作用于土條底面的孔隙水壓力 , i 為條塊重力線與此條塊底面中點(diǎn)的 徑向的交角 (見(jiàn)圖 1 , b i 為土條寬度 , c i 和 < i 為

15、土條底面的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo) , Q i 和 V i 分別為水平和垂直 地震慣性力 , V i 向上 , 其前面取 “ -” 號(hào) , 反之取 “ +” , M c i 為Q i 對(duì)圓心的力矩 , R 為圓弧半徑 , n 為土條總數(shù) 。 利用極限狀態(tài)方程即可對(duì)任一滑裂面進(jìn)行穩(wěn)定可靠度計(jì)算 , 而只有可靠度最小的臨界滑裂面才是實(shí)際可能發(fā)生的 。 確定性分析中自動(dòng)搜索最小安全系數(shù)的方法 , 同樣適合最小可靠指標(biāo)的計(jì)算 。 可首先計(jì)算一個(gè)特定的滑裂面的可靠度指標(biāo) ; 在此滑裂面周圍尋找一個(gè)臨界滑裂面 , 它給出最小可靠指標(biāo) 7.在可靠度分析方法方面 , 水工統(tǒng)標(biāo) 推薦一次二階矩 401水 力 發(fā) 電

16、 學(xué) 報(bào) 2006年 法 (JC 法 為可靠指標(biāo)的計(jì)算方法 。 該法對(duì)非正態(tài)變量在驗(yàn)算點(diǎn)處要先行當(dāng)量正態(tài)化 , 對(duì)于像巖土這類材料 , 自 變量數(shù)目較多且非線性程度很高 , 在數(shù)學(xué)處理上可能較為復(fù)雜 , 且當(dāng)隨機(jī)變量變異較大時(shí) , 其結(jié)果可能遠(yuǎn)離精確 解 。 本文采用具有計(jì)算方法簡(jiǎn)便 、 計(jì)算收斂與維數(shù)無(wú)關(guān) 、 便于在微機(jī)上數(shù)值實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)的 M onte Carlo 方法 8作為 主要計(jì)算分析方法 。M onte Carlo 法的基本思路 , 就是對(duì)影響結(jié)構(gòu)可靠度的各隨機(jī)變量進(jìn)行大量隨機(jī)抽樣 , 然后將這些抽樣值逐組 代入到結(jié)構(gòu)功能函數(shù) Z 中 , 以大量試驗(yàn)中 Z <0的頻率來(lái)估計(jì)結(jié)構(gòu)

17、的失效概率 。 用該法求解土石壩最小可靠指 標(biāo) 的過(guò)程可歸納為以下步驟 :(1 生成 (0,1 開(kāi)區(qū)間上的均勻分布隨機(jī)數(shù) t i ;(2 利用 t i 經(jīng)坐標(biāo)變換和反函數(shù)等方法生成 c 和 <在實(shí)際概型分布情況下的模擬抽樣值 ;(3 把模擬抽樣值代入有關(guān)土石壩穩(wěn)定計(jì)算公式 , 如式 (2 , 求最危險(xiǎn)滑動(dòng)狀態(tài)下的功能函數(shù) Z ;(4 重復(fù)步驟 (1 至 (3 , 累積記錄 Z <0的次數(shù) N f 和總計(jì)算次數(shù) N ;(5 當(dāng)計(jì)算次數(shù)足夠多時(shí) , 如 N >100/P f (P f 。最后求失效概率 P f =N f N , 則可靠度指標(biāo) =-1(P f , 其中 -1。212

18、 目標(biāo)可靠指標(biāo)的確定結(jié)構(gòu)的最小可靠指標(biāo) 0, 確定土 。 首先按現(xiàn)行規(guī)范擬定出一個(gè)具體土石壩工 程斷面 , , 分析計(jì)算其可靠指標(biāo) , 采用校準(zhǔn)法對(duì)工程進(jìn) 行反演分析 , 確定現(xiàn)行土石壩設(shè)計(jì)總體應(yīng)達(dá)到的可靠度水準(zhǔn) 。 然后根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn) , 對(duì)已運(yùn)行多年的經(jīng)過(guò)考驗(yàn) 的土石壩進(jìn)行分析 , 并考慮安全與經(jīng)濟(jì)的最佳平衡 , 結(jié)合 水工統(tǒng)標(biāo) 建議值確定其可靠度水平 。作者利用簡(jiǎn)化 Bishop 法對(duì)前述三座土石壩工程在不同工況下一些斷面的可靠度做了計(jì)算10, 其結(jié)果列于表 1。表 1 三座土石壩工程的邊坡穩(wěn)定可靠指標(biāo)T able 1 The reliability indexes of the sl

19、ope stability of three earth 2rock d ams 工程名稱 壩型及壩高 工程規(guī)模 計(jì)算斷面運(yùn)行工況 可靠指標(biāo) 小浪底 粘土斜心墻堆石壩 160m 大 ( 型 0+21715施工期上游坡 615650+38715施工期下游坡 817970+38715穩(wěn)定滲流期下游坡 817370+38715穩(wěn)定滲流遇地震下游坡 611230+21715水位降落上游坡 511920+21715不利水位上游坡71092西霞院 粘土斜心墻砂礫石壩 21m 大 ( 型 灘地水平 施工期上游坡51936灘地水平 地震期上游坡41051灘地水平 134水位上游坡51748磧口 斜心墻堆石壩

