一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法技术

技术编号：44251044 阅读：4 留言：0更新日期：2025-02-11 13:47

本发明专利技术属于拱坝监测技术领域，具体提供一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，包括：计算各垂线测点的径向方位角；确定相邻垂线测点局部坐标系的旋转角；根据步骤二获得的旋转角得到旋转矩阵；将上一测点位移量转换到当前测点局部坐标系下，然后代数叠加，得到待测点水平位移量监测成果。该方法使上一高程垂线测点水平位移观测量根据与当前测点局部坐标系旋转角转换到当前局部坐标系下，然后再代数叠加计算当前测点水平位移量观测值，实现拱坝垂线测点位移量的精确计算。

全部详细技术资料下载

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于拱坝监测，具体地，涉及一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法。

技术介绍

1、水平位移是反应大坝结构运行性态以及实施大坝安全监测的重要指标，而垂线法是观测大坝坝水平位移的主要方法。垂线法水平位移监测利用一条一端固定的、铅直张紧的、直径为1.5~2 mm的不锈钢丝作为基准线，通过测出沿垂线不同高程测点相对于垂线固定点的水平投影距离，如下图1所示，来计算出各测点的水平位移值，其精度能达到亚毫米级。因此，确保垂线监测成果的精确性对大坝安全管理具有极为重要的实用意义。

2、在垂线水平位移观测中，正垂线所测得的是相对于悬挂点的相对位移，倒垂线所测得的是相对于锚固点的相对位移。锚固点属于相对不动点，也可称为绝对位移。因此，工程中一般正垂线和倒垂线联合使用，将倒垂线的顶部观测点与正垂线的底部观测点置于同一高程(可称为正倒垂线“关联测点”，如下图2a所示)，通过倒垂线来获得正垂线最低点的绝对位移，然后将正垂线上各观测点的相对位移转化为绝对位移。

3、大坝按照形状分类可分为直线型重力坝和曲线型拱坝。对于直线型重力坝，垂线监测成果计算通常采用代数叠加法。具体而言，垂线某测点可以测读得到所在位置的径向和切向位移增量，然后将不同高程测点径切向位移增量直接代数累加以得到该测点的径向和切向位移，如下图2b所示。设某条垂线有一个倒垂观测点（倒垂观测值即为该点绝对位移）、 n个正垂观测点，则第 i个正垂测点绝对位移计算公式如下：

4、；</p>

5、式中，和分别表示 x和 y方向倒垂观测值；和分别表示第 i个正垂测点 x和 y方向观测值；和分别表示第 i个正垂测点 x和 y方向绝对位移量。

6、拱坝由于其自身特殊曲面结构设计，导致不高高程、不同位置测点的径、切向都存在不同的旋转角度。因此，为了严密计算拱坝不同高程垂线测点的位移量，应考虑不同旋转角度的影响。

技术实现思路

1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，使上一高程垂线测点水平位移观测量根据与当前测点局部坐标系旋转角转换到当前局部坐标系下，然后再代数叠加计算当前测点水平位移量观测值，实现拱坝垂线测点位移量的精确计算。

2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，包括以下步骤：

3、步骤一、计算各垂线测点的径向方位角；

4、步骤二、根据步骤一计算的径向方位角，确定相邻垂线测点局部坐标系的旋转角；

5、步骤三、根据步骤二获得的旋转角得到旋转矩阵；

6、步骤四、将上一测点位移量转换到当前测点局部坐标系下，然后代数叠加，得到待测点位移量监测成果。

7、优选的方案中，所述步骤一中，采用直接法计算各垂线测点的径向方位角：垂线设计时，设计两个控制点 a、b确定垂线测点的局部坐标系x方向，垂线测点的径向方位角即为 x方向的方位角，通过两控制点坐标进行计算方，计算方法为：

8、假设两个控制点 a、b坐标分别为，则a、b两点间的坐标增量、为：

9、；

10、1）当时，该方位角位于第一象限，此时 x方向的方位角根据下式计算：

11、；

12、式中，表示反正切函数；

13、2）当时，该方位角位于第二象限，此时 x方向的方位角根据下式计算：

14、；

15、式中，表示取绝对值；

16、3）当时，该方位角位于第三象限，此时 x方向的方位角根据下式计算：

17、；

18、4）当时，该方位角位于第三象限，此时 x方向的方位角根据下式计算：

19、。

20、优选的方案中，采用间接法计算垂线测点的径向方位角：根据拱坝中心线的抛物线方程求导得到测点切线方向的斜率 k，再根据几何关系得出垂线测点的拱坝半中心角，然后根据拱坝中心线的方位角和求得的拱坝的半中心角，求得垂线测点的径向方位角。

