一种重力坝考虑坝基应力分布的深层抗滑稳定计算方法与流程

本发明涉及重力坝坝基稳定性分析，尤其涉及一种重力坝考虑坝基应力分布的深层抗滑稳定计算方法。

背景技术：

1、重力坝是依靠自重产生的抗滑力来挡水的水工建筑物，是水利水电工程中一种常见的坝型。

2、原有重力坝抗滑稳定计算方法在剪出面部分位于坝基下部时，无法考虑重力坝坝基应力分布的影响，导致只能采用有限元法，深层抗滑稳定需要大量试算时费时费力，且掌握起来难度较大。关于重力坝深层抗滑稳定计算方法的现有技术中，如公开号为cn103469780a公开了一种重力坝坝基深层抗滑稳定临界滑动面的计算方法，该方法存在的不足在于只适用于剪出块位于坝趾下游侧的情况，对于坝体产生的垂直作用在剪出块的部分没有考虑，对于剪出块部分或全部位于坝趾上游侧的情况不适用。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种重力坝考虑坝基应力分布的深层抗滑稳定计算方法，克服现有重力坝抗滑稳定计算方法不适应于部分剪出面位于坝基下部的深层抗滑稳定计算的问题。

2、为实现上述目的，本发明提出一种重力坝考虑坝基应力分布的深层抗滑稳定计算方法，包括以下步骤：

3、s1、计算滑动块及剪出块的正应力分布；

4、s2、计算滑动块和剪出块在各自部分的正应力积分；

5、s3、通过正应力积分乘以摩擦系数算出滑动块、剪出块受到的摩擦力；

6、s4、通过滑动面积乘以单位粘聚力算出滑动块、剪出块的粘聚力；

7、s5、计算出滑动块、剪出块沿着滑动面方向的下滑力；

8、s6、通过等安全系数法求解滑动块与剪出块之间的相互作用力；

9、s7、通过下滑力、块间相互作用力、摩擦力、粘聚力计算抗滑稳定安全系数。

10、优选的，在所述步骤s1中，滑动块和剪出块上部坝体的作用按照坝基应力的分布进行积分来体现；假定滑动块与剪出块分界破裂面中坝体无水压力分布，岩体中有水压力分布；不计坝基扬压力情况下，滑动块及剪出块正应力的计算公式如下：

