一种拱坝坝肩滑动块体底滑面渗水压力的确定方法

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底滑面渗水压力的确定方法，采用类似数学上积分的方式，对底滑面进行剖分计算后最终再求和，避免了传统方法在底滑面形状不规则时误差较大，往往计算结果不够理想的问题，使得底滑面渗水压力的计算结果更加准确；对于底滑面上沿没有直接与上游拉开面相交的部分和直接与上游拉开面相交的部分分开计算最终再求和，使得计算结果更加准确，而且上述方法，可以完全利用计算机进行显示实现，将所有数据转化为具有形状大小的面积体积，更加直观形象。

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 体底滑面渗水压力的确定方法。

背景技术

拱坝坝肩边坡稳定分析计算时渗水压力作用是不可忽视的影响因素， 在计算底滑面渗水压力时，传统的做法是取三倍拱端长度与对应底滑面长 度大小进行比较，取小值进行计算。

由于底滑面往往是一个空间曲面，对于底滑面长度大小无法直观取得， 同时对于底滑面上沿没有直接与上游拉开面相交的部分，这种做法往往存 在着一定的计算误差，使得计算结果不够准确。

发明内容

本发明的目的是准确定位底滑面渗压零点的位置，然后确定准确的底 滑面渗径长度，使得计算结果精准可靠，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底滑面渗水压力的确定方 法，包括如下步骤：

步骤1)：按照一定步长值以垂直于上游拉开面与底滑面的交线方向的 直线作为底滑面剖分线，剖分底滑面上直接与上游拉开面相交的部分，将 底滑面上直接与上游拉开面相交的部分剖分形成层状结构；

步骤2)：根据步骤1)分层结果，每层会形成一个剖分单元，求得剖 分单元上底滑面上游端静水压力，根据底滑面上游端静水压力求得帷幕线 处的静水压力值；

步骤3)：将上游端静水压力、帷幕线处的静水压力值以及自由水面处 静水压力值连线，得到一个剖分单元法向方向的静水压力曲线；

步骤4)：重复步骤2)和步骤3)，计算其他剖分单元上的静水压力值， 得出各个剖分单元的静水压力曲线；

步骤5)：按照一定步长值沿垂直于直线的方向剖分底滑面上没有直接 与上游拉开面相交的部分，利用已求得的底滑面上直接与上游拉开面相交 的部分最内侧的渗压曲线作为渗压曲线起始值，渗压零点位置终止于坝后 的底滑面剪出轮廓线，求出各个层上的静水压力值，连接成多个渗压曲线；

步骤6)：将步骤3)、步骤4)和步骤5)中的得到的多个静水压力曲 线以及渗压曲线进行概化，连接成底滑面渗压概化体，该概化体体积即为 底滑面渗压值。

所述的步骤1)中步长值为1m，所述的步骤5)中步长值也为1m。

所述的步骤2)中，剖分单元上底滑面上游端静水压力，采用下列公式 进行计算：

P＝γ·H_形

式中，P为计算点处的静水压力；H_形为计算点处作用的水头，该值等 于计算水位与计算点之间的高差；γ为水的重度。

所述的步骤3)中帷幕线处的静水压力值为一定倍数(一般可取0.4倍) 的底滑面上游端静水压力，自由水面处静水压力值为0。

所述的步骤5)中渗压曲线通过以下方式获得：将已求得的底滑面上直 接与上游拉开面相交的部分最内侧的渗压曲线上的静水压力值与所剖分的 各个层相对应，然后采用连线的方式，将各个值与相对应的坝后的底滑面 剪出轮廓线渗压零点值连线，形成各个渗压曲线。

所述的步骤6)中的多个静水压力曲线以及渗压曲线采用Civil3D平 台将计算结果曲线连接成底滑面渗压概化体。

本发明的有益效果：本发明的这种拱坝坝肩滑动块体底滑面渗水压力 的确定方法，采用类似数学上积分的方式，对底滑面进行剖分计算后最终 再求和，避免了传统方法在底滑面形状不规则时误差较大，往往计算结果 不够理想的问题，使得底滑面渗水压力的计算结果更加准确；对于底滑面 上沿没有直接与上游拉开面相交的部分和直接与上游拉开面相交的部分分 开计算最终再求和，使得计算结果更加准确，而且上述方法，可以完全利 用计算机进行显示实现，将所有数据转化为具有形状大小的面积体积，更 加直观形象。

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是本发明的三维模型示意图。

图2是底滑面渗压计算结果示意图。

图3是底滑面条分示意图。

图4是底滑面上直接与上游拉开面相交部分的静水压力曲线。

图5是底滑面上没有直接与上游拉开面相交部分的渗压曲线。

附图标记说明：1、三维块体；2、底滑面渗压概化体；3、底滑面；4、 上游拉开面；5、上游拉开面与底滑面的交线；6-1、静水压力曲线；6-2、 渗压曲线；7、底滑面剖分线；8、剖分单元。

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底滑面渗水压力的确定方法，结 合图1-图5所示，包括如下步骤：

步骤1)：按照一定步长值以垂直于上游拉开面与底滑面的交线5方向 的直线作为底滑面剖分线7剖分底滑面3上直接与上游拉开面相交的部分， 将底滑面3上直接与上游拉开面相交的部分剖分形成层状结构；

