一種拱壩壩肩滑動塊體上游拉開面水推力的確定方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于大壩壩肩邊坡技術領域，主要涉及到一種拱壩壩肩滑動塊體上游面水 推力的確定方法。
【背景技術】
[0002] 拱壩壩肩邊坡穩定分析計算過程中，需要確定上游面的水推力，在確定上游面水 推力時，傳統的做法是求出上游拉開面型心位置確定水頭進行靜水壓力確定。
[0003] 這種通過上游拉開面型心位置確定水頭進行靜水壓力的方法，由于在上游拉開面 的形狀規則時誤差較小，但在上游拉開面形狀不規則時誤差是較大的，同時傳統做法沒有 考慮到Z向水壓力的作用，因此往往計算結果是不理想的。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是改變傳統的以求出上游拉開面型心位置確定水頭進行靜水壓力 計算確定上游拉開面水壓力的做法，采用更加精確的計算方法，使得計算結果更精準，更接 近工程實際，更大限度的避免工程設計的安全風險。
[0005] 為此，本發明提供了一種拱壩壩肩滑動塊體上游拉開面水推力的確定方法，包括 如下步驟：
[0006] 步驟1):按照一定步長值沿平行于上游拉開面與底滑面的交線的方向來剖分上游 拉開面，將上游拉開面剖分形成層狀結構；
[0007] 步驟2):根據上游拉開面的走向傾角，利用空間向量的數學方法確定各層面上的 法相矢量方向
[0008] 步驟3):步驟1)中剖分上游拉開面后在每層會形成一個小面，計算每個小面上的 上游端水壓力P;
[0009] 步驟4):將步驟3)中得到的上游端水壓力P，利用空間向量的數學方法得到一個小 面法向矢量方向將每個g分解到x、y、z向，每一個小面都有三個方向的分量；
[0010] 步驟5):在所有的小面上重復步驟3)和步驟4)，求出所有小面上的法向矢量方向 :多的三個方向的分量；
[0011] 步驟6):對步驟5)中求得的所有小面上的三個方向的分量，每個方向上的力分別 直接疊加，則得到x、y、z向分力，將三個分力合成后得到上游拉開面水推力。
[0012] 所述的步驟1)中步長值為lm，以lm步長值沿平行于上游拉開面與底滑面的交線的 方向將上游拉開面剖分形成層狀結構。
[0013] 所述的步驟3)中的上游端水壓力P通過以下公式求得：
[0014] P= y · Hjf
[0015] 式中，P為上游端水壓力;Η形為計算點處作用的水頭，該值為計算水位與計算點之 間的高差；γ為水的重度。
[0016] 所述的步驟6)中的所有小面上的三個方向的分量的疊加通過以下公式進行：
[0017]
[0018]
[0019]
[0020] 式中，η表示上游拉開面的剖分個數，j表示第j層單元，/Κ,Γ分別表示各層面上 的法相矢量方向。
[0021] 本發明的有益效果:本發明的這種拱壩壩肩滑動塊體上游拉開面水推力的確定方 法，避開傳統的求出上游拉開面型心位置確定水頭進行靜水壓力計算的方法，在上游拉開 面形狀不規則的時候，對水推力的確定影響不大，而且在計算單個小面的水壓力的時候，采 用矢量的計算方式，考慮了Ζ向水壓力的作用，相比于傳統的計算方法，本發明的這種方法 計算結果更加準確。
【附圖說明】
[0022]以下將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0023]圖1是本發明的流程圖。
【具體實施方式】 [0024] 實施例1:
[0025] 本實施例提供一種拱壩壩肩滑動塊體上游拉開面水推力的確定方法，如圖1所示， 包括如下步驟：
[0026] 步驟1):按照一定步長值沿平行于上游拉開面與底滑面的交線的方向來剖分上游 拉開面，將上游拉開面剖分形成層狀結構；
