[发明专利]基于拱坝工作状态评价的库水位变化速率的确定方法

说明书

本发明公开的是水电工程技术领域的一种基于拱坝工作状态评价的库水位变化速率的确定方法，包括以下步骤，首先收集监测资料，根据库水位运行情况将监测数据整理成大坝位移和荷载样本，然后计算每次加卸载过程中的大坝变形综合模量E，并制定大坝变形综合模量趋势性评价因子，最后根据大坝变形综合模量趋势性评价因子的稳定和收敛特性，判定拱坝工作状态，从而拟定库水位变化速率。本发明采用大坝变形综合模量的趋势性描述拱坝应力应变的调整过程，可以方便有效的量化拱坝工作状态，根据拱坝是否处于线弹性工作状态来调整库水位变化速率，原理简单，易于理解，填补了从拱坝工作状态确定库水位变化速率的研究空白，从而可以更科学的进行水库调度。

技术领域

本发明涉及水电工程技术领域，具体涉及一种基于拱坝工作状态评价的库水位变化速率的确定方法。

背景技术

水库调度是水库工程管理的主要环节之一，库水位变化的允许速率越大，越容易控制坝前水位，可以提高水位控制的灵敏性，有利于防洪和兴利调度，特别是具有发电任务的水电工程，是水库发电优化调度理所当然的追求。

高坝库水位的日变化速率受限因素较多，与水电站发电运行密切相关，受工程边坡、库区滑坡、大坝结构安全、水库调度等多因素安全控制。目前针对库水位变化速率对工程边坡和库区滑坡的稳定影响分析较为成熟，还未见库水位变化速率对拱坝工作性态影响研究的技术文献。对于拱坝工程，在首次蓄水期及蓄水初期，拱坝坝体与坝基在水荷载、温度荷载的改变下存在应力应变的调整阶段，相同水位加卸载区间变形量比运行期大且存在较大的不可逆变形，拱坝呈准弹性工作状态，为了给坝体坝基充足的适应性调整时间，保证工程安全，运行中一般都严格控制水位的升降速率，水位日变化速率需保持在较小的范围内，以避免出现不可预见的异常现象。

有鉴于此，提出一种基于拱坝工作状态评价的库水位变化速率的确定方法，从而拟定合理的库水位变化速率，成为目前水电工程技术领域亟需解决的问题。

发明内容

为弥补现有技术从拱坝工作状态确定库水位变化速率的研究空白，本发明所要解决的技术问题是：提供一种考虑拱坝在库水位变化过程中的工作状态，从而科学拟定库水位变化速率的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于拱坝工作状态评价的库水位变化速率的确定方法，包括以下步骤：

步骤一、收集监测资料：根据库水位运行情况将监测数据整理成大坝位移和荷载样本，收集拱坝工程蓄水以来所有时间τ的大坝库水位H、温度T、变形δ的监测资料，并对数据进行可靠性分析，仅计入可靠的数据，随后根据库水位运行情况，分离出每次库水位由低水位升至高水位，即加载过程，以及由高水位降至低水位，即卸载过程，提取出每次加卸载过程中起始时间和终止时间的大坝位移和荷载监测数据作为研究样本；

步骤二、计算每次加卸载过程中的大坝变形综合模量E：

假定每次加卸载过程，拱坝处在线弹性变形范围内，则拱坝结构三维有限元模型的整体平衡方程为：

[K₀]{δ₀}＝{R} (式1)

式中，[K₀]为整体劲度矩阵，{δ₀}为结点位移列阵；{R}为结点荷载列阵；

每次加卸载过程中，结点位移列阵{δ₀}由步骤一整理的拱坝变形监测数据δ表征，结点荷载列阵{R}由步骤一整理的库水位H和温度T表征，固定基岩变形模量参数，引入大坝变形综合模量E表达宏观变形和荷载之间的关系，则(式1)可以表示为：

E[L]{δ₀}＝{R} (式2)

式中，[L]为表示拱坝和基础几何形态、坝体坝基弹性模量比的相关量，其他因子含义同上；