步骤2)：根据步骤1)分层结果，每层会形成一个剖分单元8，求得剖 分单元8上底滑面上游端静水压力，根据底滑面上游端静水压力求得帷幕 线处的静水压力值；

步骤3)：将上游端静水压力、帷幕线处的静水压力值以及自由水面处 静水压力值连线，得到一个剖分单元8法向方向的静水压力曲线6-1；

步骤4)：重复步骤2)和步骤3)，计算其他剖分单元8上的静水压力 值，得出各个剖分单元8的静水压力曲线6-1；

步骤5)：按照一定步长值沿垂直于直线7的方向剖分底滑面3上没有 直接与上游拉开面相交的部分，利用已求得的底滑面3上直接与上游拉开 面相交的部分最内侧的渗压曲线作为渗压曲线起始值，渗压零点位置终止 于坝后的底滑面剪出轮廓线，求出各个层上的静水压力值，连接成多个渗 压曲线6-2；

步骤6)：将步骤3)、步骤4)和步骤5)中的得到的多个静水压力曲 线6-1以及渗压曲线6-2进行概化，连接成底滑面渗压概化体2，该概化体 体积即为底滑面渗压值。

由于底滑面往往是一个空间曲面，对于传统的取三倍拱端长度与对应 底滑面长度大小进行比较，取小值进行计算底滑面长度，无法直观取得， 同时对于底滑面上沿没有直接与上游拉开面相交的部分，这种做法往往存 在着一定的计算误差，使得计算结果不够准确。本实施例的这种拱坝坝肩 滑动块体底滑面渗水压力的确定方法，将滑动块体底滑面分成若干个剖分 单元进行分别单个计算渗水压力，最后将所有剖分单元上求得的渗水压力 进行叠加总和；对于没有直接与上游拉开面相交的部分，也在计算过程中 剖分计算再叠加，最终求得最终的整体底滑面的渗水压力。

本实施例的这种方法，相比于传统的计算方法，误差更小，使得计算 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 拱坝坝肩滑动块体底滑面渗水压力的确定方法，以一个具体的三维块体1 进行说明，具体包括以下步骤：

步骤1)：如图2和图3所示，按照1m步长值以垂直于上游拉开面与底 滑面的交线5方向的直线7剖分底滑面3上直接与上游拉开面相交的部分， 将底滑面3上直接与上游拉开面相交的部分剖分形成层状结构，本步骤中 的具体步长值和剖分方向均可自行划分，以现场实际需要为准。

步骤2)：根据步骤1)分层结果，每层会形成一个剖分单元8，求得剖 分单元8上底滑面上游端静水压力，

剖分单元8上底滑面上游端静水压力，采用下列公式进行计算：

P＝γ·H_形

式中，P为计算点处的静水压力；H_形为计算点处作用的水头，该值等 于计算水位与计算点之间的高差；γ为水的重度。

根据底滑面上游端静水压力值求得帷幕线处的静水压力值；

步骤3)：一般情况下，距上游拉开面一定距离L处为帷幕线或排水线， 此处的L值是根据具体的现场地形情况而定，一般为10m左右，但所有的 拱坝坝肩工程中都要有帷幕线(排水线)，而在此处，其静水压力是会产生 巨大改变的。

帷幕线处的静水压力值为一定倍数(一般可取0.4倍)的底滑面上游端 静水压力，自由水面处静水压力值为0。

步骤2)中求得上游端静水压力值后，将上游端静水压力、帷幕线处的 静水压力值以及自由水面处静水压力值连线，得到一个剖分单元8法向方 向的静水压力曲线6-1；

步骤4)：重复步骤2)和步骤3)，计算其他剖分单元8上的静水压力 值，得出各个剖分单元8的静水压力曲线6-1；

步骤5)：如图3所示，按照1m步长值沿垂直于直线7的方向剖分底滑 面3上没有直接与上游拉开面相交的部分(如图3中的A区域)，利用已求 得的底滑面3上直接与上游拉开面相交的部分(图3中的B区域)最内侧 的渗压曲线作为渗压曲线起始值，渗压零点位置终止于坝后的底滑面剪出 轮廓线，求出各个层上的静水压力值，连接成多个如图4所示的渗压曲线 6-2。

渗压曲线6-2通过以下方式获得：将已求得的底滑面3上直接与上游 拉开面相交的部分最内侧的渗压曲线上的静水压力值与所剖分的各个层相 对应，然后采用连线的方式，将各个值与相对应的坝后的底滑面剪出轮廓 线(如图3中黑线加粗部分)渗压零点值连线，形成各个渗压曲线6-2，如 图5所示。

步骤6)：将步骤3)、步骤4)和步骤5)中的得到的多个静水压力曲 线6-1以及渗压曲线6-2进行概化，采用Civil3D平台将计算结果曲线连 接成底滑面渗压概化体2，本实施例中底滑面渗压概化体2应该是一个静水 压力曲线6-1概化成的类似三角体的六面体结构以及渗压曲线6-2概化成 的三角体形状的五面体结构，该概化体体积即为底滑面渗压值，通过测量 计算求出体积即为底滑面渗压值。

综上所述，本发明的这种拱坝坝肩滑动块体底滑面渗水压力的确定方 法，采用类似数学上积分的方式，对底滑面进行剖分计算后最终再求和， 避免了传统方法在底滑面形状不规则时误差较大，往往计算结果不够理想 的问题，使得底滑面渗水压力的计算结果更加准确；对于底滑面上沿没有 直接与上游拉开面相交的部分和直接与上游拉开面相交的部分分开计算最 终再求和，使得计算结果更加准确，而且上述方法，可以完全利用计算机 进行显示实现，将所有数据转化为具有形状大小的面积体积，更加直观形 象。

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。