11、

12、

13、式中：

14、坝踵处竖向正应力、坝趾处竖向正应力，单位kpa；

15、∑wr：不计坝基扬压力情况下，坝基面上全部法向作用之和，向下为正，单位为kn；

16、∑mr：全部作用对坝基面形心的力矩之和，逆时针方向为正，单位为kn·m；

17、ar：坝基面的面积，单位为m2；

18、jr：坝基面对形心轴的惯性矩，单位为m4；

19、tr：坝踵或坝趾到形心轴的距离，单位为m。

20、优选的，在所述步骤s2中，按照单宽作用在滑动块和剪出块上的竖向坝体作用力计算公式如下：

21、

22、

23、式中：

24、fa为作用在滑动块上的坝体竖向作用力，单位为kn；

25、fb为作用在剪出块上的坝体竖向作用力，单位为kn；

26、x为假定滑动块与剪出块分界破裂面距坝踵距离，单位为m；

27、b为坝基长度，单位为m。

28、优选的，在所述步骤s3中，滑动块、剪出块的摩擦力计算公式如下：

29、fu＝f′d1facosα；

30、fd＝f′d2fbcosβ；

31、式中：

32、fu、fd分别为滑动块、剪出块受到的摩擦力；

33、f′d1、f′d2分别为滑动块、剪出块岩体上对应的ab、bc滑动面的抗剪断摩擦系数；

34、α、β分别为滑动块、剪出块岩体上对应的ab、bc滑动面与水平面的夹角。优选的，在所述步骤s4中，滑动块、剪出块的粘聚力计算公式如下：

35、cu＝c′d1a1；

36、cd＝c′d2a2；

37、式中：

38、cu和cd分别为滑动块、剪出块的粘聚力；

39、c′d1、c′d2分别为滑动块、剪出块岩体上对应的ab、bc滑动面的抗剪断凝聚力，单位为kpa；

40、a1、a2分别为滑动块、剪出块岩体上对应的ab、bc面的面积，单位为m2。

41、优选的，在所述步骤s5中，下滑力的计算公式为：

42、

43、

44、在所述步骤s6中，滑动块与剪出块之间的相互作用力的计算公式为：

45、

46、

47、式中：

48、g1、g2分别为滑动块、剪出块对应的岩体abd、bcd重量的垂直作用，单位为kn；

49、p为坝体传到滑动块的水平力，单位为kn；

50、su和sd分别为滑动块、剪出块沿着滑动面方向的下滑力，单位为kn；

51、u1、u2、u3分别为滑动块、剪出块对应的岩体上ab、bc、bd面上的扬压力，单位为kn；

52、γ0为结构重要性系数，γd为结构系数，ψ为设计状况系数；

53、q、分别为bd面上的作用力及作用力与水平面的夹角，可取有限元分析时bd面上各点主应力的平均倾角，从偏于安全考虑可取为0。

54、优选的，在所述步骤s6中，通过等安全系数法求解滑动块与剪出块之间的相互作用力时，根据η＝η1＝η2求出作用力q。

55、由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：

56、(1)与现有重力坝抗滑稳定材料力学计算方法相比，本发明提提出方法考虑了坝基应力分布对于深层抗滑稳定的影响，与现有重力坝抗滑稳定采用有限元方法相比，本发明提出的重力坝考虑坝基应力分布的深层抗滑稳定计算方法具有计算简洁速度快的优点。

57、(2)由于重力坝应力分布为坝趾大于坝踵，因此计算滑动模式剪出块在坝基范围内时，作用在坝趾上的实际摩擦力就远大于原来简单的均匀分布假设计算出的摩擦力，可以较大程度的提高抗滑稳定安全系数，较原来均匀分布假设，可以较大程度的节省重力坝坝体方量，具有显著的经济效益。

技术特征：

1.一种重力坝考虑坝基应力分布的深层抗滑稳定计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种重力坝考虑坝基应力分布的深层抗滑稳定计算方法，其特征在于，在所述步骤s1中，滑动块和剪出块上部坝体的作用按照坝基应力的分布进行积分来体现；假定滑动块与剪出块分界破裂面中坝体无水压力分布，岩体中有水压力分布；不计坝基扬压力情况下，滑动块及剪出块正应力的计算公式如下：

3.如权利要求2所述的一种重力坝考虑坝基应力分布的深层抗滑稳定计算方法，其特征在于，在所述步骤s2中，按照单宽作用在滑动块和剪出块上的竖向坝体作用力计算公式如下：

4.如权利要求3所述的一种重力坝考虑坝基应力分布的深层抗滑稳定计算方法，其特征在于，在所述步骤s3中，滑动块、剪出块的摩擦力计算公式如下：

5.如权利要求4所述的一种重力坝考虑坝基应力分布的深层抗滑稳定计算方法，其特征在于，在所述步骤s4中，滑动块、剪出块的粘聚力计算公式如下：

6.如权利要求5所述的一种重力坝考虑坝基应力分布的深层抗滑稳定计算方法，其特征在于，在所述步骤s5中，下滑力的计算公式为：

7.如权利要求6所述的一种重力坝考虑坝基应力分布的深层抗滑稳定计算方法，其特征在于，在所述步骤s6中，通过等安全系数法求解滑动块与剪出块之间的相互作用力时，根据η＝η1＝η2求出作用力q。

技术总结本发明公开了一种重力坝考虑坝基应力分布的深层抗滑稳定计算方法，属于重力坝坝基稳定性分析技术领域。该方法包括以下步骤：S1、计算滑动块及剪出块的正应力分布；S2、计算滑动块和剪出块在各自部分的正应力积分；S3、通过正应力积分乘以摩擦系数算出滑动块、剪出块受到的摩擦力；S4、通过滑动面积乘以单位粘聚力算出滑动块、剪出块的粘聚力；S5、计算出滑动块、剪出块沿着滑动面方向的下滑力；S6、通过等安全系数法求解滑动块与剪出块之间的相互作用力；S7、通过下滑力、块间相互作用力、摩擦力、粘聚力计算抗滑稳定安全系数。本发明提出的重力坝考虑坝基应力分布的深层抗滑稳定计算方法具有计算简洁速度快的优点。技术研发人员：郝鹏,湛正刚,张合作,蔡大咏,陈本龙,苗君,兰峰,赵飞受保护的技术使用者：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20