一种不对称拱坝均衡设计的方法与流程

本发明属于水利水电工程设计，具体涉及一种不对称拱坝均衡设计的方法。

背景技术：

1、在水利水电工程界，拱坝是一种空间壳体结构，受力条件复杂，水库的水推力等荷载先作用在坝上，然后通过大坝两岸拱端传递到山体，相对其他大坝坝型，相同坝高情况下的拱坝工程量显著较低，因此，拱坝对于大坝混凝土和两岸山体的物理力学强度应用是十分充分的。所以，在方案论证阶段，拱坝方案选择的前提条件都是选在两岸山体岩体强度较高等地形、地质条件比较优越的地方。水利水电行业的发展一定程度上受到自然条件的制约，而且随着大规模基建的推进，适宜大坝建设尤其适宜拱坝建设的站点选择越来越局限，但为了利用拱坝的工程量节约，超载能力强等特点，提出在地形或者地质条件相对不利的坝址也能够做到拱坝安全运行的设计方法是必须的。

2、目前，拱坝一般选在左右岸河谷地形相对比较对称的位置，有些河谷不对称的拱坝坝址，国内多采用开挖陡坡侧山体的处理方法，欧美的拱坝则多是对缓坡侧山体采用混凝土回填形成垫座的结构，总的来说，通过这两种工程手段均有适应地形的不对称的作用，但是工程量耗费巨大，经济性差，都是不得已的办法。

3、因此，提出在不对称地形下不进行扩大开挖或者不进行混凝土回填形成人工地形情况下，适宜的不对称拱坝设计方法是十分必要的，而对两岸山体强度的充分利用和对拱坝参数的充分调整是不对称拱坝设计的关键要素，

技术实现思路

1、本发明的目的提供一种不对称拱坝均衡设计的方法，该方法通过对不对称拱坝中心线的优化，达到左右岸拱坝推力基本一致、切向位移及径向位移无限趋近于拱冠梁的相对均衡目的，可有效解决以往不对称拱坝设计过程中面对的问题，能够有效减小工程量，降低工程投资。

2、为此，本发明采用以下技术方案：

3、一种不对称拱坝均衡设计的方法，其特征在于包括以下步骤：

4、(1)分别计算不对称拱坝不同典型高程相应拱圈的左岸半弦长cli(the fixedchord length of the left bank)和右岸半弦长cri(the fixed chord length of theright bank)；

5、(2)通过所述不同典型高程的左岸半弦长cli和右岸半弦长cri计算不对称拱坝体形因子af(asymmetric factor)；

6、(3)为改善不对称拱坝缓坡侧拱端推力大于陡坡侧以及大坝径向、切向位移的不平衡，对拱坝中心线做如下调整：

7、中心线向不对称拱坝的缓坡侧移动距离δ；

8、中心线以底拱上游点为基点，向缓坡侧转动角度θ；

9、(4)制定不对称拱坝两岸拱推力的均衡系数bca(balanced coefficient of thearch thrust)和径向位移最大值位置均衡系数bmr(balanced coefficient of the maxradial displacement)；

10、(5)采用bca、bmr计算的乘积得到不对称拱坝均衡系数bc(balanced coefficientof the asymmetric arch dam)；

11、(6)计算得到不对称拱坝均衡系数bc后，若bc<第一阈值，则不对称拱坝均衡调整效果较好；若第一阈值≤bc<第二阈值，则不对称拱坝均衡调整效果一般；bc≥第二阈值，则均衡调整效果较差，转回步骤(3)需继续调整中心线平移距离δ或者/和向缓坡侧转动角度θ。

12、进一步地，所述不同典型高程为不对称拱坝底拱高程、1/2坝高、坝顶3个高程。

13、进一步地，中心线向不对称拱坝的缓坡侧移动距离δ不超过底拱一岸侧嵌深；中心线向缓坡侧转动角度为θ<10°。

14、进一步地，所述第一阈值为1.5，第二阈值为2.0。

15、本发明的有益效果是：本发明提出的不对称拱坝均衡设计的方法，基于拱坝若干代表性的高程，采用两岸不同的半弦长cli、cri得到体形因子af，作为均衡设计的基础，用来判断不对称拱坝的不对称性；然后对拱坝中心线向缓坡侧进行合理的平移(距离δ)、转动(角度θ)调整；从而形成不对称拱坝两岸拱推力、大坝位移是否均衡的控制参数bca、bmr；在此基础上得到不对称拱坝均衡系数bc，然后用来评价均衡设计或者调整的合理性。本方法实现的不对称拱坝左右岸也就是大坝的陡坡侧及缓坡侧均衡设计的方法，计算参数相对较少，计算过程简单，通过不对称均衡设计中有限的平移和转动参数迭代，可以得到适应不对称地形的合理拱坝设计，使得两岸拱推力基本均衡，改善了不对称拱坝缓坡侧拱推力明显大于陡坡侧的问题；而且通过调整使得径向位移的最大值中心无限趋近于拱冠梁的位置，切向位移在拱冠梁处无限趋于0，确保大坝整体位移的协调。因此，通过本方法采用均衡设计的不对称拱坝在满足运行安全的前提下，可以有效减小工程量，降低工程投资，提高坝型比选的先进性，对不对称拱坝的设计具有良好的基础指导作用。

技术特征：

1.一种不对称拱坝均衡设计的方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种不对称拱坝传力结构的设计方法，其特征在于所述不同典型高程为不对称拱坝底拱高程、1/2坝高、坝顶3个高程。

3.如权利要求1所述的一种不对称拱坝传力结构的设计方法，其特征在于中心线向不对称拱坝的缓坡侧移动距离δ不超过底拱一岸侧嵌深；中心线向缓坡侧转动角度为θ<10°。

4.如权利要求1所述的一种不对称拱坝传力结构的设计方法，其特征在于所述第一阈值为1.5，第二阈值为2.0。

技术总结
本发明提供了一种不对称拱坝均衡设计的方法，通过所述不同典型高程的左岸半弦长C<subgt;li</subgt;和右岸半弦长C<subgt;ri</subgt;计算不对称拱坝体形因子A<subgt;f</subgt;；对拱坝中心线做向缓坡侧移动距离Δ及向缓坡侧转动角度θ的迭代调整，使得不对称拱坝均衡系数B<subgt;c</subgt;符合：B<subgt;c</subgt;<第一阈值，或者，第一阈值≤B<subgt;c</subgt;<第二阈值。过本方法采用均衡设计的不对称拱坝在满足运行安全的前提下，可以有效减小工程量，降低工程投资，提高坝型比选的先进性，对不对称拱坝的设计具有良好的基础指导作用。

技术研发人员：王建新,张春生,徐建荣,何明杰,张伟狄,顾锦健,宁志远
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15