高土石不過水圍堰邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)率檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水利水電工程施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)決策技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高±石不過 水圍樞邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)率檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在水利水電工程建設(shè)過程中，施工導(dǎo)流是貫穿水利水電工程建設(shè)全過程的關(guān)鍵環(huán) 節(jié)之一，是施工組織設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，牽扯導(dǎo)流建筑物的布置與設(shè)計(jì)、施工階段劃分、首臺 機(jī)組發(fā)電期等，影響工程建設(shè)全過程。眾所周知，西南地區(qū)水電工程大多處于深山峽谷，巧 期洪水位變幅大，高±石不過水圍樞無疑成為最具競爭為的擋水圍樞類型，如溪洛渡、白鶴 灘、烏東德、兩河口、雙江口、長河巧等巨型水電工程普遍采用。然而，高±石不過水圍樞形 成庫容較大，一旦發(fā)生邊坡失穩(wěn)事件，將嚴(yán)重影響工程本身的安全、進(jìn)度及效益，并可能造 成下游人民群眾的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。由于圍樞運(yùn)行期受到水文、水為、樞體填筑±石料 為學(xué)參數(shù)等眾多隨機(jī)因素的影響，而樞坡失穩(wěn)是導(dǎo)致潰樞的主要原因之一。因此，準(zhǔn)確合理 量化高±石不過水圍樞邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)率對于保證工程安全有重要意義，同時可為高±石不 過水圍樞設(shè)計(jì)化化等提供重要的科學(xué)依據(jù)。
[0003] 當(dāng)前，鮮見專家和學(xué)者開展高±石不過水圍樞邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)方面的研究。有學(xué)者 采用Monte-Carlo方法的多因素圍樞邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法，但未考慮最危險(xiǎn)滑動面位置 在每次模擬計(jì)算中是變化的。此外，±石圍樞邊坡風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算常采用Monte-Carlo方法，需要 大量的隨機(jī)樣本進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，相當(dāng)耗時且編程繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是；針對傳統(tǒng)技術(shù)中對高±石不過水圍樞邊坡失穩(wěn) 風(fēng)險(xiǎn)率檢測的不足之處，提出一種新的高±石不過水圍樞邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)率檢測方法，準(zhǔn)確、 合理、高效地量化高±石不過水圍樞邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)率，為高±石不過水圍樞設(shè)計(jì)、加固及化 化、安全評價、風(fēng)險(xiǎn)控制等提供了重要依據(jù)。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 高±石不過水圍樞邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)率檢測方法，包括W下步驟：
[0007] a.構(gòu)建基于安全系數(shù)的高±石不過水圍樞邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)學(xué)模型；
[0008] b.采用Monte-Carlo方法賴合各隨機(jī)性因素推求圍樞前最高水位概率分布；
[0009] C.采用分層-L監(jiān)抽樣方法獲取填筑±石料隨機(jī)參數(shù)樣本；
[0010] d.利用K-S檢驗(yàn)原理判斷邊坡安全系數(shù)的可接受的分布類型；
[0011] e.采用擬合化度指標(biāo)確定最化概率分布；
[0012] f.進(jìn)行高±石不過水圍樞邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)率求解計(jì)算。
[0013] 進(jìn)一步的，步驟a中，考慮巧期±石圍樞樞前最高洪水位和圍樞填筑±石料參數(shù) 對邊坡穩(wěn)定的影響，則圍樞邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為：
[0014] K=F(h,φ,c)
[001引式中；h、口、、c分別為樞前最高水位、填筑±石料的內(nèi)摩擦角、凝聚為。
[0016] 高±石圍樞樞前最高水位與樞體±石料為學(xué)參數(shù)可視為相互獨(dú)立的隨機(jī)變量。若 將圍樞邊坡失穩(wěn)看作某定水位Η條件下的隨機(jī)事件，若P、、c服從一定分布規(guī)律，則安全系 數(shù)腳0，C)也應(yīng)服從一定概率分布fog。因此，樞前水位為Η時基于安全系數(shù)的圍 樞邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)模型為：
[0017]
