CN106996096B - 一种拱坝结构安全性的分析处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种拱坝结构安全性的分析处理方法，属于拱坝工程技术领域，包括以下步骤：a、沿坝高方向，将拱坝的拱圈从下到上分成若干个依次连接的分拱圈；b、以拱坝中心线为界线，将各个分拱圈分为左、右两部分；c、选取各个左分拱圈、右分拱圈所对应的拱圈弧长s、拱端厚度T、坝基基础变形模量R以及所承受的水压强p为分析参数；d、将上述四个相对应的分析参数组合为单一宏观分析参数；e、制定分析标准N，f、结构分析，若左分拱圈或者右分拱圈所对应F的值大于所对应N的值，则该结构不安全；若左分拱圈或者右分拱圈所对应F的值小于所对应N的值，则该结构安全。本发明提供了一种准确性更高的拱坝结构安全性的分析处理方法。

Description

一种拱坝结构安全性的分析处理方法
技术领域
本发明涉及一种拱坝结构安全性的分析处理方法，属于拱坝工程技术领域。
背景技术
安全且经济地利用水能资源是水电开发中永恒的主题和追求，拱坝是安全性和经济性均较优越的坝型，同时又是非常复杂的坝型，如何快速的分析拱坝结构安全性，以及在安全的前提下设计出经济的拱坝体型，是坝工人员努力解决的问题。
如何在设计前期，从宏观的数据来快速分析拱坝布置的合理性与安全性，坝工人员建立了一些宏观指标。瑞士著名坝工专家Lombardi提出用柔度系数对拱坝厚度作经验性判断，柔度系数C＝A2/VH，其中A——拱坝中剖面的面积，V——拱坝体积，H——最大坝高。我国著名坝工专家朱伯芳院士提出用应力水平系数和拱坝安全水平系数来初步估算拱坝的安全水平。应力水平系数D＝CH＝A2/V，安全水平系数J＝100R/D＝100RV/A2，其中R——坝体和基础的强度。还有专家提出用总水推力与坝体混凝土方量的比值，即当量混凝土来反映拱坝的安全状况。
现有的拱坝的安全分析方法选取的分析参数存在以下问题：
(1)分析参数中A即拱坝中剖面的面积，相同的面积情况下，河谷的形状可能是U形或者V形，由于地形差异，作用在拱坝上的荷载是不同的，不能反映出地形情况，得到的宏观指标指导性不强；
(2)现有拱坝的安全分析方法都纳入了坝体混凝土方量V，相同的混凝土方量V可以有多种体形布置方式，以拱冠梁剖面为例，可以采用三角形剖面，可以采用梯形剖面，也可以采用矩形剖面，在不同的剖面下，混凝土的分布就不一样，相应的结构安全度不一样；
(3)选取的分析参数不能反映控制部位的结构特性，对具体的高程拱圈来说，作用荷载的大小、基础的软硬程度、结构的断面尺寸等是非常重要的，选取的分析参数未能具体反映这些结构属性。
鉴于现有得到的宏观指标存在以上局限性，仅适合做一些非常粗略的统计分析和估计，对拱坝布置设计的指导性不强，设计中不便掌握和操作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种准确性更高的拱坝结构的拱坝结构安全性的分析处理方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种拱坝结构的安全分析方法，包括以下步骤：
a、沿坝高方向，将拱坝的拱圈从下到上分成若干个依次连接的分拱圈；
b、以拱坝中心线为界线，将各个分拱圈分为左、右两部分，与左岸坝基相连接的为左分拱圈，与右岸坝基相连接为右分拱圈；
c、选取各个左分拱圈、右分拱圈所对应的拱圈弧长s、拱端厚度T、坝基基础变形模量R以及所承受的水压强p为分析参数；
d、按照公式F＝sp/TR将上述四个相对应的分析参数组合为单一宏观分析参数；
e、制定分析标准N，N＝-(M-0.5)2+0.5，M＝E/H，其中M为相对坝高，E为分拱圈高程平面到坝顶顶面的距离，H为最大坝高；
