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随着流域梯级开发的不断发展,工程建设转向河流上游、龙头电站以及梯级水库的趋势日益明显,梯级开发已成为流域开发的主要形式,而特高坝则是梯级开发的重要组成部分。特高坝的修建能够充分利用我国的水电资源,最大限度的缓解我国水资源时空分布不均和能源需求失衡的局面。为响应国家节能减排的号召以及满足流域开发的需要,一大批坝高超过200m的特高坝已经规划建设或正在建设,但现行坝工设计规范对于特高坝的设计标准并未做出明确的规定;并且需要清醒地意识到极端气候、超强降雨、超强地震、流域不良地质灾害等自然风险,以及设计、施工缺陷和管理疏忽等技术风险,都将对特高坝形成失效风险,而特高坝失效将导致严重的社会问题以及巨大的损失。因此对特高坝风险等级以及设计标准的研究迫在眉睫。 为降低特高坝的失效概率,应在规划、设计阶段最大限度的增加其安全裕度,此次研究运用可靠度理论和分项系数极限状态设计方法,定义特级建筑物并基于相对安全率方法分别对特高土石坝、特高重力坝和特高拱坝进行风险设计,并对分项系数极限状态设计方法中各分项系数取值进行研究。主要研究内容和研究成果如下: (1)基于单一大坝风险标准和公众可接受风险水平提出特高坝风险标准,即特高坝失效概率不高于10-8/(坝·年);在此基础上对包括特高坝在内的大坝风险进行五级划分。综合考虑特高坝的风险以及失事后果提出特级建筑物理念,特1级建筑物对应的失效概率为10-8/(坝·年),特2级建筑物对应的失效概率为5×10-8/(坝·年)。 (2)针对特高土石坝,对不同工况条件下坝坡抗滑稳定安全系数取值标准进行了深入研究。基于相对安全率方法提出特1级、特2级建筑物相应的正常工况坝坡稳定安全系数取值标准为1.6和1.7,地震工况坝坡稳定安全系数取值标准1.35和1.4,并根据实际工程验证特高土石坝坝坡抗滑稳定安全系数取值标准的合理性。 (3)针对特高重力坝,指出应降低其失效概率提高抗滑稳定允许可靠指标来满足特级建筑物的风险控制要求,运用相对安全率方法对特2级重力坝抗滑稳定安全系数取值进行探讨;通过条件极值的验算点法对重力坝材料性能分项系数进行反演,并对规范规定材料性能分项系数取值合理性进行了验证分析;对特级建筑物结构重要性系数取值标准进行了初步探讨。 (4)针对拱坝拱座抗滑稳定可靠指标和分项系数取值标准进行研究。计算结果显示拱座抗滑稳定安全系数3.5对应的允许可靠指标应取4.45,并通过实际工程反演就所提出的允许可靠指标取值的合理性进行了验证;通过对拱座抗滑稳定材料性能分项系数取值的反演分析,验证混凝土拱坝设计规范DL/T5346-2006规定的材料性能分项系数取值合理。