土石坝边坡稳定可靠度分析与设计

针对在水利工程中土石坝边坡稳定分析和设计相对落后的现状,本文以概率统计和结构可靠度理论为基础,对土石坝边坡稳定可靠度分析和设计问题,包括土石坝抗剪强度参数粘聚力和内摩擦角的统计方法和统计特性,土石坝边坡稳定可靠度分析方法,设计表达式中标准值和分项系数的取值问题等,进行了分析研究,并结合工程实例做了简要说明。本文还给出了采用Monte Carlo方法搜索临界滑裂面并求解最小可靠指标的具体做法,以及利用安全系数与可靠指标间的关系确定结构系数的方法。     

基于±800 kV特高压直流输电线路的中美规范风荷载对比研究

针对±800 kV特高压直流输电线路设计的中美标准,从结构重要性系数、分项系数、重现期等方面对风荷载进行全面探讨分析,并深入研究基本风速、地形地貌和高度影响因素、风载体型系数以及动力特性的取值方法。结合典型±800 kV特高压直流输变电工程,将中美规范的风荷载进行对比分析,得出美国规范的线条风荷载和塔身风荷载标准值均高于中国规范,但线条风荷载设计值小于中国规范30%左右,塔身风荷载总设计值（各风压段之和）与中国规范基本相等。结合典型杆塔计算分析,发现美国规范的风荷载整体设计水平低于中国规范约23%。     

高土石坝坝坡抗震稳定分析的研究

利用拟静力法进行高土石坝坝坡抗震稳定分析时,地震荷载按照现行<水工建筑物抗震设计规范>(DL5073-1997)建议的土石坝地震加速度动态分布系数图示确定.但是此图示只适用于150m以下的土石坝,而目前许多土石坝的设计高度已远大于150m.与低坝相比,高坝的高阶自振周期与地震卓越周期遇合的机率增大,高阶振型的振动易于被激发放大,从而导致坝体地震加速度沿坝高分布与低坝有所不同.本文采用有限元法研究了高土石坝的加速度分布,提出了250m级高土石坝的地震加速度动态分布系数图示,并以此确定地震荷载,同时利用筑坝材料的非线性强度准则和土体动强度准则,对250m级高土石坝坝坡抗震稳定性作了进一步的讨论.     

均质土坡抗震稳定安全度拟静力分析方法探讨

利用拟静力法进行边坡抗震稳定分析时,地震荷载按照现行《水电水利工程边坡设计规范》（DL/T5353-2006）中建议,采用土石坝地震加速度动态分布系数图确定。但是由于边坡为单面凌空,因而动力特性和土石坝有明显不同。本文采用有限元结合反应谱法对具有相同高度的边坡和土石坝进行动力反应分析,结果表明边坡的加速度放大系数和土石坝有很大的不同,采用规范中规定的土石坝的动态分布系数是不合理的,进而提出了边坡的地震加速度动态分布系数的建议线,并以此确定地震荷载。同时采用算例证明了建议线的合理性。     

输电结构基于可靠度设计的若干问题探讨

根据现有技术规程规范和设计经验,重点探讨输电结构在可靠度设计中的若干重要问题,包括重现期与设计使用年限、结构重要性系数与可靠指标、基础附加分项系数与安全系数法,并针对这些问题提出相关的建议。     

原状土基础剪切法抗拔设计的可靠度校准分析

结合现行DL/T 5219-2005规定给出的＂剪切法＂抗拔设计方法及典型地区黏性土和戈壁滩碎石土的试验数据,应用可靠度理论建立输电塔原状土基础抗拔稳定的极限状态方程,确定剪切法计算变量的统计参数和分布规律。基于一次二阶矩法对原状土基础剪切法抗拔设计的可靠度水平进行校准分析,考察了分项系数、抗力变异性及计算模式不定性等参数的影响。结果表明：对黏性土,现行规定的剪切法抗拔设计的原状土基础可靠度指标β约为4.43;对戈壁滩碎石土,计算得到的可靠度水平更高。上述结论可为DL/T5219的修编提供参考。     

土石坝震害与抗震安全

结合世界上地震区已建土石坝的震害调查,对主要震害型式、产生机理以及防止震害的对策进行了剖析,分析了现代碾压式高土石坝抗震性能优良的内在原因。从设防标准、抗震能力与抗震风险以及坝体填筑设计质量控制指标等方面论证了现阶段强震区高土石坝建设需重视的问题。在深入开展土石坝抗震理论研究的基础上,适当提高坝料填筑设计指标以控制有害变形,强震区300m级高土石坝的建设是安全可行的。     

