[发明专利]一种拱坝体形设计的方法

说明书

本发明涉及一种拱坝体形设计的方法，属于拱坝工程技术领域，首先通过建立坐标系，然后对选定的拱坝建基面，选择4个体形设计的控制高程分拱圈，并拟定的4个控制高程分拱圈的设计参数，再然后将拟定的4个控制高程分拱圈的设计参数拟合为3次曲线方程，通过计算得到其他高程分拱圈的设计参数，最后再计算出各高程分拱圈的曲率半径和中心角，完成拱坝的体形设计。可见，该拱坝体形设计的方法只需确定16个参数来描述拱坝体形，减少体形调整参数的个数，显著提高体形设计的效率，而且采用了以拱端中心坐标反算分拱圈曲线的曲率半径和中心角，使得体形调整的过程不改变拱端的位置，体形调整均在选定的拱坝建基面上进行，保证拱坝体形设计的有效性。

技术领域

本发明涉及一种拱坝体形设计的方法，属于拱坝工程技术领域。

背景技术

拱坝体形设计是拱坝设计的核心内容，现有的设计流程是：确定拱坝轴线位置，确定拱坝中心线位置，确定拱端嵌深，然后进行体形布置设计。拱坝轴线和拱坝中心线起到了拱坝体形骨架和定位控制的作用，拱坝体形设计过程，就是要不断调整拱冠梁的形态，调整各高程分拱圈的曲率半径和厚度，直到满足体形设计要求为止。对地质条件较复杂的工程，其坝基可利用岩体范围不大，合理建基面位置一经论证确定，很少有调整的余地，采用现有的拱坝体形设计流程中，在改变了拱冠梁形态、拱圈曲率、拱圈厚度，特别是改变拱圈曲率后，拱端位置很可能发生变化，使得与选定建基面位置存在较大的差异，从而导致拱端的建基条件发生变化，这样的体形设计是不能被接受，需要重新进行布置和体形设计，造成设计工作的反复，效率较低。而且，现有的拱坝体形设计流程中，体形设计时需要调整的参数较多，以一个划分为10层分拱圈的拱坝为例，拱圈轴线采用抛物线线型，在确定了拱坝的建基面位置后，需要3个参数描述拱冠梁上游面形态，4个参数描述拱冠梁厚度，20个曲率半径，20个拱端厚度，即共需要47个参数来描述拱坝体形，体形设计过程中就是要不断调整这47个参数，使设计的体形满足相关要求，由于需要调整的参数多，调整过程复杂，严重影响拱坝体形设计效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种效率较高的拱坝体形设计的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种拱坝体形设计的方法，所述拱坝的拱圈轴线线型为抛物线，包括以下步骤：

S1、确定拱坝中心线位置，建立拱坝体形设计的坐标系，坐标系以确定的拱坝中心线为Y轴，Y轴的正向为上游方向，以横河向为X轴，X轴的正向指向右岸，X轴的负向指向左岸，以铅直向为Z轴；

S2、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，最大高程的分拱圈为顶拱圈，最小高程的分拱圈为底拱圈；

S3、对选定的拱坝建基面，确定所有分拱圈所对应的左岸拱端中心坐标和右岸拱端中心坐标，左岸拱端中心坐标为(XL_i，YL_i，Z_i),右岸拱端中心坐标表示为(XR_i，YR_i，Z_i)；

S4、选择体形设计的控制高程分拱圈，控制高程分拱圈为底拱圈、顶拱圈和任意其他2个分拱圈；

S5、拟定步骤S4中的4个控制高程分拱圈所对应的拱冠梁厚度TCi、左拱端厚度TLi、右拱端厚度TRi为第一设计参数；

S6、分别将对应的拱冠梁厚度TCi、左拱端厚度TLi、右拱端厚度TRi拟合为3次曲线方程，拱冠梁厚度拟合的3次曲线方程为：TCi＝b₀+b₁(Hi/H)+b₂(Hi/H)²+b₃(Hi/H)³；

左拱端厚度拟合的3次曲线方程为：TLi＝c₀+c₁(Hi/H)+c₂(Hi/H)²+c₃(Hi/H)³；