[0027] 步驟2):根據上游拉開面的走向傾角，利用空間向量的數學方法確定各層面上的 法相矢量方向dC;
[0028] 步驟3):步驟1)中剖分上游拉開面后在每層會形成一個小面，計算每個小面上的 上游端水壓力P;
[0029] 步驟4):將步驟3)中得到的上游端水壓力P，利用空間向量的數學方法得到一個小 面法向矢量方向將每個多分解到X、y、Z向，每一個小面都有三個方向的分量；
[0030] 步驟5):在所有的小面上重復步驟3)和步驟4)，求出所有小面上的法向矢量方向 p的三個方向的分量；
[0031 ]步驟6):對步驟5)中求得的所有小面上的三個方向的分量，每個方向上的力分別 直接疊加，則得到x、y、z向分力，將三個分力合成后得到上游拉開面水推力。
[0032]本實施例的這種拱壩壩肩滑動塊體上游拉開面水推力的確定方法，避開傳統的求 出上游拉開面型心位置確定水頭進行靜水壓力計算的方法，將滑動塊體上游拉開面分成若 干個小面進行單個水推力計算，并在每個計算的時候采用矢量計算方式分成x、y、z向分力， 最后將所有小面上求得的水推力進行疊加總和，求得最終的整體側滑面的滲水壓力。
[0033] 傳統的利用求出上游拉開面型心位置確定水頭進行靜水壓力計算的方法，在拉裂 面形狀不規則時誤差是較大的，同時傳統做法沒有考慮到Z向水壓力的作用，因此往往計算 結果是不理想的，而本實施例的這種方法，是要將整個上游拉開面進行分割計算，在上游拉 開面形狀不規則的時候，對其影響不大，而且在計算單個小面的水壓力的時候，采用矢量的 計算方式，考慮了 Z向水壓力的作用，相比于傳統的計算方法，本發明的這種方法計算結果 更加準確。
[0034] 實施例2:
[0035] 在實施例1的基礎上，本實施例進行進一步詳細的說明，本實施例的拱壩壩肩滑動 塊體側滑面滲水壓力的確定方法，具體包括以下步驟：
[0036] 步驟1):按照lm步長值沿平行于上游拉開面與底滑面的交線的方向將上游拉開面 剖分形成層狀結構，本步驟中的具體步長值可自行劃分，以現場實際需要為準。
[0037] 步驟2):根據上游拉開面的走向傾角，利用空間向量的數學方法確定各層面上的 法相矢量方向/〔，廠,/%
[0038] 步驟3):步驟1)中剖分上游拉開面后在每層會形成一個小面，計算每個小面上的 上游端水壓力P。
[0039] 上游端水壓力P通過以下公式求得：
[0040] Ρ= γ · Hjf
[0041] 式中，P為上游端水壓力;Η形為計算點處作用的水頭，該值為計算水位與計算點之 間的高差；γ為水的重度。
[0042] 步驟4):將步驟3)中得到的上游端水壓力Ρ，利用空間向量的數學方法得到一個小 面法向矢量方向^，將每個分解到x、y、z向，每一個小面都有三個方向的分量；
[0043] 步驟5):在所有的小面上重復步驟3)和步驟4)，求出所有小面上的法向矢量方向 J的三個方向的分量；
[0044] 步驟6):對步驟5)中求得的所有小面上的三個方向的分量，每個方向上的力分別 直接疊加，則得到x、y、z向分力，將三個分力合成后得到上游拉開面水推力。
[0045] 所有小面上的三個方向的分量的疊加通過以下公式進行：
[0046]
[0047]
[0048]
[0049] 式中，η表示上游拉開面的剖分個數，j表示第j層單元，〔分別表示各層面上 的法相矢量方向。
[0050] 求出&、i后，然后按照具體實際情況進行計算，當需要考慮Z向力的時 候，將三者進行合成計算，求出最終合力即為上游拉開面水推力；當不需要考慮Z向力的時 候，將^、?Υ進彳亍合成i十算 :，求出最終合力即為i游拉開面水推力。