重力坝抗滑稳定可靠度分析：（一）相对安全率方法

随着可靠度理论在结构和岩土工程领域日益得到广泛的应用,诸如强度指标变异系数的取值、评判标准的合理性及与确定性模型计算结果的相关关系等问题亟待解决。本文提出可靠度方法相对安全率ηR的概念和计算公式,以无重介质地基的极限承载力为例在数学上严格证明了传统方法与可靠度方法相对安全率的等价性。并以单滑面重力坝算例及8个典型重力坝深层抗滑工程实例对基于可靠度设计方法相对安全率ηR和单一安全系数方法相对安全率ηF、分项系数设计方法相对安全率ηP的可比性和相关性作了验证,证实了可靠度方法相对安全率ηR作为描述建筑物失效概率相对允许值裕幅的指标的合理性,并以ηP=ηR为判据进行了分项系数标定的工作。同时,对典型工程案例向家坝重力坝深层抗滑做了相对安全率的计算,揭示了这一新方法在生产实践中应用的可能性。     

拱座抗滑稳定可靠指标和分项系数取值标准研究

拱坝设计规范(SL282-2003)规定拱座抗滑稳定允许安全系数为3.5,相对重力坝抗滑稳定允许安全系数3.0,提高了0.5。据此,工程结构可靠性设计统一标准(GB50153-2008)规定二者对应的允许可靠指标也应有所区别。同时,拱坝规范对基于极限状态设计方法的分项系数也提出了与重力坝不同的取值标准。本文在前期针对重力坝相关问题的研究成果基础上,探索拱座抗滑稳定可靠指标和分项系数取值标准问题,认为与拱座抗滑稳定安全系数3.5对应的允许可靠指标应取4.45,并通过实际工程算例率定,验证了混凝土拱坝设计规范DL/T5346-2006规定的各分项系数取值合理性。     

当前沥青混凝土防渗土石坝建设中若干问题的探讨

结合室内试验研究资料、大坝原型监测资料和大坝变形应力计算成果,对当前沥青混凝土防渗土石坝建设当中存在的若干问题进行研究.文中分析了水工沥青混凝土防渗材料试件成型方法、加载速率和温度等合理的试验条件;指出现有土石坝设计规范中关于沥青混凝土心墙的静止侧压力系数K.规定存在的问题;结合沥青混凝土材料的力学特性,分析心墙拱效应与大坝分区设计的相关关系,并对其质量控制标准的不足进行了探讨,提出了建议.     

破坏准则模糊性对心墙堆石坝地震易损性影响北大核心CSCD

心墙堆石坝地震破坏是渐变的过程,目前地震易损性研究均采用确定性的破坏准则;然而由于对破坏等级认知的局限性,导致地震破坏等级的划分具有模糊性。针对上述问题,本文提出考虑破坏准则模糊性的心墙堆石坝地震易损性分析方法。首先,采用模糊集理论将大坝破坏等级界限值模糊化,并提出能够反映隶属度函数形式和模糊区间大小的模糊度系数来量化地震模糊破坏等级;其次,依据地震模糊破坏等级推导地震易损性函数模糊-概率积分计算公式,弥补目前地震易损性函数计算公式依据确定性破坏准则的不足,并结合概率地震需求模型,获得破坏准则模糊条件下的大坝地震易损性曲线,得到坝体结构在不同地震强度作用下产生各个等级破坏的概率。将所提方法应用于糯扎渡心墙堆石坝地震易损性分析中,结果表明:考虑破坏准则模糊性获得的地震易损性曲线与传统易损性曲线趋势一致;在破坏准则模糊性条件下,相同坝顶震陷率对于发生高等级破坏的隶属度增加,导致在一定的地震动强度下,坝体发生高等级破坏的概率有所增加;此外,模糊度系数越大,破坏准则模糊性对地震易损性的影响越大。     

基于强度折减法的高土石坝三维抗震稳定分析

在边坡稳定性分析中,虽然极限平衡法因为简单易行而广泛使用,但在处理三维稳定问题时还面临很多困难,而有限元强度折减法处理三维问题要方便得多。本文以应用广泛的岩土工程三维数值模拟工具———FLAC3 D为计算平台,以混凝土面板堆石坝和黏土心墙堆石坝两种坝型为研究对象,在强度折减法基础上采用拟静力方法研究高土石坝坝坡在不同坝高、坝坡坡度、地震烈度以及岸坡坡度条件下的稳定安全系数以及最危险滑裂面的位置和形状。计算结果表明,随着坝高的增加、坝坡的变陡、地震烈度的提高以及岸坡坡度的变缓,坝坡的稳定安全系数均降低。安全系数与坝坡坡比近似呈线性关系,与坝高、地震烈度、岸坡坡度等因素呈非线性特性。基于计算结果,文中给出了安全系数与影响因素之间的经验拟合公式。同时发现,地震烈度和岸坡坡度对面板堆石坝的滑裂面位置和形状有较大影响,而地震烈度对心墙堆石坝滑裂面形状和位置的影响较小。     

