重的三维可视 化模型10 ;
[0111] (6)上述步骤（3)~步骤（5)中的单个荷载（包括上游面水推力、地震惯性力、块 体自重、坝体自重）计算完毕之后，考虑到力的矢量性，将x、Y、z向荷载分别进行累加计算， 计算出X、Υ、Ζ向的合力Rx、RY、Rz;
[0112] (7)根据步骤（2)中建立的结构面空间位置，利用空间向量的数学计算方法计算 底滑面、侧滑面外法矢，同时计算出底滑面、侧滑面交线方向的外法矢；外法矢是指底滑面、 侧滑面指向块体外的法向矢量。设底滑面为?，侧滑面为?/则滑面与底滑面的交线矢量为 则有：
[0114] (8)根据上述计算结果分别计算出各矢量方向的对应合力，把坝肩岩体作用 的合力分解为垂直于底滑面、垂直于侧滑面及Ξ I交线方向的力。这三个力分别为 ? ? ?根据下式求得。 '· > · > ·'·
[0118] (9)根据合力计算结果，判断块体滑动是单面滑动还是双面滑动，当F；为负值或 者:?/j、于侧面渗压时，为单面滑动，否则为双面滑动，然后按照《混凝土拱坝设计规范》（SL 282-2003)和《混凝土拱坝设计规范》（DL-T 5346-2006)规定的计算方法，利用上述计算出 的对应力进行块体稳定性计算，具体操作步骤如下：
[0119] 当判断为双面滑动时：
[0120] 抗剪强度
[0122] 抗剪断强度：
[0124] 当判断为单面滑动时，计算步骤具体如下：
[0125] a、首选根据空间向量的数学方法计算出侧滑面渗压1?在X、Y、Z三个方向的分量 UX、UY、UZ;
[0126] b、求得合力与底滑面的夹角：
[0128] c、根据Rx、&及R 2求得合力：
[0129] d、求得法向力比和切向力R t:
[0130] Rn= RX COS θ
[0131] Rt= RX sin θ
[0132] 则有，抗剪强度
[0134] 抗剪断强度：
[0136] 式中，ydl、yd2、γ#、丫"^分别为从规范中查的的相关系数，f 3、4、(；、(：2分别为 已知的岩体力学参数，F为地震惯性力。
[0137] 当为双面滑动时，求得的K值和Kc值满足规范规定或者满足式（2)、式（4)时则判 断块体为稳定，单面滑动时求得的K值和Ke值满足规范规定或者满足式（6)、式（8)时则判 断块体为稳定。
[0138] 由于本实施例以计算机为平台进行了三维可视化开发，计算过程要素实现了可视 化、模板化、自动化。该判断方法方便快捷，结果高效可靠，技术先进。更准确的拱坝坝肩边 坡稳定的真实情况，更加有利于提高工程设计的安全高效性。
[0139] 以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡 是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于三维可视化的拱坝坝肩边坡稳定判断方法，其特征在于：包括如下步骤： (1) 收集基础建模资料和计算资料，其中基础建模资料包括从地质提供的地质资料中 提取山体地形线、拱坝基本体型参数、底滑面倾向以及倾角、侧滑面倾向以及倾角；计算资 料包括拱坝拱端推力、上下游水位、地震参数系数以及包括正常蓄水位、暴雨情况、温升温 降情况的计算工况； (2) 根据步骤（1)收集到的地形线参数资料，利用离散光滑插值方法建立山体地形面， 结合Civi 13D软件生成三维模型； (3) 利用步骤（1)收集到的底滑面、侧滑面、拱坝基本体型参数资料，利用离散光滑插 值方法建立精准的滑动面空间结构面以及拱坝基本体型，并结合步骤（2)中生成的三维模 型，利用建立的结构面分割组合形成三维块体模型； (4) 根据步骤（1)收集到的上游水位以及上游拉裂面形态，计算出上游面静水压力；根 据上下游水位以及步骤（3)中形成的三维块体模型的空间形态，确定底滑面渗压零点的位 