基于非连续变形分析的重力坝变形预警指标.pdf

水 利 学 报 200r7年10月 SHUIUXUEBAO 增刊 文章编号：0559．9350(21)07)增刊．0094-06 基于非连续变形分析的重力坝变形预警指标 沈振中1，马 明1’2，涂晓霞1’3 (1．河海大学水利水电工程学院，江苏南京210098； 2．甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃兰州730030； 3．中水珠江规划勘测设计有限公司，广东广州 510610) 摘要：传统的确定大坝安全监控指标的方法都采用小变形和连续性假设，不能把重力坝的整体抗滑稳定与大坝变 形有机地结合起来。在研究影响混凝土重力坝安全的因素和预警指标体系的基础上，引入基于块体理论的非连续 变形分析，考虑坝体和坝基整体抗滑稳定，采用强度折减系数法分析了三峡大坝左岸厂房3‘坝段的整体抗滑稳定 性，得到了安全系数与大坝位移之间的内在联系。根据失稳判据和坝体位移与强度折减系数之间的关系曲线确定 了大坝的结构性态，并估计出大坝弹性状态和承载极限状态的变形预警指标。 关键词：重力坝；抗滑稳定性；变形；预警指标；非连续变形分析(DDA) 中图分类号：TV698．1 文献标识码：A 1研究背景 大坝安全预警是在综合分析评价影响大坝安全的诸因素的基础上，对大坝可能出现的险情作出预 测和警报，主要有指标预警法、统计预警法和模型预警法。完整的大坝安全预警系统应包括监测数据采 集系统、安全分析评价模型、报警系统等，预警系统是在在线监控的基础上实现的，并总是与大坝安全监 测联系在一起，没有大坝安全监控指标，就没有预警指标。安全监控指标是评价和监测大坝安全的重要 指标，根据大坝安全监测的不同监测项目，通常可以拟定多种安全监控指标，如变形、坝基扬压力、渗流 量、应力等。变形是一种综合反映坝体和坝基物理力学性态的效应量，它反映坝体刚度和整体性，是监 控大坝安全的主要监测量，尤其是上、下游方向的水平位移最为重要，因此，大坝的变形监控指标是最重 要的安全监控指标，也是大坝安全预警系统的主要预警指标。 由于各大坝的实际情况千差万别，经历的荷载工况不同，监测资料所包含的大坝实际状态的信息也 不同，因此，根据位移监测资料确定大坝的变形监控指标的方法也各异，如数学模型法、典型位移观测资 料的小概率法、材料力学分析法、弹性有限元分析法、非线性有限元分析法等…。 目前常根据大坝的实际情况，采用依据大坝长期位移观测资料的小概率法或者小概率法与结构分 析相结合的混合模型法陋。]，也可依据大坝的极限状态采用结构分析法旧一J。其中，结构分析通常为基 于小变形和连续性假定的有限元法。事实上，重力坝是按整体抗滑稳定和强度设计的，其安全的关键也 是大坝满足稳定和强度要求。因此，严格意义上说，重力坝的位移与大坝的稳定和安全并不存在必然性 的联系，而有限元法不能直接分析坝体的整体稳定性，它并没有建立重力坝的整体抗滑稳定与坝体位移 之间的必然联系，其计算分析的位移并不能准确表征大坝的稳定和安全。非连续变形分析(DDA)哺1基 于块体理论，可以直接分析重力坝的整体抗滑稳定，并得到坝体的位移。因此，本文采用非连续变形分 析方法和强度折减法，根据重力坝的整体抗滑稳定确定重力坝的变形预警指标。 收稿日期：2007-08．08 基金项目：国家科技支撑计划(2006BACl4803)；江苏省高等学校研究生创新计划(2017一B06005) ·-——94·-—— 非连续变形分析主要用于分析块体的安全稳定性。该方法将每一个完整的块体作为一个单元，将 节理、裂隙、断层等构造面和不同材料的分界面作为块体的边界，块体系统通过结构面的接触连成整体。 其计算网格与结构的物理网络相一致，每一个计算网格覆盖一块被结构面切割的块体，各块体相互独 立，计算上是不连续的，而块体之间在力学上的连续性则取决于结构面的变形条件：当结构面滑动或开 裂时为不连续，当结构面未错位及闭合时为连续。因此，该法来可以反模拟结构的连续或不连续的具体 部位，既可以计算静力问题和动力问题，也可以计算破坏前的小位移，甚至计算破坏后的大位移，如滑 动、崩塌、爆破及贯人等，特别适合于结构极限状态的设计计算。 2重力坝安全预警指