混凝土重力拱坝整体安全度评价方法探究

针对混凝土重力拱坝的特点,基于混凝土弥散裂缝模型,采用三维非线性有限元法,以坝体位移响应突变、坝基塑性区贯通、坝体开裂破坏以及计算收敛性作为重力拱坝体系整体失稳的判断准则,探讨了重力拱坝整体安全度评价的方法。以国内某重力拱坝为例,从上游水压超载、坝基强储、地震灾变等方面对其整体安全度做出评价,揭示重力拱坝的薄弱部位,为其优化设计及抗震安全评价提供依据。研究表明:不同破坏模式下,该重力拱坝因水压力超载引起系统失效的整体安全度为5.0;坝基岩体抗剪强度降低使系统失效的整体安全度为3.5;地震灾变引起系统失效的整体安全度为1.7;重力拱坝的破坏模式区别于拱坝,水压力超载破坏主要表现为坝肩中下部开裂破坏和坝基岩体屈服破坏导致整体失稳;基岩强度折减破坏主要表现为坝体沿坝基面的滑动失稳破坏;地震灾变破坏主要表现为坝踵、溢流道闸墩底部的开裂破坏,其中,溢流道闸墩是坝体相对薄弱的高地震响应区。

锦屏高拱坝整体安全度评估

锦屏高拱坝是目前世界上拟建的最高的双曲薄拱坝,水压力巨大,其设计和分析都超出现行规范。锦屏一级拱坝的环境条件存在明显的不对称特点:一是两岸地形不对称;二是两岸地质条件明显不对称;三是坝体的坝面受日照时间不对称。这些不对称性和高水压使锦屏高拱坝的安全性成为锦屏拱坝建设中最重要的关键技术问题之一。运用三维非线性有限元数值分析方法,研究锦屏拱坝在多种工况下的应力场和位移场以及左、右岸不利地质构造对拱坝工作性态的影响。坝体的应力和位移分布存在比较明显的左右不对称,引起不对称的原因除两岸地基刚度不对称外,拱坝坝体的不对称也是重要原因,因此应进一步优化拱坝体型。确定锦屏拱坝地基系统在不同破坏模式下的整体安全度:上游水压力超载引起系统失效的整体安全度约为5.0;坝基岩体抗剪强度降低使系统失效的整体安全度约为3.0;地震灾害引起系统失效的整体安全度约为6.0。根据屈服破坏区的分布,指出坝基加固处理的重点部位为左拱端下游侧1 800 m高程以上和右拱端上游侧1 630～1 800 m高程之间。