一种拱坝坝肩滑动块体上游拉开面水推力的确定方法

摘要

本发明属于大坝坝肩边坡技术领域，主要涉及到一种拱坝坝肩滑动块体上游面水推力的确定方法，这种拱坝坝肩滑动块体上游拉开面水推力的确定方法，避开传统的求出上游拉开面型心位置确定水头进行静水压力计算的方法，将滑动块体上游拉开面分成若干个小面进行单个水推力计算，并在每个计算的时候采用矢量计算方式分成x、y、z向分力，最后将所有小面上求得的水推力进行叠加总和，求得最终的整体侧滑面的渗水压力。这种确定方法，在上游拉开面形状不规则的时候，对水推力的确定影响不大，而且在计算单个小面的水压力的时候，采用矢量的计算方式，考虑了Z向水压力的作用，相比于传统的计算方法，本发明的这种方法计算结果更加准确。

说明书

技术领域

本发明属于大坝坝肩边坡技术领域，主要涉及到一种拱坝坝肩滑动块 体上游面水推力的确定方法。

背景技术

拱坝坝肩边坡稳定分析计算过程中，需要确定上游面的水推力，在确 定上游面水推力时，传统的做法是求出上游拉开面型心位置确定水头进行 静水压力确定。

这种通过上游拉开面型心位置确定水头进行静水压力的方法，由于在 上游拉开面的形状规则时误差较小，但在上游拉开面形状不规则时误差是 较大的，同时传统做法没有考虑到Z向水压力的作用，因此往往计算结果 是不理想的。

发明内容

本发明的目的是改变传统的以求出上游拉开面型心位置确定水头进行 静水压力计算确定上游拉开面水压力的做法，采用更加精确的计算方法， 使得计算结果更精准，更接近工程实际，更大限度的避免工程设计的安全 风险。

为此，本发明提供了一种拱坝坝肩滑动块体上游拉开面水推力的确定 方法，包括如下步骤：

步骤1)：按照一定步长值沿平行于上游拉开面与底滑面的交线的方向 来剖分上游拉开面，将上游拉开面剖分形成层状结构；

步骤2)：根据上游拉开面的走向倾角，利用空间向量的数学方法确定 各层面上的法相矢量方向

步骤3)：步骤1)中剖分上游拉开面后在每层会形成一个小面，计算 每个小面上的上游端水压力P；

步骤4)：将步骤3)中得到的上游端水压力P，利用空间向量的数学方 法得到一个小面法向矢量方向将每个分解到x、y、z向，每一个小面 都有三个方向的分量；

步骤5)：在所有的小面上重复步骤3)和步骤4)，求出所有小面上的 法向矢量方向的三个方向的分量；

步骤6)：对步骤5)中求得的所有小面上的三个方向的分量，每个方 向上的力分别直接叠加，则得到x、y、z向分力，将三个分力合成后得到 上游拉开面水推力。

所述的步骤1)中步长值为1m，以1m步长值沿平行于上游拉开面与底 滑面的交线的方向将上游拉开面剖分形成层状结构。

所述的步骤3)中的上游端水压力P通过以下公式求得：

P＝γ·H_形

式中，P为上游端水压力；H_形为计算点处作用的水头，该值为计算水 位与计算点之间的高差；γ为水的重度。

所述的步骤6)中的所有小面上的三个方向的分量的叠加通过以下公式 进行：

${\overrightarrow{P}}_x=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\overrightarrow{p}}_j{\overrightarrow{i}}^x$

${\overrightarrow{P}}_Y=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\overrightarrow{p}}_j{\overrightarrow{i}}^y$

${\overrightarrow{P}}_Z=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\overrightarrow{p}}_j{\overrightarrow{i}}^z$

式中，n表示上游拉开面的剖分个数，j表示第j层单元,分别表 示各层面上的法相矢量方向。

本发明的有益效果：本发明的这种拱坝坝肩滑动块体上游拉开面水推 力的确定方法，避开传统的求出上游拉开面型心位置确定水头进行静水压 力计算的方法，在上游拉开面形状不规则的时候，对水推力的确定影响不 大，而且在计算单个小面的水压力的时候，采用矢量的计算方式，考虑了Z 向水压力的作用，相比于传统的计算方法，本发明的这种方法计算结果更 加准确。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供一种拱坝坝肩滑动块体上游拉开面水推力的确定方法， 如图1所示，包括如下步骤：

