【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土石坝动冰压力计算方法，具体涉及一种波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法。
技术介绍
1、在波浪和风荷载作用下，大面积冰层整体移动，对阻碍冰层相对运动的土石坝护坡产生动冰压力，这一过程中伴随着冰层开裂和重叠冰的产生。在水工建筑物设计时，为了保证土石坝护坡结构安全，避免动冰压力对建筑物造成损坏，需要对动冰压力进行计算以确定建筑物的强度。当前，动冰压力计算一般采用《水工建筑物荷载设计规范》(sl744-2016)中的动冰压力计算公式，存在如下问题：(1)计算时未区分单层冰和重叠冰，计算精度低；(2)适用性差，作用对象局限为铅直坝面或其他宽长建筑物。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种适用性强、计算精度高的波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法。
2、技术方案：本专利技术所述的波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，包括：确定冰层类型，所述冰层类型包括单层冰和重叠冰；
3、当冰层为单层冰时，动冰压力f计算公式为：
4、f＝mλ(0.18b0.5h1.2σc+γδva1sinθ11+0.015βwa2sinθ2)
5、其中，m为坝坡形状系数；λ为坝坡坡度系数；b为冰层宽度，m；h为冰层厚度，m；σc为冰的单轴压缩强度，kpa；γ为与冰层下表面粗糙度有关的系数，单层冰取1kn˙s/m3；δ为冰的粘度系数；v为冰层下水流速度，m/s；a1为冰层下表面面积，m2；θ1为水流方向与坝坡的水平夹角，°；β为
6、当冰层为重叠冰时，动冰压力f计算公式为：
7、f＝mλ(0.2b0.5h1.1σc+γδva1sinθ1+0.015βwa2sinθ2)
8、其中，γ为与冰层下表面粗糙度有关的系数，重叠冰取1.2kn˙s/m3。
9、进一步地，冰层类型的确定方法包括：
10、通过试验获取当地冬季多年平均气温下冰的计算参数，包括冰的密度ρ、单轴压缩强度σc、弯曲强度σf、弹性模量e、泊松比v；在土石坝坝前水域布置波浪测量设备，收集水域冬季波浪参数，包括波高h、波浪周期t、波速c；
11、根据冰的计算参数和水域冬季波浪参数，计算冰层开裂的极限波高；引入弹性薄板弯曲理论，所述极限波高为冰层内部应力为冰的弯曲强度时对应的波高；通过比较冰层开裂的极限波高与测得的水域最大波高，确定冰层是否因波浪起伏产生裂缝；
12、计算存在裂缝或者不存在裂缝情况下冰层发生弯曲破坏的临界冰厚并与测得的坝前实际冰厚进行比较，确定冰层类型。
13、进一步地，若测得的水域最大波高≤极限波高，则冰层不产生裂缝；若测得的水域最大波高＞极限波高，则冰层产生裂缝。
14、进一步地，若冰厚实际值≤临界冰厚，则为单层冰；若冰厚实际值＞临界冰厚，则为重叠冰。
15、进一步地，冰层开裂的极限波高hmax计算公式为：
16、
17、其中，l为冰层长度，m。
18、进一步地，存在裂缝情况下，冰层发生弯曲破坏的临界冰厚h1max计算公式为：
19、
20、其中，ε为与冰的盐度和孔隙率有关的系数，取0.4～0.6；g为重力加速度，取9.8m/s2。
21、进一步地，不存在裂缝情况下，冰层发生弯曲破坏的临界冰厚h2max计算公式为：
22、
23、其中，ε为与冰的盐度和孔隙率有关的系数，取0.4～0.6；g为重力加速度，取9.8m/s2。
24、进一步地，坝坡形状系数m，矩形为1，多边形或圆形为0.9。
25、进一步地，坝坡坡度系数λ，坝坡倾角为0°～15°时取1，坝坡倾角为15°～45°时取0.8。
26、进一步地，冰的粘度系数δ，-10℃以下取1，-10℃～0℃取0.95，0℃以上取0.9。
27、有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下显著优点：
28、(1)细化了冰层类型，采用不同公式计算单层冰和重叠冰的动冰压力，提高了土石坝护坡动冰压力的计算精度。
29、(2)动冰压力计算公式考虑了坝坡参数，如坝坡形状系数、坡度系数，更符合土石坝实际情况，可用于计算不同坡比、形状坝坡的土石坝的动冰压力，解决了《水工建筑物荷载设计规范》(sl744-2016)中动冰压力作用对象局限性问题，具有更强的适用性。
30、(3)对《水工建筑物荷载设计规范》(sl744-2016)中动冰压力计算公式进行了剖分和优化，并解决了公式左右两边单位不统一问题。
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1.一种波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，其特征在于，包括：确定冰层类型，所述冰层类型包括单层冰和重叠冰；
2.根据权利要求1所述的波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，其特征在于，冰层类型的确定方法包括：
3.根据权利要求2所述的波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，其特征在于，若测得的水域最大波高≤极限波高，则冰层不产生裂缝；若测得的水域最大波高＞极限波高，则冰层产生裂缝。
4.根据权利要求2所述的波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，其特征在于，若冰厚实际值≤临界冰厚，则为单层冰；若冰厚实际值＞临界冰厚，则为重叠冰。
5.根据权利要求2所述的波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，其特征在于，冰层开裂的极限波高Hmax计算公式为：
6.根据权利要求2所述的波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，其特征在于，存在裂缝情况下，冰层发生弯曲破坏的临界冰厚h1max计算公式为：
7.根据权利要求2所述的波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，其特征在于，不存在裂缝情况下，冰层发生弯曲破
8.根据权利要求1所述的波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，其特征在于，坝坡形状系数m，矩形为1，多边形或圆形为0.9。
9.根据权利要求1所述的波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，其特征在于，坝坡坡度系数λ，坝坡倾角为0°～15°时取1，坝坡倾角为15°～45°时取0.8。
10.根据权利要求1所述的波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，其特征在于，冰的粘度系数δ，-10℃以下取1，-10℃～0℃取0.95，0℃以上取0.9。
...【技术特征摘要】
1.一种波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，其特征在于，包括：确定冰层类型，所述冰层类型包括单层冰和重叠冰；
2.根据权利要求1所述的波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，其特征在于，冰层类型的确定方法包括：
3.根据权利要求2所述的波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，其特征在于，若测得的水域最大波高≤极限波高，则冰层不产生裂缝；若测得的水域最大波高＞极限波高，则冰层产生裂缝。
4.根据权利要求2所述的波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，其特征在于，若冰厚实际值≤临界冰厚，则为单层冰；若冰厚实际值＞临界冰厚，则为重叠冰。
5.根据权利要求2所述的波浪和风荷载作用下土石坝动冰压力计算方法，其特征在于，冰层开裂的极限波高hmax计算公式为：
6.根据权利要求2所述的波浪和...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘六宴，刘欣怡，李卓，孙屹，朱沁夏，毕朝达，范光亚，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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