混凝土的重力壩體型優(yōu)化設(shè)計

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1、實用標準文案九、混凝土重力壩的抗震優(yōu)化設(shè)計混凝土重力壩結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，工作可靠，以其快速經(jīng)濟大有取代常規(guī)混凝土壩的趨勢。一般重力壩體積龐大，對壩體的斷面形狀進行優(yōu)化設(shè)計，可以節(jié)省材料和減少工作量，從而產(chǎn)生經(jīng)濟價值。重力壩是在水壓力作用下，依靠壩自重產(chǎn)生的抗滑力來維持穩(wěn)定的，必須滿足以下三項基本安全要求：（a）壩不會沿壩內(nèi)任何水平截面或沿壩和地基的接觸面或沿壩基內(nèi)地質(zhì)面發(fā)生滑動破壞；（b）壩不會在壩內(nèi)任何水平截面上或和地基的接觸面上發(fā)生傾覆破壞；（c）壩體和地基內(nèi)的應(yīng)力不能超過混凝土和壩基材料

2、的安全容許值。其中抗滑穩(wěn)定和應(yīng)力條件必須滿足。至于傾覆安全，由于在傾覆破壞前，一般都會出現(xiàn)壩踵拉裂、揚壓力增大、抗剪能力減小和壩趾混凝土被壓碎等現(xiàn)象，傾覆安全已經(jīng)自然滿足，所以，通常不必校和抗傾覆的安全，只要滿足抗滑和應(yīng)力安全要求。在進行壩體設(shè)計以滿足上述安全要求時，必須對作用在壩上的荷載、荷載組合、壩和地基材料的性質(zhì)作出一些假定。作用在壩上的荷載可歸納為兩類：一類是主要的、肯定的、可以根據(jù)材料特性準確計算的荷載，包括水荷載和自重荷載。另一類則是不肯定的、需要設(shè)計人員作出判斷和一定假定才能近似求

3、出的荷載，如揚壓力、地震荷載、泥沙壓力、風(fēng)浪壓力、冰壓力、溫度荷載等。關(guān)于混凝土重力壩優(yōu)化設(shè)計，前人在這方面做了許多有用的結(jié)論。在進行斷面設(shè)計的時候，在靜力和動力工況下，保證壩體不沿壩內(nèi)層面或壩基面或地基中的軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動的情況下，盡量減少壩體與地基的接觸面，減少揚壓力，進行優(yōu)化設(shè)計。本文正是基于這種前提對混凝土重力壩的斷面優(yōu)化設(shè)計做一些分析與探討。（一）優(yōu)化設(shè)計變量重力壩斷面優(yōu)化設(shè)計的變量：精彩文檔實用標準文案、和的意義如圖4－4所示。圖4－4壩體優(yōu)化變量（二）目標函數(shù)目標函數(shù)取單位壩段的

4、斷面面積。（三）基于材料力學(xué)法的混凝土重力壩抗震優(yōu)化設(shè)計1、約束條件（1）基本組合（正常蓄水位）下的約束條件(a)壩趾抗壓強度承載能力極限狀態(tài)設(shè)計約束條件（4－18）作用效應(yīng)函數(shù)（4－19）抗壓強度極限狀態(tài)抗力函數(shù)或（4－20）精彩文檔實用標準文案結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)，設(shè)計狀況系數(shù)，材料性能分項系數(shù)，其它符號意義見《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》（DL5108-1999）。（b）正常使用極限狀態(tài)計算約束條件壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計揚壓力）（4－21）此時，荷載用標準值，不乘作用分項系數(shù)。

5、（c）壩體混凝土與基巖接觸面的抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)設(shè)計約束條件（4－22）作用效應(yīng)函數(shù)（4－23）抗壓強度極限狀態(tài)抗力函數(shù)（4－24）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)，設(shè)計狀況系數(shù)，的材料性能分項系數(shù)，的材料性能分項系數(shù)，（d）對于壩基巖體內(nèi)存在軟弱結(jié)構(gòu)面等情況（見圖），需核算深層抗滑穩(wěn)定時，深層抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)設(shè)計約束條件（4－25）作用效應(yīng)函數(shù)（4－26）——作用于深層滑動面的全部切向力之和；抗壓強度極限狀態(tài)抗力函數(shù)（對于上章圖3－1所示情形）（4－27）式中：（4－28）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，基本組

6、合結(jié)構(gòu)系數(shù)，設(shè)計狀況系數(shù)，軟弱結(jié)構(gòu)面精彩文檔實用標準文案的材料性能分項系數(shù)，的材料性能分項系數(shù)。（2）基本組合2（竣工期）正常使用極限狀態(tài)計算約束條件圖1－2短期組合下游面的垂直拉應(yīng)力約束條件（12）此時，荷載用標準值，不乘作用分項系數(shù)。（3）偶然組合1（校核洪水位）（略）（4）偶然組合（地震荷載+正常水位）下的約束條件（a）壩趾抗壓強度承載能力極限狀態(tài)設(shè)計約束條件（4－29）作用效應(yīng)函數(shù)和抗壓強度極限狀態(tài)抗力函數(shù)同式（4－19）、（4－20），結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，偶然組合結(jié)構(gòu)系數(shù)，設(shè)計狀況系數(shù)，材

7、料性能分項系數(shù).（b）壩體混凝土與基巖接觸面的抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)設(shè)計約束條件約束條件形式同（4－29），精彩文檔實用標準文案作用效應(yīng)函數(shù)和抗壓強度極限狀態(tài)抗力函數(shù)同式（4－23）、（4－24），結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，設(shè)計狀況系數(shù)，偶然組合結(jié)構(gòu)系數(shù)，的材料性能分項系數(shù)，的材料性能分項系數(shù)。（c）對于壩基巖體內(nèi)存在軟弱結(jié)構(gòu)面等情況，需核算深層抗滑穩(wěn)定時，深層抗滑穩(wěn)定約束條件形式同式（4－29），作用效應(yīng)函數(shù)和抗壓強度極限狀態(tài)抗力函數(shù)同式（4－26）、（4－27），結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，設(shè)計狀況系數(shù)，偶然組合結(jié)構(gòu)系

8、數(shù)，軟弱結(jié)構(gòu)面的材料性能分項系數(shù)，的材料性能分項系數(shù)。2、最優(yōu)化方法為保證收斂到全局最優(yōu)解，我們采用了通用性好、全局搜索能力強的復(fù)形法，作為重力壩剖面體形優(yōu)化的數(shù)學(xué)工具；而在確定深層抗滑穩(wěn)定最不利滑動角時，采用了先進的尋優(yōu)技術(shù)——遺傳算法，具體采用了我們提出的任意離散度實數(shù)編碼遺傳算法。3、結(jié)構(gòu)分析方法（1）靜力分析方法重力壩在靜荷載下的應(yīng)力和建基面穩(wěn)定問題采用材料力學(xué)法分析，需核算深層抗滑穩(wěn)定時，用剛體極限平衡方法分析。（2）抗震分析方法抗震分析采用一維動力分析法。所謂一維動力分析就是視重力壩