步骤1)：按照一定步长值沿平行于上游拉开面与底滑面的交线的方向 来剖分上游拉开面，将上游拉开面剖分形成层状结构；

步骤2)：根据上游拉开面的走向倾角，利用空间向量的数学方法确定 各层面上的法相矢量方向

步骤3)：步骤1)中剖分上游拉开面后在每层会形成一个小面，计算 每个小面上的上游端水压力P；

步骤4)：将步骤3)中得到的上游端水压力P，利用空间向量的数学方 法得到一个小面法向矢量方向将每个分解到x、y、z向，每一个小面 都有三个方向的分量；

步骤5)：在所有的小面上重复步骤3)和步骤4)，求出所有小面上的 法向矢量方向的三个方向的分量；

步骤6)：对步骤5)中求得的所有小面上的三个方向的分量，每个方 向上的力分别直接叠加，则得到x、y、z向分力，将三个分力合成后得到 上游拉开面水推力。

本实施例的这种拱坝坝肩滑动块体上游拉开面水推力的确定方法，避 开传统的求出上游拉开面型心位置确定水头进行静水压力计算的方法，将 滑动块体上游拉开面分成若干个小面进行单个水推力计算，并在每个计算 的时候采用矢量计算方式分成x、y、z向分力，最后将所有小面上求得的 水推力进行叠加总和，求得最终的整体侧滑面的渗水压力。

传统的利用求出上游拉开面型心位置确定水头进行静水压力计算的方 法，在拉裂面形状不规则时误差是较大的，同时传统做法没有考虑到Z向 水压力的作用，因此往往计算结果是不理想的，而本实施例的这种方法， 是要将整个上游拉开面进行分割计算，在上游拉开面形状不规则的时候， 对其影响不大，而且在计算单个小面的水压力的时候，采用矢量的计算方 式，考虑了Z向水压力的作用，相比于传统的计算方法，本发明的这种方 法计算结果更加准确。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例进行进一步详细的说明，本实施例的 拱坝坝肩滑动块体侧滑面渗水压力的确定方法，具体包括以下步骤：

步骤1)：按照1m步长值沿平行于上游拉开面与底滑面的交线的方向将 上游拉开面剖分形成层状结构，本步骤中的具体步长值可自行划分，以现 场实际需要为准。

步骤2)：根据上游拉开面的走向倾角，利用空间向量的数学方法确定 各层面上的法相矢量方向

步骤3)：步骤1)中剖分上游拉开面后在每层会形成一个小面，计算 每个小面上的上游端水压力P。

上游端水压力P通过以下公式求得：

P＝γ·H_形

式中，P为上游端水压力；H_形为计算点处作用的水头，该值为计算水 位与计算点之间的高差；γ为水的重度。

步骤4)：将步骤3)中得到的上游端水压力P，利用空间向量的数学方 法得到一个小面法向矢量方向将每个分解到x、y、z向，每一个小面 都有三个方向的分量；

步骤5)：在所有的小面上重复步骤3)和步骤4)，求出所有小面上的 法向矢量方向的三个方向的分量；

步骤6)：对步骤5)中求得的所有小面上的三个方向的分量，每个方 向上的力分别直接叠加，则得到x、y、z向分力，将三个分力合成后得到 上游拉开面水推力。

所有小面上的三个方向的分量的叠加通过以下公式进行：

${\overrightarrow{P}}_x=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\overrightarrow{p}}_j{\overrightarrow{i}}^x$

${\overrightarrow{P}}_Y=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\overrightarrow{p}}_j{\overrightarrow{i}}^y$

${\overrightarrow{P}}_Z=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\overrightarrow{p}}_j{\overrightarrow{i}}^z$

式中，n表示上游拉开面的剖分个数，j表示第j层单元,分别表 示各层面上的法相矢量方向。

求出后，然后按照具体实际情况进行计算，当需要考虑Z 向力的时候，将三者进行合成计算，求出最终合力即为上游拉开面水推力； 当不需要考虑Z向力的时候，将进行合成计算，求出最终合力即为 上游拉开面水推力。

综上所述，本发明的这种拱坝坝肩滑动块体上游拉开面水推力的确定 方法，避开传统的求出上游拉开面型心位置确定水头进行静水压力计算的 方法，将滑动块体上游拉开面分成若干个小面进行单个水推力计算，并在 每个计算的时候采用矢量计算方式分成x、y、z向分力，最后将所有小面 上求得的水推力进行叠加总和，求得最终的整体侧滑面的渗水压力。这种 确定方法，在上游拉开面形状不规则的时候，对水推力的确定影响不大， 而且在计算单个小面的水压力的时候，采用矢量的计算方式，考虑了Z向 水压力的作用，相比于传统的计算方法，本发明的这种方法计算结果更加 准确。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围 的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。