DDA 用于重力坝深层抗滑稳定的接触刚度取值 - 中国水利水电科学.PDF

第10卷 第4期 中国水利水电科学研究院学报 Vol.10 No.4 2012年12月 Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research December，2012 文章编号：1672-3031（2012）04-0294-07 DDA用于重力坝深层抗滑稳定的接触刚度取值 尹晓楠，张国新 （中国水利水电科学研究院 结构材料研究所，北京 100038） 摘要：复杂地质构造条件下的重力坝深层抗滑稳定性的正确评价是一个关键问题。传统上这个问题一般采用刚体 极限平衡法、非线性有限单元方法分析等，各种方法都有局限性。本文以武都碾压混凝土重力坝为例，研究非连 续变形分析（DDA）用于重力坝稳定分析的接触刚度取值问题。论文研究了块体的接触刚度对滑动面沿程应力分 布、整体安全系数及局部安全系数的影响。结果表明，接触刚度的取值对建基面的整体安全系数基本无影响，但 对于多滑面（深层）的抗滑稳定的整体、局部安全系数有较大影响。 关键词：重力坝；抗滑稳定；DDA；接触刚度；Sarma 中图分类号：TV642.3 文献标识码：A 1 研究背景 重力坝安全的核心是抗滑稳定，包括沿建基面的抗滑稳定和深层抗滑稳定。据不完全统计，我 ［1-2］ 国已建、在建重力坝中，有30%存在深层抗滑稳定问题，需要核算深层抗滑稳定 。深层抗滑稳定 ［3］ 的计算一般采用刚体极限平衡法 ，有时采用有限元等数值方法。刚体极限平衡法概念清晰、简单、 ［3］ 实用，但只适用于双滑面且滑面折点位于坝址下游的情形。为此陈祖煜 提出将边坡稳定分析的 SARMA法应用于重力坝深层抗滑稳定，但是SARMA法与常规的刚体极限平衡法相同，都要假定块 体之间的传力角，计算出的安全系数受传力角的影响较大，同时全滑面达到极限状态相当于假定沿 滑裂面的屈服满足理想弹塑性准则，这与岩石类材料的破坏模式不符，且SARMA法不能给出沿程点 安全系数的分布，因此在应用上设置了一个较大的安全系数。 ［4］ 数值方法以有限元为主 ，分为线弹性和非线性。线弹性有限元计算时需要应力插值、积分，可 能会带来较大误差。为了克服这个不足，张国新在文献［5］中提出了直接反力法，该方法可以较高精 度的求出滑裂面力的分布，避免了应力插值、积分等带来的误差。但线弹性方法都存在一个问题， 即只能求给定滑动面的安全系数，最小安全系数滑裂面需要进行大量试算求出。非线性有限元分析 可分为超载法和强度折减法，非线性方法可以模拟渐进破坏过程，自动有哪些信誉好的足球投注网站滑动面，但存在计算结 果受网格剖分影响较大，在滑动面形成时会出现大面积屈服，安全系数难以准确确定等不足。 ［6］ 石根华提出的非连续变形分析（DDA）是以块体为基本单元，块体之间的接触面可以构成潜在的滑 动面，计算得到的接触力可以有很高的精度。张国新、金峰曾在文献［7］中介绍过DDA和有限元用于深 层抗滑稳定的比较，表明DDA用以分析重力坝深层抗滑稳定具有一定的精度优势，但与其它块体类方 法类似，接触力的分布往往与接触刚度取值有关，这会影响到局部甚至整体安全系数的计算结果。本文 以武都RCC重力坝的坝基及深层抗滑稳定为例研究DDA用于重力坝抗滑稳定分析的接触刚度取值。 2 基于DDA的重力坝抗滑稳定计算方法 ［6］ 2.1 滑动面接触力计算 石根华提出的DDA ，将构造面相互切割成的不规则块体作为基本单元， 收稿日期：2012-01-06 基金项目：水利部公益行业科研专项（201201050）；国家自然科学基金项目；中国水利水电科学研究院科研专项 作者简介：尹晓楠（1987-），女，山东临朐人，硕士，主要从事水工结构数值分析研究。E-mail：y