土工膜面板堆石坝设计方法与实践探讨

从土工膜材料应用发展历史,探讨了建筑结构防水与水工结构防渗的区别,提出了借鉴、分析、探索、创新以土工膜作为主防渗的土工膜面板坝。通过工程实例分析了今后的发展趋势,指出以土工膜作为坝面主要防渗材料的土工膜面板防渗形式将成为今后面板堆石坝可以进行比较选择的防渗方式之一,甚至是面板堆石坝、碾压混凝土坝的主要替代型式。     

基于分项系数和并行组合模拟退火算法的重力坝抗滑稳定有限元分析

本文将分项系数引入重力坝坝基抗滑稳定有限元分析中,将影响坝基抗滑稳定的荷载、材料参数等基本变量的不确定性因素以分项系数的形式计人有限元计算中,并推导出与分项系数相匹配的抗滑稳定安全系数和相应的稳定判断准则.最后基于该方法计算的应力场,应用并行组合模拟退火算法搜索坝基最危险滑动模式及相应的最小安全系数.通过工程实例分析,证明该方法是可行和实用的.     

特约文章：高土石坝抗震安全评价与抗震措施研究进展

In this paper, the recent developments in seismic safety evaluation and aseismic measures for high rockfill dams were reviewed, including advanced constitutive models, dam-foundation-water dynamic interaction, high-performance non-linear dynamic FEM software, numerical simulation of failure process, and aseismic measures of concrete slab, and etc. After that, some future research trends on earthquake-resistance analysis of high rockfill dams were discussed, such as the seismic response analysis, mechanical properties and constitutive relations of rockfill, computing technology, and seismic safety evaluation method.     

利用CMV评估堆石料压实质量的神经网络模型

土石坝压实质量对大坝安全至关重要,通过压实质量评估模型可实现对压实质量实时监控。传统碾压施工采用固定的碾压方案,碾压参数在碾压过程中不改变,而在智能压实过程中,碾压参数根据当前压实状态进行优化调整,因此压实质量评估模型必须考虑碾压参数。通过堆石料现场碾压试验,分析了压实计值（compaction meter value,CMV）与堆石料相对密度和碾压参数的相关性。结果表明,CMV与堆石料相对密度具有较强相关性,可作为堆石料压实质量监测指标,碾压机振动频率和车速对CMV影响显著,行驶方向对CMV影响较小。最后基于现场试验和径向基（RBF）神经网络,建立了考虑碾压参数变化的堆石料压实质量评估模型。与试验结果对比表明该模型具有较高精度。     

堆石坝料压实监测指标影响因素及适用性分析

实时压实监测技术已成为堆石坝碾压质量控制的有效手段。但是面板堆石坝坝料种类多、不同坝料组分区别明显、施工工艺差异大，故而不同施工工艺对压实监测指标的影响，以及监测指标在不同坝料分区的适用性有待进一步研究。结合现场碾压试验，分析了碾压机行进方向、振动模式及坝料类型对压实监测指标的影响，发现碾压振动频率是其主要影响因素；同时发现包含更多碾轮加速度谐波分量的CCV指标对于不同面板堆石坝料有更好的适应性。基于上述分析，提出了耦合考虑频率的CCV指标来表征面板堆石坝不同坝料的压实质量。本文研究可为有多种坝料的面板堆石坝压实质量实时控制提供合适的监测指标。     

考虑持时的高沥青混凝土心墙坝抗震性能评价

现行水工抗震设计规范中关于强震特性中的幅值和频谱均有明确规定,而强震持时特性对高性能水工结构地震反应的影响至今尚未被纳入规范中。目前衡量强震持时特性的定义方式较多,但多数情况下仅考虑单方向地震动持续时间,低估了多方向强震持时特性对高性能水工结构地震反应的影响。鉴于上述原因,本文以西部大石门高沥青混凝土心墙砂砾石坝为例,建立“大坝-宏观库水-坝基”动态耦合分析系统,基于能够考虑多方向强震持时特性的综合持时指标,通过增量动力分析（IDA）法探究短持时和长持时地震对高沥青混凝土心墙砂砾石坝抗震性能的影响。采用坝顶相对震陷率作为抗震性能的评价指标,给出了高沥青混凝土心墙砂砾石坝的性能水平划分等级,得到了考虑地震动综合持时特性的大坝地震易损性概率曲线。结果表明：地震动综合持时特性对大坝不同性能水平的破坏概率影响显著;当地震动强度相同时,长持时地震动作用下大坝的破坏概率均大于短持时地震动作用。