20、14315m 大 (型 D0+780施工期上游坡51578D0+780施工期下游坡71350D0+780穩(wěn)定滲流期下游坡61371D0+780穩(wěn)定滲流遇地震下游坡51857D0+780水位降落上游坡61423D0+780不利水位上游坡 51626從中可以看出 , 三座工程的可靠指標(biāo)的計(jì)算值均大于 水工統(tǒng)標(biāo) 中目標(biāo)可靠指標(biāo)的建議值 ( 水工統(tǒng)標(biāo) 建議目標(biāo)可靠指標(biāo) , 級(jí)壩為 412, 級(jí)壩 312 。 可能有以下兩方面原因 :一是這些工程都是大 、 大 型工程 , 建筑 物級(jí)別都比較高 , 設(shè)計(jì)安全系數(shù)較大 ; 二是這三座土石壩都是非均質(zhì)土石壩 , 有多個(gè)土層 , 而在本文計(jì)算中 , 僅考 慮粘

21、土料的變異 , 其它筑壩料都按定值考慮 , 從而對(duì)計(jì)算結(jié)果也產(chǎn)生一定影響 。本文只計(jì)算三座土石壩的可靠 度 , 還不具有廣泛的代表性 , 但由上述討論可知 , 可靠度分析與校準(zhǔn)工作非常重要 , 它是對(duì)原設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行修訂的 基礎(chǔ) 。501第 2期 張 明等 :土石壩邊坡穩(wěn)定可靠度分析與設(shè)計(jì) 3 土石壩邊坡穩(wěn)定可靠度設(shè)計(jì)311 標(biāo)準(zhǔn)值和分項(xiàng)系數(shù)取值問(wèn)題的考慮可靠度理論在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具體體現(xiàn)為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)表達(dá)式?，F(xiàn)行的土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范 11不適應(yīng) 水工統(tǒng)標(biāo) 的 要求 , 需按其關(guān)于概率極限設(shè)計(jì)法的規(guī)定進(jìn)行修訂 , 以可靠指標(biāo)度量土石壩結(jié)構(gòu)的可靠度 , 并據(jù)此采用五個(gè)分項(xiàng) 系數(shù) (結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 、 設(shè)計(jì)狀

22、況系數(shù) 、 作用分項(xiàng)系數(shù) 、 材料性能分項(xiàng)系數(shù)和結(jié)構(gòu)系數(shù) 的設(shè)計(jì)式 , 以替代現(xiàn)在的單 一安全系數(shù)設(shè)計(jì)法 。分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)式與單一安全系數(shù)設(shè)計(jì)式的不同之處是它由一組分項(xiàng)系數(shù)和設(shè)計(jì)代表值所組成 。按 水工統(tǒng) 標(biāo) 規(guī)定 , 水工結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)基本組合的設(shè)計(jì)式可統(tǒng)一寫成0S R d (3式中 0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) ; 為設(shè)計(jì)狀態(tài)系數(shù) ; d 為承載能力極限狀態(tài)基本組合的結(jié)構(gòu)系數(shù) ; S 為荷載效應(yīng)組 合設(shè)計(jì)值 , 其中包含各種作用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值及其分項(xiàng)系數(shù) ; R , 分項(xiàng)系數(shù) 。由于土石壩壩體尺寸較大 , , , 容重 、 浸潤(rùn)線位置也 是基本不變的 , 因此 , , 。 水工統(tǒng)標(biāo) 規(guī)定 , 在采

23、用極限 狀態(tài)設(shè)計(jì)法時(shí) , 011分位值 。 通過(guò)對(duì)分項(xiàng)系數(shù)的優(yōu)選 , 能使各種設(shè)計(jì)情況總體 上滿足規(guī)定的可靠度水平 (目標(biāo)可靠指標(biāo) 。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)在 水工統(tǒng)標(biāo) 中已有明確規(guī)定 , 對(duì)應(yīng) , 和 級(jí)結(jié)構(gòu) , 其結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)分別為 111,110和 019。不同設(shè)計(jì)工況應(yīng)有不同的目標(biāo)可靠指標(biāo) 。 對(duì)應(yīng)土石壩工程設(shè)計(jì)條件中的穩(wěn)定滲流期 、 水庫(kù)水位降落期 、 施工 期 、 穩(wěn)定滲流遇地震等工作狀況 , 設(shè)計(jì)狀態(tài)系數(shù)應(yīng)分別取不同的數(shù)值 。 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) , 參考 水工統(tǒng)標(biāo) 給出的確 定原則及有關(guān)規(guī)范的確定方法 , 本文初步建議設(shè)計(jì)狀態(tài)系數(shù)對(duì)應(yīng)于穩(wěn)定滲流期 、 不利水位情況取 110, 施工期取 0

