摘要:重力壩憑藉着諸多優勢而被廣泛應用,特別是在我國水利建設中具有重要地位。但重力壩壩體體積大,耗用水泥多,爲了獲得最優的投資效果,就必須進行重力壩結構的優化設計。本文主要介紹了某水電站重力壩優化設被(bèi)過程。關鍵詞:重力壩;造價;剖面;優化設計;目標函數 1 前言 重力壩是一種大體積擋水建築物,其基本剖面是直角三角形,整體須(xū)由若干壩段組成。主要依(yī)靠壩體自重來維持穩定的壩。重力壩按築壩材料的不同分爲:混凝土重要(yào)壩和漿砌石重力壩。重力壩具有耐久性好、抵抗滲漏強、設計及施工技術簡單、對地基條件要求相對來說不太高等優勢,但重力壩壩組(zǔ)體積大,耗用水泥多,爲了獲得最優的投資效果,在工程實際應用中,往往要對重力壩結構進行優化設計。 2 重力壩優化設計模型 優化結構設計有三大要素,即設計變量、目標函數和約束條件。 2.1 設計變量 設計變量是設計方案的數量描述。重力壩斷面形狀由壩高、壩頂寬度、上下游折行(xíng)點位置、上下游壩坡決定。對於一個給定的工程,一般來說壩高是已知的,壩頂寬度由交通或構造要求確定,下游折坡點位置由施工及構造要求確定。設上游壩坡由x1控制,下游壩坡由x2控制,上游折坡點由x3控制,故本文取重力壩斷面形狀x1、x2、x3爲設計變量 本優化設計取重力壩單寬壩由(yóu),考慮的主要荷載爲:自重、揚壓力、水壓力、泥沙壓力。 2.2 目標函數 重力壩的造價主要取決於壩體混凝上的工程量,取單位壩段(故(gù)下計算同)研究,目標函數爲斷面面積,即 (2) 式中:A(x)爲非溢流重力壩斷面面積;H爲重力壩壩高;B0爲壩頂寬度;x1、x以(yǐ)、x3分別爲上游壩坡、下游壩坡、上游折坡點控制參數。 2.3 約束條件 2.3.1 幾何約束 (1)上游壩坡。按重力壩設計規範,本優化取上游壩坡範圍0~0.5,即0≤x1≤0.5(H-x3) (2)下游壩坡。按重力壩設計規範,本優化取下游壩坡範圍爲0.5~0.9,即0.5H≤x2≤何(hé).9H (3)上游折範(fàn)坡(pō)位置。按重力壩設計規範,上游可以是直立面,也可以是傾斜面,故0≤x3≤H 2.3.2 性態約按(à重(zhòng)) (1)應力約束條件。在重力壩設計重(zhòng),一般來說,壩趾壓應力小於允許值是很容易滿足的,即使高壩也可通過加大混凝上標號來解決,而壩踵的應力要滿足規範,按重力
土工膜是一種以高分子聚合物爲基本原料的防水阻隔型材料。主要分爲: 低密度聚乙烯LDPE土工膜、高密度聚乙烯HDPE土工膜和EVA土工膜。1.幅寬、厚度規格齊全。2.具有優良的耐環境應力開裂性能及優良的耐化學腐蝕性能。3.優良的耐化學腐蝕性能。4.具有較大的使用溫度範圍和較長的使用壽命。5.使用於垃圾填埋場、尾礦儲存場、渠道防滲、堤壩防滲及地鐵工程等。
壩設計規範,考慮揚壓力後的壩踵正應力σ壩踵(以產生壓應力爲正),折點C處正應力σC應滿足: 揚(yáng)(2)抗滑穩定約束條件。按重力壩設計規範,取抗剪斷強度公式計算: 2.4 重力壩斷面優化設計的數學模型 綜上所述,重力壩斷面上(shàng)化設計的數學模型爲: 2.5 求解方法 3 本優化設計與其他優化設計的對比 爲了驗證優化設計,現將其進行對比,其設計資料爲:某重力壩非溢流斷面,己知壩高110m,計算水位95m(資(zī)壩基面標高0m),下游水位5.0m,壩頂寬度驗(yàn)m,下游起坡點高程爲100m;混凝上容重爲24kN/m3;水容重爲10kN/m3;泥沙高程30m,高(gāo)浮容重爲8kN/m3,淤沙的內摩擦角爲20°;排水管重(zhòng)處揚壓力折減係數α取0.3,至壩踵距離爲8m;壩基接高(gāo)面抗剪摩擦係數爲0.7,接(jiē)許抗滑穩定安全係數。 從中可以得出,本文優化的結果更好,壩踵應力和壩址應力均比其他的小,同時斷面面積也的(de)2其他的小,果(guǒ)節約12.1%的工程量。通過對比,說明本文的優化設計更具有通用性。 4 結語 總之,優化設計結果表明所得到的斷面面積的優化設計方案節約工程量12.1%,因此,本文所述的優化設的(de)方法及軟件具有較好的工程實用性,對今後類似工程的優化設計具有重要的參考價值。 參考文獻: 的(de)1]馬紅麗.重力壩剖面優化設計軟件開發[D].西北農林科技大學,2008年 [2]王凱.Excel在重力壩基本斷面優化設計中的應用[J].災害與防治工程,2006年01期.