21、优选的方案中，所述步骤一中，假设拱坝中心线为抛物线，其方程设为：

22、；

23、式中，为抛物线方程在 y轴上的截距； r表示曲率半径；

24、对上式求导，得出测点切线方向的斜率 k：

25、；

26、；

27、式中， x根据垂线测点到坝中心线的距离确定。

28、优选的方案中，所述步骤一中，垂线测点的拱坝半中心角的计算公式为：

29、；

30、式中，为待求半中心角，垂线测点处切线倾角。

31、优选的方案中，所述步骤一中，根据垂线测点的拱坝半中心角和拱坝中心线的方位角，计算垂线测点的径向方位角即为，计算公式为：

32、；

33、式中，为拱坝中心线的方位角。

34、优选的方案中，所述步骤二中，根据各高程垂线测点的径向方位角，确定相邻垂线测点的相对旋转角，计算公式为：

35、；

36、上式中，和分别为第 i和 i-1个垂线测点在统一拱坝坐标系下的径向方位角。

37、优选的方案中，所述步骤三中，旋转矩阵表达式为：

38、。

39、优选的方案中，所述步骤四中，待测点位移量监测成果为拱坝各垂线测点的水平位移变化量，表达式为：

40、；

41、上式中， k表示待测点数量。

42、本专利技术提供的一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，充分考虑拱坝结构特性和不同高程垂线测点局部坐标系不统一、存在旋转角的现实情况，提出一种严密的相邻高程垂线测点水平位移量局部坐标转换，使上一高程垂线测点水平位移观测量根据与当前测点局部坐标系旋转角转换到当前局部坐标系下，然后再代数叠本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，其特征在于，所述步骤一中，采用直接法计算各垂线测点的径向方位角：垂线设计时，设计两个控制点A、B确定垂线测点的局部坐标系x方向，垂线测点的径向方位角即为x方向的方位角，通过两控制点坐标进行计算方，计算方法为：

3.根据权利要求1所述的一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，其特征在于，所述步骤一中，采用间接法计算垂线测点的径向方位角：根据拱坝中心线的抛物线方程求导得到测点切线方向的斜率K，再根据几何关系得出垂线测点的拱坝半中心角，然后根据拱坝中心线的方位角和求得的拱坝的半中心角，求得垂线测点的径向方位角。

4.根据权利要求3所述的一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，其特征在于，所述步骤一中，假设拱坝中心线为抛物线，其方程设为：

5.根据权利要求3所述的一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，其特征在于，所述步骤一中，垂线测点的拱坝半中心角的计算公式为：

6.根据权利要求3所述的一种拱坝垂线精确水平位移量

7.根据权利要求1所述的一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，其特征在于，所述步骤二中，根据各高程垂线测点的径向方位角，确定相邻垂线测点的相对旋转角，计算公式为：

8.根据权利要求1所述的一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，其特征在于，所述步骤三中，旋转矩阵表达式为：

9.根据权利要求1所述的一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，其特征在于，所述步骤四中，待测点位移量监测成果为拱坝各垂线测点的水平位移变化量，表达式为：

...

【技术特征摘要】

1.一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，其特征在于，所述步骤一中，采用直接法计算各垂线测点的径向方位角：垂线设计时，设计两个控制点a、b确定垂线测点的局部坐标系x方向，垂线测点的径向方位角即为x方向的方位角，通过两控制点坐标进行计算方，计算方法为：

3.根据权利要求1所述的一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，其特征在于，所述步骤一中，采用间接法计算垂线测点的径向方位角：根据拱坝中心线的抛物线方程求导得到测点切线方向的斜率k，再根据几何关系得出垂线测点的拱坝半中心角，然后根据拱坝中心线的方位角和求得的拱坝的半中心角，求得垂线测点的径向方位角。

4.根据权利要求3所述的一种拱坝垂线精确水平位移量计算方法，其特征在于，所述步骤一中，假设拱坝中心线为抛物线，其方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：童广勤，刘顶明，耿峻，张斌，刘勇军，徐黎，丁宇，史波，陈子寒，李永华，艾青松，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人