f、结构分析，若左分拱圈或者右分拱圈所对应F的值大于所对应N的值，则该结构不安全；若左分拱圈或者右分拱圈所对应F的值小于所对应N的值，则该结构安全；
g、对于步骤f中结构不安全的左分拱圈或者右分拱圈，通过增加对应的拱端厚度T、坝基基础变形模量R，使左分拱圈或者右分拱圈所对应F的值小于所对应N的值。
本发明的有益效果是：拱圈作为拱坝的主体结构，起挡水的作用，本发明所提出的拱坝结构的拱坝结构安全性的分析处理方法，特别适用于新拱坝的布置设计，其将拱圈作为分析分析的基础，首先将拱圈从下到上分成若干个依次连接的分拱圈，将拱圈细化，然后对细化的分拱圈再次细化为左分拱圈、右分拱圈，选取左分拱圈、右分拱圈所对应的拱圈弧长s、拱端厚度T、所承受的水压强p以及所对应的坝基基础变形模量R作为分析参数，再按照公式F＝sp/TR将上述四个相对应的分析参数组合为单一宏观分析参数，使拱圈的参数与两岸坝基的参数结合，得到一个综合的宏观分析参数F，然后根据对大量已建拱坝的数据为依据，制定分析标准N，最后根据所对应宏观分析参数F与分析标准N的值进行结构分析，得到的拱坝安全性分析，其结果的准确性高，最后对结构不安全的分拱圈进行针对性地整改处理。特别是在新拱坝布置设计时，在特定高程的分拱圈，其所承受的水压强p、拱圈弧长s为固定的，该分拱圈的布置则在拱端厚度T和坝基基础变形模量R之间进行调整布置设计，明确了设计调整的方向，对新拱坝布置设计具有准确的指导性。
附图说明
图1是分拱圈的俯视结构示意图；
图2是分拱圈的侧视结构示意图；
图中零部件、部位及编号：左分拱圈1、右分拱圈2、拱坝中心线3、左岸坝基4、右岸坝基5、坝底6。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明一种拱坝结构的安全分析方法，包括以下步骤：
a、沿坝高方向，将拱坝的拱圈从下到上分成若干个依次连接的分拱圈，将拱圈细化，然后对细化的分拱圈依次进行安全性的分析，得到分析指标准确高。根据拱坝的坝高而定，优选每个分拱圈的高度为40m。拱圈作为拱坝的主体结构，起挡水的作用，拱坝结构是否安全可靠也即是拱圈是否安全可靠。
b、如图1、图2所示，以拱坝中心线3为界线，将各个分拱圈分为左、右两部分，与左岸坝基4相连接的为左分拱圈1，与右岸坝基5相连接为右分拱圈2，将各个分拱圈分为左、右两部分，进一步将拱圈细化。由于拱坝的左岸坝基4、右岸坝基5的基础岩石的结构不同，拱圈与左岸坝基4、右岸坝基5的接触情况也不一样，所以将拱圈细化为左分拱圈1、右分拱圈2。
c、选取各个左分拱圈1、右分拱圈2所对应的拱圈弧长s、拱端厚度T、坝基基础变形模量R以及所承受的水压强p为分析参数。水压强p是拱坝承受的最主要外荷载，拱坝通过拱圈将水压强p传递给左岸坝基4、右岸坝基5。在地形确定的情况下，拱坝的拱圈弧长s、所承受的水压强p一定的情况下，拱坝的安全性由左岸坝基4、右岸坝基5的拱端范围的基础岩石的抗变形能力来决定，而拱端厚度T和坝基基础变形模量R的乘积恰恰反映了拱端范围的基础岩石的抗变形能力。所以，选取各个左分拱圈1、右分拱圈2所对应的拱圈弧长s、拱端厚度T、坝基基础变形模量R以及所承受的水压强p为分析参数，能够准确放映出拱坝的安全性。更进一步，拱圈弧长s、拱端厚度T、坝基基础变形模量R以及所承受的水压强p这些数据均是在拱坝体形布置时都已知晓，得到数据的准确性高。
d、使拱圈的参数与两岸坝基的参数结合，按照公式F＝sp/TR将上述四个相对应的分析参数组合为单一宏观分析参数，将结构受力与拱端基础抗变形能力的4个参数组合为无量纲参数。
e、根据大量已建拱坝的数据为依据，制定分析标准N，N＝-(M-0.5)2+0.5，M＝E/H，其中M为相对坝高，E为分拱圈高程平面到坝顶顶面的距离，H为最大坝高。分析标准N的值与相对坝高M的值有关系，拱坝的坝顶受交通要求和构造要求，其厚度高于结构受力要求，顶部的所承受的水压强p较低，拱坝的底部靠近基础，梁向的作用很强，拱的作用并不明显，沿坝高方向，拱坝的中部是拱的效应最强的地方，以拱坝的中部为基点，向上或者向下，拱的作用依次减弱，分析标准N与拱坝的实际情况相符合。
