考虑颗粒破碎的高堆石坝坝坡稳定可靠度分析理论与方法

堆石料在较大围压作用下容易发生颗粒破碎，其级配和密度等物理性质将随之改变，即堆石料的物态会随着颗粒破碎的发展而演变。而这种物态的变化会导致材料强度随机性的相应变化。通过4个围压级别（300kPa、800kPa、1500kPa、2500kPa），每级围压15个试样，共60个试样的大型三轴试验，研究堆石强度随机性随颗粒破碎的演变机理与规律，建立预测内摩擦角概率分布参数和颗粒破碎率Br的公式。研究考虑颗粒破碎影响的高堆石坝坝坡稳定可靠度分析方法和电算程序。通过计算不同坝高（100～400m）典型面板堆石坝的坝坡稳定可靠度，研究颗粒破碎对不同坝高堆石坝坝坡稳定可靠度及临界滑弧位置的影响。

通过四个围压级别（300kPa、800kPa、1500kPa、2500kPa）的三轴压缩试验（每级围压15个试样，总计60个试样），揭示了堆石料颗粒破碎率和峰值内摩擦角的统计特征（均值和标准差）随围压变化的规律。堆石料峰值内摩擦角的均值和标准差随围压呈非线性减小规律，并符合良好的对数函数关系。堆石料峰值内摩擦角的统计特征随围压变化的机理是颗粒破碎引起颗粒大小、形状和级配等物理性态改变，而这种物理性态的变化进一步引起堆石料抗剪强度的咬合力分量和摩阻力分量变化，随着围压增大，颗粒破碎量增大，随机性较大的咬合力分量减小，堆石料抗剪强度逐渐趋近于随机性较小的摩阻力分量，因此，峰值内摩擦角的均值和标准差表现出随围压非线性减小的规律，并趋近于某一值。根据试验反映的规律和机理分析，建立了考虑颗粒破碎影响的堆石料非线性随机抗剪强度模型。研究了基于广义坐标系的验算点法和基于相关抽样的Monte-Carlo法两种可靠度算法。根据建立的堆石料非线性随机抗剪强度模型和可靠度算法，结合刚体极限平衡法和有限单元法，提出了三种高堆石坝坝坡稳定可靠度分析方法。研发了土石坝边坡稳定可靠度分析软件SCU-SLIDE，已应用于双江口土质心墙堆石坝（314m）、糯扎渡土质心墙堆石坝（261.5m）和卡基娃面板堆石坝（171m）的坝坡稳定可靠度分析。根据建立的堆石料非线性随机抗剪强度模型，研究了按规范安全系数标准设计的面板堆石坝的坝坡稳定可靠度水平及其随坝高变化的规律。研究表明，采用相同安全系数标准设计坝高相差较大的面板堆石坝，坝坡稳定的可靠度水平是不相等的，高坝坝坡失稳风险大于低坝，因此，从等可靠度原则出发，按一定的坝高区间分级设定坝坡稳定允许安全系数更为合理。通过计算分析，提出了坝高250m以上面板坝的允许安全系数建议值。已发表论文7篇，其中在岩土工程领域的国际知名刊物《Engineering Geology》和《Computers and Geotechnics》上各发表论文1篇（SCI检索），在国内水利类核心期刊上发表论文5篇（EI检索2篇）。