基于可靠性理論的水工隧洞堵頭設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化分析.pdf

1、水工隧洞堵頭作為水利水電工程的主控條件之一，盡管工程量不大，但由于工期要求比較緊迫，而且與水利水電工程的安全和效益密切相關(guān)，所以其設(shè)計等級與相應(yīng)的水工建筑物相同，一樣要保證它的穩(wěn)定性和安全性。因此，本文依托重慶市教委科技項目——水工隧洞堵頭力學(xué)性能的可靠性及反分析方法研究(KJ1500527)，在已有的傳統(tǒng)定值計算方法的基礎(chǔ)上，將可靠性理論引入到水工隧洞堵頭的設(shè)計計算中，通過對堵頭的可靠性分析來對堵頭參數(shù)進(jìn)行合理的優(yōu)化。主要研究內(nèi)容及成

2、果如下:
　　1.在分析目前水工隧洞堵頭設(shè)計計算方法及其穩(wěn)定性計算方法的基礎(chǔ)上，對可靠性理論的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了概述，分析了可靠度計算方法的基本研究現(xiàn)狀與進(jìn)展。
　　2.通過對水工隧洞堵頭的受力分析，建立了幾種水工隧洞堵頭的極限狀態(tài)方程，最終確定以抗滑極限狀態(tài)對堵頭進(jìn)行可靠性分析，在此基礎(chǔ)上得到了描述堵頭可靠性的功能函數(shù)隱式表達(dá)式。利用ABAQUS建立水工隧洞堵頭及圍巖的三維有限元模型進(jìn)行計算分析，以圍巖的粘聚力C、摩擦角ψ、

3、彈性模量E作為基本隨機變量，通過單因素分析分別得到堵頭與圍巖之間的摩擦力，擬合出函數(shù)關(guān)系式，然后進(jìn)行多元素回歸分析得到摩擦力關(guān)于這些隨機變量的函數(shù)關(guān)系式，最終建立了堵頭可靠性的功能函數(shù)顯式表達(dá)式。
　　3.根據(jù)有限元計算結(jié)果，分析了堵頭與圍巖接觸面的摩擦力關(guān)于圍巖粘聚力、內(nèi)摩擦角和彈性模量的敏感度，結(jié)果表明，當(dāng)C增大時，接觸面摩擦力Ff隨之減小且減小得越來越快，當(dāng)ψ、E增大時，接觸面摩擦力Ff也隨之增加且增加得越來越慢，三個因素當(dāng)

4、中，摩擦力對于內(nèi)摩擦角的敏感性較強。
　　4.對比分析了一些常用的可靠度計算方法，結(jié)合已求出的功能函數(shù)及其中基本隨機變量的概率分布類型，選用了設(shè)計驗算點法并編制了計算堵頭可靠度的Matlab程序，計算出堵頭可靠指標(biāo)及失效概率。
　　5.建立不同長度堵頭的有限元模型，并分別進(jìn)行可靠性分析，得到可靠指標(biāo)分別為:4.15、5.04、5.7、5.9。再對各長度的堵頭取隨機變量的均值進(jìn)行有限元計算，通過穩(wěn)定性分析，得出相應(yīng)的抗滑穩(wěn)定安