f、结构分析，若左分拱圈1或者右分拱圈2所对应F的值小于所对应N的值，则该结构安全；若左分拱圈1或者右分拱圈2所对应F的值大于所对应N的值，则该结构不安全。
g、对于步骤f中结构不安全的左分拱圈1或者右分拱圈2，通过增加对应的拱端厚度T、坝基基础变形模量R，使左分拱圈1或者右分拱圈2所对应F的值小于所对应N的值。
拱圈作为拱坝的主体结构，起挡水的作用，本发明所提出的拱坝结构的拱坝结构安全性的分析处理方法，特别适用于新拱坝的布置设计，其将拱圈作为分析分析的基础，首先将拱圈从下到上分成若干个依次连接的分拱圈，将拱圈细化，然后对细化的分拱圈再次细化为左分拱圈、右分拱圈，选取左分拱圈、右分拱圈所对应的拱圈弧长s、拱端厚度T、所承受的水压强p以及所对应的坝基基础变形模量R作为分析参数，再按照公式F＝sp/TR将上述四个相对应的分析参数组合为单一宏观分析参数，使拱圈的参数与两岸坝基的参数结合，得到一个综合的宏观分析参数F，然后根据对大量已建拱坝的数据为依据，制定分析标准N，最后根据所对应宏观分析参数F与分析标准N的值进行结构分析，得到的拱坝安全性分析，其结果的准确性高，最后对结构不安全的分拱圈进行针对性地整改处理。特别是在新拱坝布置设计时，在特定高程的分拱圈，其所承受的水压强p、拱圈弧长s为固定的，该分拱圈的布置则在拱端厚度T和坝基基础变形模量R之间进行调整布置设计，明确了设计调整的方向，对新拱坝布置设计具有准确的指导性。
实施例1
某工程最大坝高240m，沿坝高方向，将拱坝的拱圈从下到上分成若干个依次连接的分拱圈，各个左分拱圈、右分拱圈所对应的拱圈弧长s、拱端厚度T、坝基基础变形模量R以及所承受的水压强p的参数如表一所示：
表一
按照公式F＝sp/TR将上述四个相对应的评价参数组合为单一宏观评价参数，制定评价标准N，N＝-(M-0.5)2+0.5，M＝E/H，如表二所示：
表二
从表二种可以看出，除了右岸高程1090m的右分拱圈的所对应F的值小于所对应N的值，其结构不安全外，其余高程的对应F的值小于所对应N的值，说明结构安全。右岸高程1090m的右分拱圈增加拱端厚度T，加强坝基基础变形模量R，从而使对应F的值小于所对应N的值，使该结构达到安全。

Claims (1)

1.一种拱坝结构安全性的分析处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、沿坝高方向，将拱坝的拱圈从下到上分成若干个依次连接的分拱圈；
b、以拱坝中心线(3)为界线，将各个分拱圈分为左、右两部分，与左岸坝基(4)相连接的为左分拱圈(1)，与右岸坝基(5)相连接为右分拱圈(2)；
c、选取各个左分拱圈(1)、右分拱圈(2)所对应的拱圈弧长s、拱端厚度T、坝基基础变形模量R以及所承受的水压强p为分析参数；
d、按照公式F＝sp/TR将上述四个相对应的分析参数组合为单一宏观分析参数；
e、制定分析标准N，N＝-(M-0.5)2+0.5，M＝E/H，其中M为相对坝高，E为分拱圈高程平面到坝顶顶面的距离，H为最大坝高；
f、结构分析，若左分拱圈(1)或者右分拱圈(2)所对应F的值大于所对应N的值，则该结构不安全；若左分拱圈(1)或者右分拱圈(2)所对应F的值小于所对应N的值，则该结构安全；
g、对于步骤f中结构不安全的左分拱圈(1)或者右分拱圈(2)，通过增加对应的拱端厚度T、坝基基础变形模量R，使左分拱圈(1)或者右分拱圈(2)所对应F的值小于所对应N的值。
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