【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于拱坝工程，特别涉及一种拱坝坝肩块体安全性评价方法及设备。
技术介绍
1、拱坝在设计施工过程中通常面对坝基和坝肩岩体结构特性复杂，地质缺陷发育等问题，导致坝基变形及影响坝肩稳定，其中坝肩抗力体的抗滑稳定问题尤为突出。需要采用数值计算、模型试验等多种手段分析各种可能的不利组合块体的安全性，对坝肩整体进行评价并提出处理措施，为工程的设计、施工和运行提供重要依据。同时，分析拱坝在各种工况下的应力、位移变化情况，为体型优化设计等提供建议。
2、目前坝肩抗力体的抗滑稳定问题主要的研究方法主要包括：利用线弹性有限元法，研究天然及加固处理条件下拱坝、地基应力变形特性，分析评估坝体、地基的应力、变形状态，分析评价主要地质缺陷的影响程度；利用刚体极限平衡法分析坝肩抗力体抗滑稳定，为潜在滑块安全性评价及加固处理提供依据；利用非线性有限元法进行块体稳定及地质缺陷处理研究，评价重点关注块体的稳定性，主要地质缺陷对工程影响范围及影响程度，提出各主要地质缺陷所需处理范围，处理措施建议，为地质缺陷处理方案拟定提供依据。
3、但是，上述方法在评估坝肩岩体安全时均采用现行规范推荐的计算方法，该方法在计算坝肩块体的滑动力和抗滑力时，采用有限单元法(包括线弹性有限元法和非线性有限元法)能够相对准确的获得坝肩荷载和作用力，但力的方向不能严格按照块体滑出方向计算，在评估坝肩块体安全性时存在相应误差，可能会高估抗滑力的大小。因此需要针对有限元计算方法建立能够考虑空间力系分解的拱坝坝肩块体安全性评价方法。
技术
1、本专利技术旨在提供一种拱坝坝肩块体安全性评价方法，该方法利用空间力系分解，能够精确的将块体滑动力与块体抗滑力分解至块体滑出方向，能够更加准确的获得块体滑动力和块体抗滑力的数值大小及作用方向，可以更加准确的评估坝肩块体安全性。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种拱坝坝肩块体安全性评价方法，包括以下步骤：
3、步骤1)，计算拱坝坝肩块体所受外荷载；所述拱坝坝肩块体所受外荷载包括所述拱坝坝肩块体所受拱端推力、所述拱坝坝肩块体的重力和所述拱坝坝肩块体扬压力；
4、所述拱坝坝肩块体所受外荷载的计算可通过现有的有限单元法计算获取；
5、步骤2)，计算得到所述拱坝坝肩块体的底滑面面积、侧滑面面积、脱离面面积和底滑面、侧滑面、脱离面每个面上任意三点的坐标，通过每个面上任意三点的坐标获得所述各滑面的法线方向；
6、将所述侧滑面法线方向与所述底滑面法线方向进行叉乘，获得侧滑面与底滑面交棱线的方向，即为所述拱坝坝肩块体滑动方向；
7、各侧面面积可通过现有的有限单元法计算获取，在现有的有限元分析软件中对拱坝和地基进行实体建模，各侧面的坐标系则在拱坝有限元模型中提取；
8、步骤3)，构建拱坝坝肩块体滑动计算空间力系，在所述拱坝坝肩块体滑动计算空间力系中对所述拱坝坝肩块体所受外荷载进行分解，得到所述拱坝坝肩块体所受外荷载在所述拱坝坝肩块体滑动计算空间力系中三个方向上的分力；
9、步骤4)，计算拱坝坝肩块体滑动力，所述拱坝坝肩块体滑动力为所述拱坝坝肩块体所受拱端推力、所述拱坝坝肩块体的重力在所述侧滑面与底滑面交棱线方向上的分力之和，
10、计算拱坝坝肩块体抗滑力，所述拱坝坝肩块体抗滑力为所述侧滑面上的摩擦阻力、所述底滑面上的摩擦阻力、所述侧滑面上黏聚阻力与所述底滑面上的黏聚阻力之和；
11、步骤5)，根据所述拱坝坝肩块体抗滑力与所述拱坝坝肩块体滑动力，计算拱坝坝肩块体安全系数，评价拱坝坝肩块体安全状态；所述拱坝坝肩块体安全系数k的计算公式为：其中，f为所述拱坝坝肩块体抗滑力，t为所述拱坝坝肩块体滑动力。
12、根据本专利技术的实施例，还可以对本专利技术作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：
13、在其中一个优选的实施例中，步骤1)中通过有限单元法计算所述拱坝坝肩块体所受外荷载的具体步骤包括：
14、对拱坝和地基进行建模，获得拱坝坝肩有限元应力，计算所述拱坝坝肩块体与所述拱坝坝肩的接触面积，所述拱坝坝肩块体所受拱端推力即为在所述接触面积上对所述拱坝坝肩有限元应力进行积分得到的合力；
15、计算所述拱坝坝肩块体体积，利用所述拱坝坝肩块体体积计算得到所述拱坝坝肩块体重力；
16、所述拱坝坝肩块体扬压力为所述拱坝坝肩块体所受浮托力和渗透压力的和。
