基于可靠度理论的重力坝抗滑稳定设计方法研究

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重力坝计算原理简单、可建地质类型广泛,是水电水利工程重点结构之一。抗滑稳定是重力坝安全设计中的研究重点,其主要分析方法:单一安全系数法、分项系数极限状态设计法以及可靠度理论设计法。目前实际工程主要采用单一安全系数法。然而,我国现行的水利行业标准《混凝土重力坝设计规范(SL319-2018)》提供了重力坝工程允许安全系数取值规定,此标准中,规定正常工况下允许安全系数均取3。该允许安全系数由工程经验决定,缺乏物理意义无法评估破坏风险。且复算实际工程,发现现存的许多重力坝安全系数均低于设计允许值,说明设计规范中规定的允许安全系数不具有普遍适用性。《混凝土重力坝设计规范(NB/T 35026-2014)》引入了极限状态设计法来解决重力坝抗滑稳定安全问题,该法将复杂的可靠度理论简化运用到工程实践中,在一定程度上可以评估破坏风险,较安全系数法更为科学,然而,在分项系数取值上,仍然存在一些问题。本文为提高安全系数、分项系数取值的合理性,考虑了重力坝的两种破坏模式:沿坝基滑动模式和深层滑动模式,提出了基于可靠度理论的标定工作,并给出了允许安全系数及分项系数的建议值,主要工作如下:(1)本文提供了一种简单的基于可靠度理论标定安全系数的方法,标定过程包括:(i)首先识别重力坝的不确定性;(ii)生成一组具有代表性的重力坝组;(iii)得到安全系数与可靠指标之间的统计关系。(iv)采用90%的保证率将容许安全系数与目标可靠性指标联系起来。通过标定,可以得到按结构等级划分的安全系数建议值。同时,研究了不同标准值取值方法对该标定方法的影响,通过局部敏感性分析及全部敏感性分析讨论标定过程中影响较大的因素。并选取国内8个典型工程实例,验证了推荐安全系数的合理性。(2)本文将安全系数标定理论升级为分项系数标定理论,仍然选取一组特殊重力坝组来生成可靠度指标统计分布,用以表示不同分项系数组的实际安全水平,采用90%的保证率估测目标可靠度指标,引入一个特殊指标来判断最优分项系数组,以此来得到标定结果。通过对比规范及其他文献的标定结果,验证了分项系数取值的合理性。
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