[0051] 綜上所述，本發明的這種拱壩壩肩滑動塊體上游拉開面水推力的確定方法，避開 傳統的求出上游拉開面型心位置確定水頭進行靜水壓力計算的方法，將滑動塊體上游拉開 面分成若干個小面進行單個水推力計算，并在每個計算的時候采用矢量計算方式分成X、y、 Z向分力，最后將所有小面上求得的水推力進行疊加總和，求得最終的整體側滑面的滲水壓 力。這種確定方法，在上游拉開面形狀不規則的時候，對水推力的確定影響不大，而且在計 算單個小面的水壓力的時候，采用矢量的計算方式，考慮了Z向水壓力的作用，相比于傳統 的計算方法，本發明的這種方法計算結果更加準確。
[0052] 以上例舉僅僅是對本發明的舉例說明，并不構成對本發明的保護范圍的限制，凡 是與本發明相同或相似的設計均屬于本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種拱壩壩肩滑動塊體上游拉開面水推力的確定方法，其特征在于:包括如下步驟： 步驟1):按照一定步長值沿平行于上游拉開面與底滑面的交線的方向來剖分上游拉開 面，將上游拉開面剖分形成層狀結構； 步驟2):根據上游拉開面的走向傾角，利用空間向量的數學方法確定各層面上的法相 矢量方向?,Κ; 步驟3):步驟1)中剖分上游拉開面后在每層會形成一個小面，計算每個小面上的上游 端水壓力Ρ; 步驟4):將步驟3)中得到的上游端水壓力Ρ，利用空間向量的數學方法得到一個小面法 向矢量方向￥.，將每個^分解到x、y、z向，每一個小面都有三個方向的分量； 步驟5):在所有的小面上重復步驟3)和步驟4 )，求出所有小面上的法向矢量方向^的三 個方向的分量； 步驟6):對步驟5)中求得的所有小面上的三個方向的分量，每個方向上的力分別直接 疊加，則得到x、y、z向分力，將三個分力合成后得到上游拉開面水推力。2. 如權利要求1所述的拱壩壩肩滑動塊體上游拉開面水推力的確定方法，其特征在于： 所述的步驟1)中步長值為lm，以lm步長值沿平行于上游拉開面與底滑面的交線的方向將上 游拉開面剖分形成層狀結構。3. 如權利要求1所述的拱壩壩肩滑動塊體上游拉開面水推力的確定方法，其特征在于： 所述的步驟3)中的上游端水壓力P通過以下公式求得： Ρ= γ · Η形 式中，Ρ為上游端水壓力;Η形為計算點處作用的水頭，該值為計算水位與計算點之間的 高差；γ為水的重度。4. 如權利要求1所述的拱壩壩肩滑動塊體上游拉開面水推力的確定方法，其特征在于： 所述的步驟6)中的所有小面上的三個方向的分量的疊加通過以下公式進行： -> Π -? -? Ρχ 二χΡ|/' Η -> il -^ ^ pY =Σρ, 11 Η -> η. -> ^ ρ-Σρ：- Η 式中，η表示上游拉開面的剖分個數，j表示第j層單元，ζ,ζ,ζ分別表示各層面上的法 相矢量方向。
【專利摘要】本發明屬于大壩壩肩邊坡技術領域，主要涉及到一種拱壩壩肩滑動塊體上游面水推力的確定方法，這種拱壩壩肩滑動塊體上游拉開面水推力的確定方法，避開傳統的求出上游拉開面型心位置確定水頭進行靜水壓力計算的方法，將滑動塊體上游拉開面分成若干個小面進行單個水推力計算，并在每個計算的時候采用矢量計算方式分成x、y、z向分力，最后將所有小面上求得的水推力進行疊加總和，求得最終的整體側滑面的滲水壓力。這種確定方法，在上游拉開面形狀不規則的時候，對水推力的確定影響不大，而且在計算單個小面的水壓力的時候，采用矢量的計算方式，考慮了Z向水壓力的作用，相比于傳統的計算方法，本發明的這種方法計算結果更加準確。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號】CN105468918
【申請號】CN201510883458
【發明人】蔡云鵬, 李夢, 柏俊磊
【申請人】中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月3日