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水 利 学 报

２０２４年 １２月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 １２期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）１２ － １４１７ － １１

基于 Ｋ － Ｌ展开法考虑土体参数空间变异性的

土石坝坝坡可靠度分析

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王钰轲 １，２，３ ，邵琳岚 １，２，３ ，万愉快 ，余 翔 １，２，３ ，张 蓓 １，２，３ ，钟燕辉 １，２，３
（１．郑州大学 水利与交通学院，河南 郑州 ４５０００１；
２．重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室，河南 郑州 ４５０００１；
３．地下工程灾变防控省部共建协同创新中心，河南 郑州 ４５０００１；
４．宁夏大学 土木与水利工程学院，宁夏 银川 ７５００２１）

摘要：针对传统土石坝坝 坡 稳 定 性 分 析 方 法 在 处 理 土 体 参 数 空 间 变 异 性 时 的 局 限 性，本 文 提 出 了 一 种 基 于
Ｋａｒｈｕｎｅｎ － Ｌｏèｖｅ（Ｋ － Ｌ）展开法的土石坝坝坡可靠度分析方法。将 Ｋ － Ｌ展开法与拉丁超立方抽样技术和 Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分
解法集成，建立了坝坡土体参数的随机场模型，该模型考虑了其在空间上的不确定性与随机性。在此基础上，运
用蒙特卡洛模拟法对坝坡的可靠度进行评估。通过对土体参数变异系数、自相关距离、相关系数的敏感性分析，
研究了上述参数对坝坡失效概率、安全系数以及潜在滑面分布的影响。结果表明，土石坝坝坡土体参数的空间变
异性对坝坡可靠度有显著的影响，其中，内摩擦角变异系数、竖直自相关距离、相关系数对坝坡可靠度的影响较
大。当内摩擦角变异系数由 ０．１增至 ０．４时，坝坡失效概率增加了 ３２．５５％；当竖直自相关距离由 １ｍ增至 ４ｍ时，
坝坡失效概率增加了 ２．１％；当相关系数由－ ０．８ 增至 ０．５时，坝坡失效概率增加了 ３．１８％。
关键词：坝坡；可靠度；空间变异性；Ｋａｒｈｕｎｅｎ － Ｌｏèｖｅ（Ｋ － Ｌ）展开法
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＵ４５７ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４００６９

１ 研究背景

土石坝作为一种洪水控制与水资源调控结构 ［１ － ２］ ，在全球范围内分布广泛。其对于地基与地质条
件的适应性较强，建造过程可利用当地材料，建造成本相对较低。保证土石坝的安全运行至关重要，
这直接影响到水力发电效率、防洪能力以及周边环境和社区的安全 ［３］ 。对土石坝坝坡可靠度进行准
确、高效地评估具有重要的理论和实践意义。
近年来，相关学者针对土石坝坝体和坝坡稳定性分析开展了研究 ［４ － ６］ ，多种分析方法已被提出和
应用，包括极限平衡法 ［７］ 、极限分析法 ［８］ 、模型试验法 ［９］ 、数值模拟法 ［１０］ 等。其中，传统的极限平
衡法（ ＬＥＭ） ［１１ － １２］ 因其简便实用、计算效率高等优点，被广泛应用于评估土石坝坝坡的稳定性中。陈
祖煜等 ［１３］ 对三维极限平衡方法进行了新的改进，满足了坡体三个方向的静力平衡以及整体的力矩平
衡。Ｈｕ等 ［１４］ 采用随机极限平衡法评估了土体性质的三维空间变化对坡体稳定性和破坏机制的影响。
然而，ＬＥＭ在处理如内摩擦角和黏聚力等力学参数时，常常采用确定的值，没有考虑二者在空间上的
变异性，具有局限性。
可靠度分析方法作为近几十年发展起来的一项技术，通过引入概率统计原理来考虑工程结构在材

收稿日期：２０２４ － ０１ － ３１；网络首发日期：２０２４ － ０９ － ２５
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４０９２３．１６５６．００４
基金项目： 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （５２１０９１４０）； 河 南 省 优 秀 青 年 基 金 项 目 （２３２３００４２１０６９）； 中 原 科 技 创 新 领 军 人 才 项 目
（ ２３４２００５１００１４）；河南省高校科技创新人才支持计划（２４ＨＡＳＴＩＴ０１４）；宁夏自然科学基金项目（２０２３ＡＡＣ０３０３６）
作者简介：王钰轲（ １９８９ － ），教授，主要从事土体静动力学特性与边坡稳定性分析研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｙｋｅｗａｎｇ＠１６３．ｃｏｍ
通信作者：万愉快（１９９０ － ），副教授，主要从事边坡稳定性分析研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｗａｎｙｕｋｕａｉ＠１６３．ｃｏｍ

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