本發(fā)明涉及一種拱壩結(jié)構(gòu)安全性的分析處理方法，屬于拱壩工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

安全且經(jīng)濟(jì)地利用水能資源是水電開發(fā)中永恒的主題和追求，拱壩是安全性和經(jīng)濟(jì)性均較優(yōu)越的壩型，同時又是非常復(fù)雜的壩型，如何快速的分析拱壩結(jié)構(gòu)安全性，以及在安全的前提下設(shè)計出經(jīng)濟(jì)的拱壩體型，是壩工人員努力解決的問題。

如何在設(shè)計前期，從宏觀的數(shù)據(jù)來快速分析拱壩布置的合理性與安全性，壩工人員建立了一些宏觀指標(biāo)。瑞士著名壩工專家lombardi提出用柔度系數(shù)對拱壩厚度作經(jīng)驗(yàn)性判斷，柔度系數(shù)c＝a²/vh，其中a——拱壩中剖面的面積，v——拱壩體積，h——最大壩高。我國著名壩工專家朱伯芳院士提出用應(yīng)力水平系數(shù)和拱壩安全水平系數(shù)來初步估算拱壩的安全水平。應(yīng)力水平系數(shù)d＝ch＝a²/v，安全水平系數(shù)j＝100r/d＝100rv/a²，其中r——壩體和基礎(chǔ)的強(qiáng)度。還有專家提出用總水推力與壩體混凝土方量的比值，即當(dāng)量混凝土來反映拱壩的安全狀況。

現(xiàn)有的拱壩的安全分析方法選取的分析參數(shù)存在以下問題：

(1)分析參數(shù)中a即拱壩中剖面的面積，相同的面積情況下，河谷的形狀可能是u形或者v形，由于地形差異，作用在拱壩上的荷載是不同的，不能反映出地形情況，得到的宏觀指標(biāo)指導(dǎo)性不強(qiáng)；

(2)現(xiàn)有拱壩的安全分析方法都納入了壩體混凝土方量v，相同的混凝土方量v可以有多種體形布置方式，以拱冠梁剖面為例，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樣，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)安全度不一樣；

(3)選取的分析參數(shù)不能反映控制部位的結(jié)構(gòu)特性，對具體的高程拱圈來說，作用荷載的大小、基礎(chǔ)的軟硬程度、結(jié)構(gòu)的斷面尺寸等是非常重要的，選取的分析參數(shù)未能具體反映這些結(jié)構(gòu)屬性。

鑒于現(xiàn)有得到的宏觀指標(biāo)存在以上局限性，僅適合做一些非常粗略的統(tǒng)計分析和估計，對拱壩布置設(shè)計的指導(dǎo)性不強(qiáng)，設(shè)計中不便掌握和操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種準(zhǔn)確性更高的拱壩結(jié)構(gòu)的拱壩結(jié)構(gòu)安全性的分析處理方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種拱壩結(jié)構(gòu)的安全分析方法，包括以下步驟：

a、沿壩高方向，將拱壩的拱圈從下到上分成若干個依次連接的分拱圈；

b、以拱壩中心線為界線，將各個分拱圈分為左、右兩部分，與左岸壩基相連接的為左分拱圈，與右岸壩基相連接為右分拱圈；

c、選取各個左分拱圈、右分拱圈所對應(yīng)的拱圈弧長s、拱端厚度t、壩基基礎(chǔ)變形模量r以及所承受的水壓強(qiáng)p為分析參數(shù)；

d、按照公式f＝sp/tr將上述四個相對應(yīng)的分析參數(shù)組合為單一宏觀分析參數(shù)；

e、制定分析標(biāo)準(zhǔn)n，n＝-(m-0.5)²+0.5，m＝e/h，其中m為相對壩高，e為分拱圈相對壩底的高度，h為最大壩高；

f、結(jié)構(gòu)分析，若左分拱圈或者右分拱圈所對應(yīng)f的值大于所對應(yīng)n的值，則該結(jié)構(gòu)不安全；若左分拱圈或者右分拱圈所對應(yīng)f的值小于所對應(yīng)n的值，則該結(jié)構(gòu)安全；

g、對于步驟f中結(jié)構(gòu)不安全的左分拱圈或者右分拱圈，通過增加對應(yīng)的拱端厚度t、壩基基礎(chǔ)變形模量r，使左分拱圈或者右分拱圈所對應(yīng)f的值小于所對應(yīng)n的值。

