土石坝水平位移监控指标快捷实时拟定研究-论文.pdf

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1、路基工程SubgradeEngineering2014年第4期(总第175期)DOI：10．13379／j．issn．1003—8825．2014．04．09土石坝水平位移监控指标快捷实时拟定研究丁诗倩，谢谟文，王立伟，杜岩(北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083)摘要：大坝安全至关重要。研究以弹性模量、泊松比、容重为主要参数，基于坝型及荷载组合的有限差分正交数值试验；利用ANSYS进行大坝变形分析，获得各工况下各类型大坝的坝顶水平位移；采用多元非线性拟合建立考虑多因素的坝顶极限水平位移模型，从而为大坝的变形监测提供了理论分析的监控指标。将结果应用于陆浑水库并与实测值

2、进行了比较，提出了水库大坝的黄色预警值和红色预警值，为保大坝安全提供决策依据。关键词：土石坝；正交数值试验；有限元分析；多元非线性拟合；监控指标中图分类号：TV698．11文献标志码：A文章编号：1003—8825(2014)04—0044—070弓I言一个极限水平位移模型，利用这个监控模型，可得大坝是一个多变元的动态系统。大坝安全受水所处工况下大坝位移的理论分析值及黄色预警值和文、地质、设计、施工和运行等诸多因素的影响，红色预警值，并和实测值进行对比，就可判断大坝这些影响将导致大坝的位移变形甚至开裂。因此，是否处于正常运行状态，为保大坝安全提供决策对大坝位移的安全监控是一项非

3、常重要的工作¨]。依据。近年来大坝安全监控指标的拟定，通常采用典型小概率法和置信区间法。但在采用以上两种方法拟定1极限水平位移监控模型监控指标时，有以下主要缺点：1．1正交试验设计(1)两种方法都需要大量的数据样本及其概率1．1．1坝型设计分布，通过小样本的分布情况来确定母本的分布类土石坝极限水平位移监控模型的建立依赖于不型，拟定的前提条件十分苛刻，很难确定母本的概同坝宽、坝高、坝坡坡度的大坝，以及土体材料参率密度函数。数和最不利荷载组合下的极限位移。根据《碾压土石(2)以上两种方法都只考虑了大坝安全运行中坝设计规范》，土石坝按其高度可分为低坝、中坝监测量出现异常值的随机性和不

4、确定性，而在大坝和高坝。高度：30m以下为低坝，3O～70m为中坝，实际运行过程中，即便出现了概率较小的异常值，70m及以上为高坝。根据土料的分布情况，土坝还可也不一定出现险情。小概率事件的发生预示着大坝分为均质坝、黏土心墙坝和壤土斜墙坝。均质坝采用出现险情的可能到底多大，这种模糊性的概念在以单一土料填筑，要求土料具有一定的防渗性能；黏土上两种方法中都没有考虑到J。心墙坝是采用防渗能力强的黏土作防渗体，设在坝体(3)大坝水平位移因坝高、筑坝材料、地形地中上游位置，两边用透水性较大且抗剪强度较大的土质以及运行方式等的不同，各座大坝和各个坝段的料填筑；壤土斜墙坝的防渗体设在坝体上游

5、部位且为位移也不同。因此，拟定大坝水平位移监控指标比倾斜的，是高、中坝中最常用的坝型。根据工程实际较复杂。情况，三种坝型的设计，见图1。为弥补以上两种方法的不足，本文利用正交试考虑到工程实际，均质坝、黏土心墙坝和壤土验、数值模拟、多元非线性拟合等技术手段设计了斜墙坝又分别取低坝中坝高坝三种水平。坝高日按低坝、中坝和高坝分别取30，60，120m。坝宽B按收稿日期：2013—10—11低坝、中坝和高坝分别取5，10，12m。土石坝断面作者简介：丁诗倩(1989一)，女，江西九江人。硕士研究生，从事土石坝监控预警指标研究。E-mail：kikiding19891121一般设计成梯形

6、或复合梯形，而且边坡较缓，通常@163．eom。1：m取1：1．5～1：3．5丁诗倩，等：土石坝水平位移监控指标快捷实时拟定研究山1．1．2材料属性选定大多数单元类型在进行时程分析时都需指定材料特性。ANSYS程序可方便地定义各种材料的特性，如结构材料属性参数、热性能参数、流体性能参数和电磁性能参数等。当进行坝体抗震性能分析时，ANSYS默认谱分析将忽略材料非线性，因此，(a)均质土坝坝体抗震性能分析采用弹性模型，只需定义坝体材料属性：容重、弹性模量、泊松比。考虑到工程实际，容重按18～23kN／m取6个水平，弹性模量E按15～29MPa取8个水平，泊松比按0．2～0．4取7个

7、水平，各因素水平具体分档如表1。表1材料属性正交试验因素水平分档(b)黏土心墙坝采用统计分析软件SPSS19．0进行正交试验设计，得正交表L(6×8×7)，见表2。随机取其中编(c)壤土斜墙坝号的1，4，14，23，33，42，45，50，63这9个水图1坝型示意平，来定义坝体模型的材料属性。表2材料属性(6X8X7)正交表编号yE编号E编号E编号7E／．x11821O．35l720150．203323190．2849l921O．3O22129O．3O18l819O．353419290．2O