庫水作用形式對安全監控確定性模型的影響
工程技術
作者：王梓優
【摘要】建立混凝土壩確定性模型時通常假設水荷載以麵力形式作用在庫盤上，這與大壩實際情況不符。本文首先通過流固耦合算法比較水荷載以麵力和滲流體力兩種形式作用在庫盤上引起庫盤變形產生的壩頂水平位移，繼而分析主要因素的影響，最後依據計算成果選擇影響較大的因素並運用多項式擬合方法建立壩頂水平位移的修正係數回歸方程，使得在不進行滲流計算的情況下，得到與開展流固耦合計算相似的結果，從而在基本不增加確定性模型計算工作量的前提下，明顯提高計算精度。
【關鍵詞】庫水作用形式；水平位移；修正係數；確定性模型
引言
用有限元法計算荷載作用下壩體的位移並與大壩實測資料進行優化擬合，求出調整參數，從而建立起因變量和效應量之間的聯係以更好地監測大壩的運行狀況，即安全監控確定性模型的建立過程。其中在計算庫水壓力引起庫盤變形產生的壩頂水平位移時所用到的假設是水壓力以麵力形式作用在庫盤上，與大壩實際狀態有所不符。本文從確定性模型水壓分量計算的角度去研究這個問題，建立在多個因素影響下壩頂位移修正係數的回歸方程，使得在以麵力形式計算時，得到與開展流固耦合計算相同的結果，用這種方法建立的確定性模型更加接近大壩實際狀態且更加簡便。
1、水荷載兩種作用形式的比較
用有限元計算不同水位作用下的壩體位移然後用多項式擬合
（1）
以上就是混凝土重力壩位移確定性模型中水壓分量擬合公式的建立過程。
下麵結合一個混凝土重力壩，通過流固耦合算法建立二維有限元模型，分析比較庫水作用形式引起庫盤變形對壩頂水平位移的影響。重力壩材料參數如下：密度（kg/m3）：壩體2350，壩基2620；彈性模量（GPa）：壩體20，壩基35；泊鬆比：壩體0.167，壩基0.22，孔隙比：壩體0.341，壩基0.352.
由上可得計算麵力或滲流體力引起庫盤變形產生的壩頂水平位移結果。進行有限元計算時對地基底部施加固定約束，兩側順河流方向施加法向約束。由結果可知，作用在庫盤上的水荷載按麵力分析時與按滲流體力分析引起的壩頂水平位移之間有較大的區別。
2、壩頂水平位移的主要影響因素及位移修正
混凝土壩的水平位移的影響因素眾多，其中滲透係數及防滲帷幕對在不同形式的庫水作用下產生的壩頂水平位移影響不大，在位移修正係數回歸計算時此因素可忽略。
根據以上分析，本文考慮用一個修正係數β來代替滲流體力引起庫盤變形所產生的壩體水平位移，即：
U1×β=U （2）
式中：U1表示作用在壩麵上的水荷載所產生的壩頂水平位移；
U表示總的壩頂水平位移；