[发明专利]基于结构强度、基础抗滑和整体稳定的拱坝安全评价方法

权利要求书

1.基于结构强度、基础抗滑和整体稳定的拱坝安全评价方法，其特征在于：包括拱坝结构强度安全评价、拱坝坝肩抗滑稳定安全评价、以及拱坝基础整体稳定安全三个部分，其中：拱坝结构强度安全评价包括以下步骤：

步骤一、计算拱坝结构容许强度[R_c]

[R_c]＝f_cu,k·c₁·c₂·c₃·c₄·c₅·μ (公式1)

公式1中，f_cu,k为大坝混凝土设计强度标准值；c₁为尺寸效应影响系数，c₂为龄期效应影响系数，c₃为施工影响系数，c₄为多轴受力影响系数，c₅为其他因素影响系数；μ为材料的比例极限系数；

步骤二、拱梁分载法计算拱坝实际可能最大应力S′

S′＝S·γ₁·γ₂·γ₃·γ₄·γ₅ (公式2)

公式2中，S为拱梁法计算出来的大坝主压应力；γ₁为计算荷载修正系数，γ₂为材料参数修正系数，γ₃为计算方法修正系数，γ₄为施工方法和加载路径修正系数，γ₅为其他误差修正系数；

步骤三、计算拱坝结构安全系数K₁并评价

K₁＝[R_c]/S′ (公式3)

再根据拱坝结构安全系数K₁进行拱坝结构强度安全度评价，评价标准为：设计工况K₁≥2.0；校核工况K₁≥1.5；

其中：拱坝坝肩抗滑稳定安全评价包括以下步骤：

步骤一、确定拱坝坝肩滑块的滑移模式

根据控制性滑块几何构成，以及两岸坝肩岩体结构面的产状及结构面组合情况，分析滑块的组合形式并确定相应的滑移面和滑移模式；其中，滑块的组合形式分为：一陡一缓滑块、两陡一缓滑块和阶梯状滑块，其中：

一陡一缓滑块：由一个陡面(侧滑面)和一个缓面(底滑面)组成；

两陡一缓滑块：由两个陡面(侧滑面)和一个缓面(底滑面)组成；

阶梯状滑块：其侧滑面由一系列错台的陡面形成，每一错台的陡面均为多条陡倾不连续面的一部分，底部可能滑移面由一系列错台的缓面形成，每一错台的缓面均为多条缓倾不连续面的一部分；

步骤二、计算拱坝坝肩抗滑稳定安全系数K₂并评价

根据构成滑块的主滑面性状，选用抗剪断公式或抗剪公式进行坝肩抗滑稳定分析，计算其安全系数K_2c或K_2f，其中：

抗剪断公式：

抗剪公式：

公式4和公式5中，f_1i为结构面i的抗剪断摩擦系数；f_2i为结构面i的抗剪摩擦系数；N_i为垂直于结构面i滑动方向的法向力；c_1i为结构面i的抗剪断凝聚力；A_i为结构面i的面积；T_i为结构面i上沿着滑动方向的滑动力；i为控制性结构面编号；

选用及评价方法为：当主滑移面为脆性结构面时，坝肩抗滑稳定安全系数K₂选用K_2c，评价标准为K_2c≥3.5；当主滑移面为塑性结构面时，坝肩抗滑稳定安全系数K₂选用K_2f，评价标准为K_2f≥1.3；

其中：拱坝基础整体稳定安全评价方法包括以下步骤：

步骤一、计算拱坝整体安全度K₃

利用非线性有限元法和/或地质力学模型试验法建立拱坝整体安全评价模型，采用水容重超载法计算拱坝整体安全度K₃，所述拱坝整体安全度K₃包括：起裂超载系数K₃₁、非线性变形超载系数K₃₂和极限承载能力K₃₃；

其中：起裂超载系数K₃₁是指拱坝或基础局部开始开裂时的荷载超载倍数，对地质力学模型试验，对应坝踵出现宏观裂缝；对非线性有限元，对应坝踵屈服区达到帷幕位置；

非线性变形超载系数K₃₂是指拱坝系统整体开始出现非线性屈服变形时的超载倍数；对应非线性有限元以及地质力学模型试验，均指拱坝变形-超载曲线出现拐点；

极限超载系数K₃₃是指拱坝地基系统整体失稳时的超载倍数；对应非线性有限元指计算不收敛时的超载倍数，对地质力学模型试验，对应坝体底部屈服区贯穿、自然拱破损、开裂屈服区贯穿坝体及基础，千金顶施加的荷载无法进一步增加时的超载倍数；

步骤二、根据K₃进行拱坝整体安全度评价

根据起裂超载系数K₃₁和非线性变形超载系数K₃₂进行拱坝整体安全度评价，评价标准为：K₃₁≥1.5且K₃₁≥3.0。