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水库滑坡失稳的问题一直受到世界各国水利工作者的高度重视,大坝工程建成后因滑坡稳定问题造成工程不能发挥正常效益的事例并不鲜见。因此,有些国家已将水库滑坡稳定作为与主体工程同等重要的地位开展研究,甚至成为确定工程建设规模或决定工程能否建设的重要因素之一。
由于地质体的复杂性,使岩土工程存在一些不确定的因素,由此产生了岩土工程的可靠性问题和岩土工程设计的可靠性问题。实际上,在设计中,设计人员自觉不自觉均会对岩土参数的可靠性进行分析和调整,在没有最优化设计理论指导的情况下,防治工程的安全可靠度不明确,为了保证工程的安全和设计者自身的安全,设计者往往无法作到最优化设计,浪费国家大量资金。
目前,对水库滑坡问题研究得较少,对滑坡分析处理也未形成统一明确的标准,使三峡水库滑坡治理工程的设计施工处于被动状态,既可能造成工程投资的浪费,更可能给工程安全带来隐患。三峡库区库岸城镇密集、人口集中,而且库区地质条件以及工程运行调度方式十分复杂,库区滑坡治理工程标准不仅关系到工程建设的合理性与经济性,更重要的是治理工程的安全直接关系到库区国家和人民生命财产的安全。因此,分析、总结滑坡治理成功经验、成就,研究三峡库区滑坡的防治可靠性设计方法,对提高防护工程质量和综合效益,对推动地质灾害防治技术的发展,保护环境,促进当地城镇迁建和经济可持续发展具有重要的现实意义。
本文以三峡库区地质灾害防治为背景,在总结分析当前可靠性分析方法,如:MonteCarlo模拟法、中心点法、验算点法及统计矩法的基础上,对可靠性设计的三类方法:结构可靠度的直接设计法、结构可靠度的间接设计法(实用表达式)和规范设计表达式进行了总结介绍。
随后,对滑坡防护典型措施(如抗滑桩、锚固体系、挡土墙等)进行可靠性设计,分类研究了各类结构体系的设计过程。以三峡库区某典型滑坡为例,按两种思路进行设计:其一,传统极限状态法。并对其中抗滑桩设计荷载取值、“半坡桩”问题的考虑及护壁的设计等问题进行了研究;其二,按上述选定的结构体系,进行可靠性优化设计。
对上述两者的设计的成果进行对比分析,以说明可靠性设计法对在确定工程经济、安全可靠等方面的必要性和重要性。
通过对比分析,本文认为:
本文研究滑坡常用治理结构的可靠性设计方法,并通过工程实例具体描述了抗滑桩的可靠性设计过程,并与传统的设计法(安全系数)做了经济的对比。
通过上述研究,得到如下结论:
1、传统设计方法直观、简洁。相对而言,可靠性设计法较为繁琐;
2、传统(极限状态)设计法的结构存在偏安全或危险,而可靠性设计法在考虑岩土参数、材料变异等条件下,按概率条件保证,结构的安全性与经济性平衡较好;
3、对于按定极限状态法设计,若相关参数的取值可靠较高,可适当降低相应安全系数。
4、某一防治的结构体系的可靠性,为相关单体结构组成,因此,其失效概效率为各单体失效概率的组合。然而,在已知可控失效概率的条件下,反求各单体结构是因难的,需要多次迭代计算进行优化。