24、195, 水庫(kù)水位降落期和穩(wěn)定滲流遇地震情況取 0185。土石壩結(jié)構(gòu)主要受其自身重力作用 。 按 水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范 (D L507721997 12的規(guī)定 , 土石壩自重的作用分項(xiàng)系數(shù)取 110。 水工統(tǒng)標(biāo) 規(guī)定 , 考慮材料性能對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)值的不利變異 , 材料性能分項(xiàng)系數(shù)為材料性能的 標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計(jì)值的比值 。確定結(jié)構(gòu)系數(shù)時(shí) , 應(yīng)保證采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的土石壩的穩(wěn)定可靠指標(biāo)不低于目標(biāo)可靠指標(biāo)的規(guī) 定限值 , 且設(shè)計(jì)的土石壩斷面與現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)的相比在總體上接近 。 在保證可靠指標(biāo)達(dá)到規(guī)定值的前提下 , 和 級(jí)土石壩的工程量允許略有減小 。 綜合這些考慮 , 一種利用安全系數(shù)和可靠指

25、標(biāo)間的關(guān)系求解結(jié)構(gòu)系數(shù)方法 可表述如下 :(1 利用已知隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù) 、 概率分布函數(shù)和極限狀態(tài)方程 , 按上節(jié)所述的方法 、 步驟 , 計(jì)算出該工況 下的可靠指標(biāo) ;(2 比較所得的可靠指標(biāo) 與目標(biāo)可靠指標(biāo) 0, 將 適當(dāng)增減 , 以得到與 0接近的 值 , 并求出該可靠指標(biāo) 下的抗力和作用效應(yīng)的變異系數(shù) V R 和 V S ;(3 對(duì)抗力和作用效應(yīng)函數(shù)進(jìn)行概型判斷 , 若為非正態(tài)分布 , 首先進(jìn)行當(dāng)量正態(tài)化 。接著用安全系數(shù)和可靠 度間的關(guān)系式 5, 求出 R /S ;(4 用所得的 R /S , 由式 (3 求出結(jié)構(gòu)系數(shù) d 。作者用該法對(duì)小浪底和西霞院工程大壩 C D 試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)

26、應(yīng)的結(jié)構(gòu)系數(shù)做了計(jì)算 , 結(jié)果分別為 1106和 111810, 可供參考 。312 小浪底工程大壩按可靠度設(shè)計(jì)校核例黃河小浪底水利樞紐位于河南洛陽(yáng)市以北 40km 黃河中游最后一個(gè)峽谷出口處 , 壩址控制流域面積 69142萬(wàn) km 2, 水庫(kù)總庫(kù)容 12615億 m 3, 總裝機(jī)容量 1800MW , 多年平均發(fā)電量 51億 kW h , 以防洪 (包括防凌 、 減淤為主 , 兼顧供水 、 灌溉和發(fā)電 , 蓄清排渾 , 興利除害 , 綜合利用 。 小浪底土石壩為帶有內(nèi)鋪蓋的粘土斜心墻堆石壩 , 最大 壩高 160m , 壩頂長(zhǎng) 1667m , 壩底寬 864m , 壩基砂卵石覆蓋層最深達(dá)

27、80m 。601水 力 發(fā) 電 學(xué) 報(bào) 2006年 對(duì)大壩 0+21715斷面上游坡按承載能力分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)校核 。小浪底工程大壩屬一級(jí) 建筑物 , 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 0=111。考慮不利水位 23010m 情況 , 設(shè)計(jì)狀態(tài)系數(shù) =110; 取結(jié)構(gòu)系數(shù) d =1106; 內(nèi) 摩擦角的設(shè)計(jì)值 <=24102/1107=22145°, 粘聚力的設(shè)計(jì)值 c =01334/11995=01167MPa 。 采用簡(jiǎn)化 Bishop 法 , 分成 20個(gè)土條 , 利用式 (2 計(jì)算得到荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值 S =58302kN , 抗力設(shè)計(jì)值 R =108230kN 。 由此可求出 0S =64133kN , R d =102103kN , 滿足設(shè)計(jì)表達(dá)式 (3 , 但富余較多 , 說(shuō)明若按分項(xiàng)系數(shù)可靠度分析 , 還可再減小大壩 工程量 。4 結(jié)論(1 本文利用概率統(tǒng)計(jì)和可靠度理論 , 針對(duì)土石壩工程的特點(diǎn) , 介紹了土石壩可靠度設(shè)計(jì)的原理與方法 , 并結(jié) 合具體工程實(shí)例進(jìn)行了分析說(shuō)明 。 采用可靠度理論進(jìn)行土石壩設(shè)計(jì)與目前采用的單一安全系數(shù)設(shè)計(jì)相比更科學(xué) 先進(jìn) 。 本文的工作可為類似工程開(kāi)展可靠度研究與設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn) , 也可為今后編制 、 修訂按可靠度理論的土石壩 設(shè)計(jì)規(guī)范提供參考 。(2 抗剪強(qiáng)度參數(shù) c 和 <, 結(jié)果都有一定影響 。 。(3