本發(fā)明的有益效果是：拱圈作為拱壩的主體結(jié)構(gòu)，起擋水的作用，本發(fā)明所提出的拱壩結(jié)構(gòu)的拱壩結(jié)構(gòu)安全性的分析處理方法，特別適用于新拱壩的布置設(shè)計，其將拱圈作為分析分析的基礎(chǔ)，首先將拱圈從下到上分成若干個依次連接的分拱圈，將拱圈細(xì)化，然后對細(xì)化的分拱圈再次細(xì)化為左分拱圈、右分拱圈，選取左分拱圈、右分拱圈所對應(yīng)的拱圈弧長s、拱端厚度t、所承受的水壓強(qiáng)p以及所對應(yīng)的壩基基礎(chǔ)變形模量r作為分析參數(shù)，再按照公式f＝sp/tr將上述四個相對應(yīng)的分析參數(shù)組合為單一宏觀分析參數(shù)，使拱圈的參數(shù)與兩岸壩基的參數(shù)結(jié)合，得到一個綜合的宏觀分析參數(shù)f，然后根據(jù)對大量已建拱壩的數(shù)據(jù)為依據(jù)，制定分析標(biāo)準(zhǔn)n，最后根據(jù)所對應(yīng)宏觀分析參數(shù)f與分析標(biāo)準(zhǔn)n的值進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，得到的拱壩安全性分析，其結(jié)果的準(zhǔn)確性高，最后對結(jié)構(gòu)不安全的分拱圈進(jìn)行針對性地整改處理。特別是在新拱壩布置設(shè)計時，在特定高程的分拱圈，其所承受的水壓強(qiáng)p、拱圈弧長s為固定的，該分拱圈的布置則在拱端厚度t和壩基基礎(chǔ)變形模量r之間進(jìn)行調(diào)整布置設(shè)計，明確了設(shè)計調(diào)整的方向，對新拱壩布置設(shè)計具有準(zhǔn)確的指導(dǎo)性。

附圖說明

圖1是分拱圈的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是分拱圈的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中零部件、部位及編號：左分拱圈1、右分拱圈2、拱壩中心線3、左岸壩基4、右岸壩基5、壩底6。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明一種拱壩結(jié)構(gòu)的安全分析方法，包括以下步驟：

a、沿壩高方向，將拱壩的拱圈從下到上分成若干個依次連接的分拱圈，將拱圈細(xì)化，然后對細(xì)化的分拱圈依次進(jìn)行安全性的分析，得到分析指標(biāo)準(zhǔn)確高。根據(jù)拱壩的壩高而定，優(yōu)選每個分拱圈的高度為40m。拱圈作為拱壩的主體結(jié)構(gòu)，起擋水的作用，拱壩結(jié)構(gòu)是否安全可靠也即是拱圈是否安全可靠。

b、如圖1、圖2所示，以拱壩中心線3為界線，將各個分拱圈分為左、右兩部分，與左岸壩基4相連接的為左分拱圈1，與右岸壩基5相連接為右分拱圈2，將各個分拱圈分為左、右兩部分，進(jìn)一步將拱圈細(xì)化。由于拱壩的左岸壩基4、右岸壩基5的基礎(chǔ)巖石的結(jié)構(gòu)不同，拱圈與左岸壩基4、右岸壩基5的接觸情況也不一樣，所以將拱圈細(xì)化為左分拱圈1、右分拱圈2。

c、選取各個左分拱圈1、右分拱圈2所對應(yīng)的拱圈弧長s、拱端厚度t、壩基基礎(chǔ)變形模量r以及所承受的水壓強(qiáng)p為分析參數(shù)。水壓強(qiáng)p是拱壩承受的最主要外荷載，拱壩通過拱圈將水壓強(qiáng)p傳遞給左岸壩基4、右岸壩基5。在地形確定的情況下，拱壩的拱圈弧長s、所承受的水壓強(qiáng)p一定的情況下，拱壩的安全性由左岸壩基4、右岸壩基5的拱端范圍的基礎(chǔ)巖石的抗變形能力來決定，而拱端厚度t和壩基基礎(chǔ)變形模量r的乘積恰恰反映了拱端范圍的基礎(chǔ)巖石的抗變形能力。所以，選取各個左分拱圈1、右分拱圈2所對應(yīng)的拱圈弧長s、拱端厚度t、壩基基礎(chǔ)變形模量r以及所承受的水壓強(qiáng)p為分析參數(shù)，能夠準(zhǔn)確放映出拱壩的安全性。更進(jìn)一步，拱圈弧長s、拱端厚度t、壩基基礎(chǔ)變形模量r以及所承受的水壓強(qiáng)p這些數(shù)據(jù)均是在拱壩體形布置時都已知曉，得到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性高。

d、使拱圈的參數(shù)與兩岸壩基的參數(shù)結(jié)合，按照公式f＝sp/tr將上述四個相對應(yīng)的分析參數(shù)組合為單一宏觀分析參數(shù)，將結(jié)構(gòu)受力與拱端基礎(chǔ)抗變形能力的4個參數(shù)組合為無量綱參數(shù)。

