[发明专利]一种曲线形重力坝设计方法

说明书

本发明公开了一种曲线形重力坝设计方法，该方法是将重力坝上下游面均设计为曲线，将包括自重、水压力、扬压力在内的荷载均设计为高程的函数，曲线方程根据各高程截面的抗滑稳定安全度相同确定，将主要荷载和计算参数设计为坝高的函数。本发明的设计方案由于上下游坝面为曲线，衔接光滑，且上部结构重量较轻，抗震性能更好。按照本曲线形重力坝设计方法设计的大坝具有大坝工程量最节省、减少材料强度浪费、抗震性能更好的优点，同时重力坝具有曲线美感。

技术领域

本发明属于水利水电工程中大坝技术领域，具体涉及一种曲线形重力坝设计方法。

背景技术

混凝土重力坝作为一种常见的大坝结构形式被广泛应用在水电工程建设中。其中坝体防渗除依靠混凝土自身防渗性能外，还包括坝段间横缝防渗，基础防渗通常在坝体建基面以下设防渗帷幕，因此结构受力特点为：在水压力及自重等荷载综合作用下，坝址区域为低压甚至局部为拉应力区，坝址区域承受较大的压力，在地震荷载作用下，坝址区域应力范围会逐渐扩大。

现有专利文献中，洛阳水利勘测设计有限责任公司申请的发明专利CN204199247U公开了一种坚固型重力坝结构，包括混凝土重力坝，混凝土重力坝外侧安装有护板，混凝土重力坝通过一锚筋固定在地面上，护板与地面之间连接有防渗帷幕，防渗帷幕设置在锚筋外侧，混凝土重力坝一侧面上设有护坡，护坡与混凝土重力坝之间通过水泥砂浆层连接，护坡内开有横缝，横缝不止一个，且横向呈上下结构排列设置在护坡内，横缝高度在五至十毫米之间，护坡与地面之间的倾斜角度在三十度至四十五度之间，护坡与地面之间的倾斜处设有坝址，坝址平行设置在地面上。然而该设计未考虑到大坝抗滑稳定的问题。

青岛理工大学申请的发明专利CN104535346A公开了一种混凝土重力危坝的抗滑稳定性检测方法，包括以下步骤：步骤1：布置大坝基准监测点和变形监测点；步骤2：采用检测装置检测水库区坝前库水位值；步骤3：获取和处理大坝位移变形量实时监测数据；步骤4：确定大坝库水位动力卸加载参数和位移响应参数；步骤5：确定大坝库水位动力卸加载位移响应比参数；步骤6：确定大坝实时损伤稳定性系数；步骤7：确定大坝损伤灾变预警判据与稳定性评价。该方案可通过大坝库水位值与位移的耦合监测数据，求得库水位动力卸加载位移响应比的大小和变化规律，进而确定混凝土重力危坝抗滑实时稳定性系数的变化规律以及对混凝土重力危坝的抗滑稳定性及其损伤演化规律进行分析与评价。

然而该方案只是对原有大坝断面抗滑稳定性的问题进行了研究，而没有从大坝自身的设计着手去克服抗滑稳定性的问题，而原有大坝断面为三角形断面，大坝混凝土体积大，抗滑稳定安全系数富裕度大，上部结构抗震能力差，因此，从大坝抗滑稳定性的角度考虑提供一种曲线形重力坝设计方法，是有重要意义的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有重力坝结构大坝混凝土体积大、抗滑稳定富裕度大、上部结构抗震能力差的问题，提供一种曲线形重力坝设计方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：

一种曲线形重力坝设计方法，该方法是将重力坝上下游面均设计为曲线，将包括自重、水压力、扬压力在内的荷载均设计为高程的函数，曲线方程根据各高程截面的抗滑稳定安全度相同确定，将主要荷载和计算参数设计为坝高的函数。

该方法主要包括如下步骤：以x作为从坝顶算起的高度，依次计算x高度的截面长度、x高度的摩擦系数、x高度的粘聚力、x高度的自重、x高度的上游水压力、x高度的上游水重和x高度的扬压力，然后推导出安全系数公式；然后让安全系数为满足规范要求的定值，最后采用解析或数值方法求解微分方程，通过求解截面积最小为约束条件的最优解使大坝混凝土方量最少。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的设计方案由于上下游坝面为曲线，衔接光滑，且上部结构重量较轻，抗震性能更好。按照本曲线形重力坝设计方法设计的大坝具有大坝工程量最节省、减少材料强度浪费、抗震性能更好的优点，同时重力坝具有曲线美感。