置，从而计算出准确的底面渗压；根据上下游水位以及侧滑面倾向和倾角，比较对应高程三 倍拱端与迹线全长的大小，计算出侧滑面渗压； (5) 根据步骤（3)中形成的三维块体模型通过测绘计算得到准确的底滑面面积、侧滑 面面积、块体体积、块体重量，根据拱坝与三维块体之间的相对位置关系以及拱坝拱端推力 参数资料，得到作用在块体之上的拱端推力以及拱坝坝体自重； (6) 考虑到力的矢量性，将上述步骤（4)和步骤（5)中的各个荷载分解并分别累加计 算到X、Y、Z向上，计算出X、Y、Z向的合力R x、RY、Rz; (7) 根据步骤（3)建立的滑动面空间结构面，利用空间向量的数学方法准确计算出底 滑面、侧滑面外法矢，同时计算出底滑面、侧滑面交线方向的外法矢； (8) 根据（2)-(7)步中的计算结果，利用空间向量计算的数学方法，考虑到力的矢量 性，分别计算出垂直于三维块体底滑面的压力合力:fa、垂直于三维块体侧滑面的压力合力 Frt以及作用在三维块体上的推力合力F；，然后根据判断三维块体的滑动状态是单面滑 动还是双面滑动，并计算出相对应情况下的抗剪强度和抗剪断强度，继而判断块体的稳定 性。2. 如权利要求1所述的拱坝坝肩边坡稳定判断方法，其特征在于：所述的步骤（3)中 的三维块体模型通过以下方式形成：利用步骤（2)中形成的拱坝坝体三维模型，结合空间 相切的原理，形成拱坝左右端相切面，该相切面为上游拉开面，根据步骤（1)收集到的底滑 面倾向以及倾角、侧滑面倾向以及倾角的参数资料，利用离散光滑插值方法建立侧滑面、底 滑面，在形成的三面基础之上，利用空间三面切割组合的方法形成三维块体模型。3. 如权利要求1所述的拱坝坝肩边坡稳定判断方法，其特征在于：所述的步骤（4)中 的上游面静水压力、底面渗压、侧滑面渗压均通过以下公式计算得到：式中：pwR-计算点处的静水压强；H-计算点处的作用水头，按计算水位与计算点之 间的高差确定；μ -水头系数，取〇. 9 ; γ w-水的重度，一般采用对于多泥沙河流应根据实 际情况确定。4. 如权利要求1所述的拱坝坝肩边坡稳定判断方法，其特征在于：所述的步骤（8)中，通过以下方式计算得出， 设底滑面交线方向的外法矢为?，侧滑面交线方向的外法矢为侧滑面与底滑面的 交线矢量为5. 如权利要求1或4所述的拱坝坝肩边坡稳定判断方法，其特征在于：所述的步骤（8) 中，根据?判断三维块体的滑动状态是单面滑动还是双面滑动，当I b为负值时或者€小于 侧滑面渗压时为单面滑动，否则为双面滑动。6. 如权利要求1所述的拱坝坝肩边坡稳定判断方法，其特征在于：所述的抗剪强度和 抗剪断强度计算过程中如果要考虑地震作用时，地震惯性力采用拟静力法计算，左岸滑块 地震惯性力指向右岸，右岸滑块地震惯性力指向左岸，计算公式如下：式中：ah_设计地震加速度；ξ -地震作用效应折减系数，取0. 25 ; α -动态分布系数，对 岩体一律取1. 0。
【专利摘要】本发明属于大坝坝肩边坡技术领域，涉及到一种基于三维可视化的拱坝坝肩边坡稳定判断方法，通过对现有方法的改进以及丰富，结合Civil？3D的二次开发技术，使得拱坝坝肩边坡稳定计算过程直观可控，计算结果精准可靠，更接近工程实际，更大限度的避免工程设计的安全风险。并且可以以计算机为平台进行了三维可视化开发，计算过程要素实现了可视化、模板化、自动化。该判断方法方便快捷，结果高效可靠，技术先进。更准确的拱坝坝肩边坡稳定的真实情况，更加有利于提高工程设计的安全高效性。
【IPC分类】G06T17/05, G06F17/50
【公开号】CN105354394
【申请号】CN201510882431
【发明人】蔡云鹏, 李梦, 柏俊磊
【申请人】中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月3日