e、根據(jù)大量已建拱壩的數(shù)據(jù)為依據(jù)，制定分析標(biāo)準(zhǔn)n，n＝-(m-0.5)²+0.5，m＝e/h，其中m為相對壩高，e為分拱圈相對壩底6的高度，h為最大壩高。分析標(biāo)準(zhǔn)n的值與相對壩高m的值有關(guān)系，拱壩的壩頂受交通要求和構(gòu)造要求，其厚度高于結(jié)構(gòu)受力要求，頂部的所承受的水壓強(qiáng)p較低，拱壩的底部靠近基礎(chǔ)，梁向的作用很強(qiáng)，拱的作用并不明顯，沿壩高方向，拱壩的中部是拱的效應(yīng)最強(qiáng)的地方，以拱壩的中部為基點(diǎn)，向上或者向下，拱的作用依次減弱，分析標(biāo)準(zhǔn)n與拱壩的實(shí)際情況相符合。

f、結(jié)構(gòu)分析，若左分拱圈1或者右分拱圈2所對應(yīng)f的值小于所對應(yīng)n的值，則該結(jié)構(gòu)安全；若左分拱圈1或者右分拱圈2所對應(yīng)f的值大于所對應(yīng)n的值，則該結(jié)構(gòu)不安全。

g、對于步驟f中結(jié)構(gòu)不安全的左分拱圈1或者右分拱圈2，通過增加對應(yīng)的拱端厚度t、壩基基礎(chǔ)變形模量r，使左分拱圈1或者右分拱圈2所對應(yīng)f的值小于所對應(yīng)n的值。

拱圈作為拱壩的主體結(jié)構(gòu)，起擋水的作用，本發(fā)明所提出的拱壩結(jié)構(gòu)的拱壩結(jié)構(gòu)安全性的分析處理方法，特別適用于新拱壩的布置設(shè)計，其將拱圈作為分析分析的基礎(chǔ)，首先將拱圈從下到上分成若干個依次連接的分拱圈，將拱圈細(xì)化，然后對細(xì)化的分拱圈再次細(xì)化為左分拱圈、右分拱圈，選取左分拱圈、右分拱圈所對應(yīng)的拱圈弧長s、拱端厚度t、所承受的水壓強(qiáng)p以及所對應(yīng)的壩基基礎(chǔ)變形模量r作為分析參數(shù)，再按照公式f＝sp/tr將上述四個相對應(yīng)的分析參數(shù)組合為單一宏觀分析參數(shù)，使拱圈的參數(shù)與兩岸壩基的參數(shù)結(jié)合，得到一個綜合的宏觀分析參數(shù)f，然后根據(jù)對大量已建拱壩的數(shù)據(jù)為依據(jù)，制定分析標(biāo)準(zhǔn)n，最后根據(jù)所對應(yīng)宏觀分析參數(shù)f與分析標(biāo)準(zhǔn)n的值進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，得到的拱壩安全性分析，其結(jié)果的準(zhǔn)確性高，最后對結(jié)構(gòu)不安全的分拱圈進(jìn)行針對性地整改處理。特別是在新拱壩布置設(shè)計時，在特定高程的分拱圈，其所承受的水壓強(qiáng)p、拱圈弧長s為固定的，該分拱圈的布置則在拱端厚度t和壩基基礎(chǔ)變形模量r之間進(jìn)行調(diào)整布置設(shè)計，明確了設(shè)計調(diào)整的方向，對新拱壩布置設(shè)計具有準(zhǔn)確的指導(dǎo)性。

實(shí)施例1

某工程最大壩高240m，沿壩高方向，將拱壩的拱圈從下到上分成若干個依次連接的分拱圈，各個左分拱圈、右分拱圈所對應(yīng)的拱圈弧長s、拱端厚度t、壩基基礎(chǔ)變形模量r以及所承受的水壓強(qiáng)p的參數(shù)如表一所示：

表一

按照公式f＝sp/tr將上述四個相對應(yīng)的評價參數(shù)組合為單一宏觀評價參數(shù)，制定評價標(biāo)準(zhǔn)n，n＝-(m-0.5)²+0.5，m＝e/h，如表二所示：

表二

從表二種可以看出，除了右岸高程1090m的右分拱圈的所對應(yīng)f的值小于所對應(yīng)n的值，其結(jié)構(gòu)不安全外，其余高程的對應(yīng)f的值小于所對應(yīng)n的值，說明結(jié)構(gòu)安全。右岸高程1090m的右分拱圈增加拱端厚度t，加強(qiáng)壩基基礎(chǔ)變形模量r，從而使對應(yīng)f的值小于所對應(yīng)n的值，使該結(jié)構(gòu)達(dá)到安全。