[发明专利]重力坝-地基结构体系关键失效路径的搜寻方法

说明书

本发明公开了一种重力坝‑地基结构体系关键失效路径的搜寻方法，其包括构建重力坝‑地基结构体系有限元模型并获取单元识别信息；采用荷载增量法加载得到初步的失效单元集并划分为各失效路径；构建失效路径有向图，计算基于非线性能量耗散的路径权值；采用Dijkstra算法寻优找到关键路径；依次施加多步增量荷载至结构体系整体失效，根据各步失效路径搜索关键路径；得到重力坝‑地基结构体系最终关键失效路径。本方案提出了基于能量耗散的路径关键度计算方法，考虑了结构渐进破坏过程中各失效单元的联结关系和动态超载下失效路径的演化，删除了对失效概率影响小的冗余单元，提高了结构体系可靠性的分析效率。

技术领域

本发明涉及大坝可靠性分析技术领域，具体涉及一种重力坝-地基结构体系关键失效路径的搜寻方法。

背景技术

混凝土重力坝是水利水电工程拦河大坝常用的一种坝型，发挥着防洪和发电等多重功用，大坝一旦失事不仅工程本身遭受损失，往往还伴随着更为严重的下游灾害，给下游的财产造成损失及对下游生活的居民生命安全造成隐患，使得安全运行是大坝的首要问题。

目前，重力坝-地基结构体系失效路径的确立方法为：选取典型坝段为研究对象，建立坝体和地基有限元网格，采用荷载增量法在坝体迎水面按一定的荷载增量逐步加载至坝-地基结构体系失效，根据坝体和地基内失效单元的连通情况和工程经验直接确定，如形成的塑性屈服片区，即认为该片区为失效路径，在此基础上对大坝的是否安全运行进行确定。

事实上，常用的基于应力状态的塑性屈服准虽可用于判断是否失效，但当失效构件出现应力状态调整时，屈服函数值可能表现出非唯一性，因此基于塑性屈服无法评价失效构件关键度；而对于大型复杂结构，各失效路径内众多构件/单元对结构整体失效概率影响程度各异，大坝体系的稳定性由失效路径上的关键构件控制，失效路径内的冗余失效构件会影响大坝可靠性分析的准确性。

因此，如何在关键失效路径搜索时消除冗余失效构件对关键失效路径造成的影响，是大坝可靠性分析亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的重力坝-地基结构体系关键失效路径的搜寻方法解决了大坝中的冗余失效构件会降低关键失效路径搜索准确性的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种重力坝-地基结构体系关键失效路径的搜寻方法，其包括：

S1、根据重力坝-地基结构的物理参数和坝体混凝土材料参数，构建重力坝-地基结构的有限元模型，离散化后的有限元模型由若干单元组成；

S2、采用荷载增量法对有限元模型施加荷载，直至出现失效单元时，记录所有失效单元构成总失效单元集，之后根据失效单元生成至少一条失效路径；

S3、根据失效破坏历程，确定未遍历的失效路径的起点集、中间集合和终点集，并采用起点集中的任一起点及中间集合和终点集构成单个有向图；

S4、计算每个有向图中任意两个失效单元形心之间的空间距离，并在空间距离小于影响距离时，计算两个失效单元之间的非负权值，得到带权有向图；

S5、采用Dijkstra算法查找同一条失效路径的每个带权有向图的最短路径，并选取同一条失效路径对应的所有最短路径中的最小权值作为其关键失效路径；

S6、判断是否存在失效路径未得到关键失效路径，若是，返回步骤S3，否则进入步骤S7；

S7、判断当前荷载是否大于重力坝-地基体系的极限承载力，若是，进入步骤S8，否则，返回步骤S2；

S8、将每次出现失效单元后，搜索到的所有关键失效路径合并在一起作为重力坝最终的关键失效路径。