[发明专利]基于全结构面屈服法的坝肩安全系数计算方法

说明书

本发明公开了基于全结构面屈服法的坝肩安全系数计算方法，建立有限元模型，进行初始应力的计算与静力响应分析，然后得出安全系数与结构面屈服面积百分比，以安全系数作为横坐标，以屈服面积百分比为纵坐标，绘制结构面屈服面积百分比‑安全系数曲线图，进而分析拱坝坝肩的稳定性，采用本发明的全结构面屈服分析方法的求解方法更加准确、直观的反映了结构面的破坏情况，避免了人为因素对安全系数取值的影响，较真实反映坝肩的实际工作性态，对拱坝坝肩的稳定安全评价更为合理。

技术领域

本发明属于抗震稳定分析技术领域，具体涉及基于全结构面屈服 法的坝肩安全系数计算方法。

背景技术

拱坝坝肩稳定问题一直是拱坝抗震安全研究中最为关键的问题。 常用的拱坝坝肩岩体稳定安全系数有超载安全系数、强度储备安全系 数和综合安全系数法三种。超载安全系数法常用的超载方式有：超水 荷载，超地震波峰值加速度等。许多学者运用该方法对各种拱坝进行 了数值和模型试验研究，但超载结构承受的诸多作用中的某一作用， 与实际状态不符。因为坝肩岩体结构面的实际抗滑强度是有可能低于 设计采用值的，因此，考虑坝肩岩体抗力在一定范围内降低的降强安 全系数也具有一定的实际意义。陈厚群院士等人提出了以拱坝体系关 键部位的绝对位移或滑动面间残余位移的变形随地震超载倍数或基 岩滑裂面抗剪指标降低倍数发生较明显的突变时，突变拐点对应的超 载系数或降强系数即为坝肩稳定安全系数。在求解安全系数时，该方 法将坝肩可能滑动的各个滑动面及作为抗震薄弱部位的坝基面均按 具有摩尔库伦特性的接触面处理，这已成为坝肩抗震稳定分析研究值 得学习和借鉴的方法，但是对于突变拐点的寻求，则是该安全系数求 解中的难点。

发明内容

本发明的目的是提供基于全结构面屈服法的坝肩安全系数计算 方法，以结构面全部屈服作为失稳标准，以全结构面屈服时对应的强 度折减系数作为坝肩稳定安全系数，本文求解方法更加准确、直观的 反映了结构面的破坏情况，避免了人为因素对安全系数取值的影响。

本发明所采用的技术方案是，基于全结构面屈服法的坝肩安全系 数计算方法，具体步骤如下：

步骤1，初始应力计算：建立坝肩岩体-地基-坝体有限元模型， 进行初始应力的计算；

步骤2，静力响应分析：利用经步骤1计算得到的初始应力，运 用有限元混合接触算法，对经步骤1建立的有限元模型进行静力接触 计算，得到坝肩岩体结构面接触边界上的接触力、坝基接触面接触力、 横缝接触边界上的接触力；

步骤3，将经步骤2计算得到的坝肩岩体结构面接触边界上的接 触力、坝基接触面接触力、横缝接触边界上的接触力引入拱坝整体抗 震稳定分析及强度折减法计算中，得到结构面屈服面积百分比与安全 系数；绘制结构面屈服面积百分比-安全系数曲线图，确定坝肩稳定 安全系数。

其中所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1，设置拱坝抗震稳定分析时边界条件；

步骤3.2，将经步骤2计算得到的坝肩岩体结构面接触边界上的 接触力、坝基接触面接触力、横缝接触边界上的接触力作为初始条件；

步骤3.3，根据目标地质资料，设定坝肩岩体结构面材料的粘聚 力和内摩擦角；

步骤3.4，对经步骤3.3设定的结构面粘聚力和内摩擦角进行折 减，然后将折算后的粘聚力和内摩擦角在经步骤3.1设定的边界条件 与步骤3.2设定的初始条件下进行拱坝抗震稳定分析计算，得到结构 面材料在不同折减系数下折减后的接触状态，记录当前状态的结构面 屈服面积百分比；将步骤3.3在折减过程中的折减系数的倒数即安全 系数作为横坐标，以屈服面积百分比为纵坐标，绘制结构面屈服面积 百分比-安全系数曲线图，确定坝肩稳定安全系数。

本发明的有益效果是