[0018] 式中；可根據(jù)相關(guān)規(guī)范中安全系數(shù)的要求選??；當(dāng)Κ<；= 1時為基于極限平衡狀 態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型。
[0019] 高±石不過水圍樞在巧期洪水位達(dá)到最高，是不允許過水的，若洪水最高水位超 過樞頂高程即認(rèn)為發(fā)生洪水漫頂事故，屬于漫頂失效模式。因此，考慮最低分析水位Η。至 樞頂高程而區(qū)間的最高洪水位導(dǎo)致的邊坡滑動失穩(wěn)事件的可能性，構(gòu)建基于安全系數(shù)的高 ±石不過水圍樞邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)學(xué)模型為：
[0020]
[0021] 式中；f(H)為樞前最高洪水位概率密度函數(shù)。
[0022] 將樞前水位分布曲線在區(qū)域出而]內(nèi)劃分為N段區(qū)間，運(yùn)用離散化數(shù)值積分方法 可將式轉(zhuǎn)化為
[0023]
[0024] 式中：AFi(h)為樞前最高洪水位落在第i段區(qū)間的概率，巧巧為樞前最高洪水 位處于第i段區(qū)間時，圍樞邊坡失穩(wěn)的條件概率平均值。
[0025] 上述風(fēng)險(xiǎn)模型構(gòu)建的理論依據(jù)為：
[0026] 高±石不過水圍樞是一種特殊±石巧，其自身更具特點(diǎn)，一方面其巧期樞前水位 受到上游洪水及導(dǎo)流建筑物泄流過程隨機(jī)性影響；另一方面，圍樞主要填筑±石料多來自 于開挖料，材料為學(xué)參數(shù)的隨機(jī)性難W控制。同時，安全系數(shù)在工程中應(yīng)用性更廣。因此， 綜合考慮水文、水為與填筑±石料為學(xué)參數(shù)隨機(jī)性，構(gòu)建了基于安全系數(shù)的高±石不過水 圍樞邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)學(xué)模型。
[0027] 進(jìn)一步，步驟b中，綜合考慮施工洪水過程、泄流能為系數(shù)、水位庫容關(guān)系系數(shù)的 隨機(jī)性，采用Monte-Carlo方法賴合各隨機(jī)性因素推求f巧)，其詳細(xì)計(jì)算步驟可參照相關(guān) 文獻(xiàn)。
[0028] 進(jìn)行該部分的計(jì)算的原因主要是：
[0029] (1)根據(jù)基于安全系數(shù)的圍樞邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)模型，其求解關(guān)鍵在于樞前水位概率 密度函數(shù)f(H)的推求與某定水位條件下邊坡失穩(wěn)安全系數(shù)概率分布fog的確定。
[0030] (2)Monte-Carlo方法在圍樞漫頂風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算中應(yīng)用廣泛，推求圍樞前水位分布獨(dú)具 化勢。
[0031] 進(jìn)一步，步驟C中，分層-L監(jiān)抽樣方法的具體步驟為；（1)對某參數(shù)進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì) 分析。進(jìn)行樣本總體統(tǒng)計(jì)分析，掌握樣本總體的概率分布規(guī)律；（2)基于分層抽樣原理，根 據(jù)總體的分布規(guī)律特性和相應(yīng)指標(biāo)將區(qū)間分成K層，各層之間相互獨(dú)立，所占總體的比例 分別為Pk化=1，2,…，Κ)，其值為各層在概率分布曲線中所占面積大小。（3)根據(jù)各層所 占比例情況，確定需要抽取的樣本總數(shù)為Ν( -般取Ν〉50)，得到各層需要抽取的樣本數(shù)為 NPk; (4)基于L監(jiān)抽樣原理，根據(jù)各層所需的抽樣數(shù)量，對各層再次進(jìn)均勻分層隨機(jī)抽樣， 對第k層再次分層可W分NPJ1，保證每一小層區(qū)間抽取一個隨機(jī)數(shù)，第k層第i個小層區(qū) 間內(nèi)的隨機(jī)數(shù)W應(yīng)滿足下列等式：
[0034]式中；i=1，2, . . .，NPk;Θ為[0,U區(qū)間的隨機(jī)數(shù)。
[0035] 本方案中，采用分層-L監(jiān)抽樣方法是W下原因：
[0036] 考慮到邊坡失穩(wěn)最危險(xiǎn)滑動面在每次仿真計(jì)算中位置應(yīng)是變化的，最危險(xiǎn)滑動面 的確定W及最小值尋化計(jì)算仿真模擬相當(dāng)耗時，程序復(fù)雜。若能在抽樣樣本數(shù)量較小的情 況下很好的滿足樣本總體概率分布可有效降低模型的計(jì)算消耗，從而提高風(fēng)險(xiǎn)分析計(jì)算的 效率。因此，在抽樣技術(shù)上尋求突破有重要意義。
[0037] 分層抽樣是指將一個整體劃分成各個相互獨(dú)立的分層，然后根據(jù)某一指標(biāo)或者原 貝IJ，按照一定的比例，從各個分層中獨(dú)立的抽取一定數(shù)量的樣本，然后把各個分層抽取的樣 本放在一起。該種方法減小了各層之間變異性的影響，可W很好地符合整體的變化趨勢，具 有良好的代表性，精度高于簡單地隨機(jī)抽樣。LHS抽樣技術(shù)W的特點(diǎn)是提供了一種效率較 高且令人滿意的抽樣方法，與傳統(tǒng)Monte-Carlo方法抽樣技術(shù)相比，L監(jiān)抽樣技術(shù)避免了大 量的重復(fù)抽樣工作，抽取的樣本具有良好的均勻性。
[0038] 結(jié)合兩種抽樣技術(shù)的特點(diǎn)，分層-L監(jiān)抽樣方法的基本思想為通過分層抽樣技術(shù) 與LHS抽樣技術(shù)的結(jié)合來抽取計(jì)算機(jī)模擬所需的樣本，使得抽取樣本數(shù)量較小的情況下不 僅滿足原概率密度函數(shù)的分布規(guī)律的要求，而且使得樣本更具有代表性、均勻性。
[0039