17、可通过现有的有限元分析软件对拱坝和地基进行实体建模，所述地基包含各薄弱结构面，对所述拱坝进行扫掠网格划分，对所述地基进行自由网格划分，在地基模型四周设置法向约束边界条件，在拱坝有限元模型上施加荷载，进行线弹性有限元计算，获得拱坝坝肩有限元应力。
18、在现有的有限元分析软件中计算所述拱坝坝肩块体与所述拱坝坝肩的接触面积，在所述接触面积上对所述拱坝坝肩有限元应力进行积分得到的合力即为所述拱坝坝肩块体所受拱端推力，在现有的有限元分析软件中计算所述拱坝坝肩块体体积，结合设计资料计算得到所述拱坝坝肩块体重力。
19、在其中一个优选的实施例中，步骤2)中，所述拱坝坝肩块体的底滑面、侧滑面、脱离面为所述拱坝坝肩地质结构的各薄弱面。
20、在其中一个优选的实施例中，步骤2)中，获得各滑面的法线方向的具体步骤包括：
21、通过所述底滑面上任意三点的坐标求得所述底滑面上的两个共面向量，对所述底滑面的两个共面向量进行叉乘获得底滑面法向量，法向量方向指向所述拱坝坝肩块体的外部，得到底滑面的法线方向，
22、通过所述侧滑面上任意三点的坐标求得所述侧滑面上的两个共面向量，对所述侧滑面的两个共面向量进行叉乘获得侧滑面法向量，法向量方向指向所述拱坝坝肩块体的外部，得到侧滑面的法线方向，
23、通过所述脱滑面上任意三点的坐标求得所述脱滑面上的两个共面向量，对所述脱滑面的两个共面向量进行叉乘获得脱滑面法向量，法向量方向指向所述拱坝坝肩块体的外部，得到脱滑面的法线方向。
24、在其中一个优选的实施例中，步骤3)中，在所述拱坝坝肩块体滑动计算空间力系中，对所述拱坝坝肩块体所受外荷载进行分解的具体步骤包括：
25、将所述拱坝坝肩块体所受外荷载移至所述侧滑面与底滑面交棱线的中点，默认块体所受外力矩自动平衡，计算以下公式：
26、
27、得到所述拱坝坝肩块体所受外荷载在所述拱坝坝肩块体滑动计算空间力系三个方向上的分力f1、f2、f3；其中，f1为所述拱坝坝肩块体所受外荷载在所述拱坝坝肩块体滑动计算空间力系侧滑面法线方向上的分力，f2为所述拱坝坝肩块体所受外荷载在所述拱坝坝肩块体滑动计算空间力系底滑面法线方向的分力，f3为所述拱坝坝肩块体所受外荷载在所述拱坝坝肩块体滑动计算空间力系交棱线法线方向上的分力；(xf,yf,zf)为所述拱坝坝肩块体所受外荷载在世界坐标系下的向量，(xf1,yf1,zf1)为所述拱坝坝肩块体滑本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种拱坝坝肩块体安全性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的拱坝坝肩块体安全性评价方法，其特征在于，步骤1)计算所述拱坝坝肩块体所受外荷载的具体步骤包括：
3.根据权利要求1所述的拱坝坝肩块体安全性评价方法，其特征在于，步骤2)中，所述拱坝坝肩块体的底滑面、侧滑面、脱离面为所述拱坝坝肩地质结构的各薄弱面。
4.根据权利要求1所述的拱坝坝肩块体安全性评价方法，其特征在于，步骤2)中，获得各滑面的法线方向的具体步骤包括：
5.根据权利要求1所述的拱坝坝肩块体安全性评价方法，其特征在于，步骤3)中，在所述拱坝坝肩块体滑动计算空间力系中，对所述拱坝坝肩块体所受外荷载进行分解的具体步骤包括：
6.根据权利要求1所述的拱坝坝肩块体安全性评价方法，其特征在于，步骤4)中，所述拱坝坝肩块体抗滑力的计算公式为：
7.一种拱坝坝肩块体安全性评价设备，其特征在于，所述设备包括存储器、一个或多个处理器；所述存储器上存储有一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处
...【技术特征摘要】
1.一种拱坝坝肩块体安全性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的拱坝坝肩块体安全性评价方法，其特征在于，步骤1)计算所述拱坝坝肩块体所受外荷载的具体步骤包括：
3.根据权利要求1所述的拱坝坝肩块体安全性评价方法，其特征在于，步骤2)中，所述拱坝坝肩块体的底滑面、侧滑面、脱离面为所述拱坝坝肩地质结构的各薄弱面。
4.根据权利要求1所述的拱坝坝肩块体安全性评价方法，其特征在于，步骤2)中，获得各滑面的法线方向的具体步骤包括：
5.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘要来，曹学兴，罗杰，肖峰，沈嗣元，胡申华，鄢建华，张习平，周伟，邹杰，
申请(专利权)人：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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