淺談用三維計算法和微分法計算淤地壩壩體工程量

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簡介： 鑒于目前多數(shù)設(shè)計單位使用的橫斷面法手工計算壩體工程量的方法存在效率低、準(zhǔn)確×不高等問題，結(jié)合工作實際，在假定壩體橫斷面均勻的前提下，提出了計算壩體工程量的新方法——三維計算法和微分法，詳細(xì)的介紹了三維計算法的計算原理與方法、微分法的具體應(yīng)用及三維計算法和微分法計算淤地壩壩體工程量的特點。
關(guān)鍵字：淤地壩 工程量 橫斷面法 三維計算法 微分法

   淤地壩工程量計算是黃土高原地區(qū)淤地壩建設(shè)的關(guān)鍵步驟之一，工程量的大小直接關(guān)系到項目的投資，是項目重要的參數(shù)之一。但是目前多數(shù)設(shè)計單位在壩系可研階段常采用橫斷面法手工計算淤地壩壩體工程量，清基和削坡所涉及岸坡邊界的確定是比較困難的，在計算壩體碾壓土方時也相對比較繁瑣、容易出錯，效率也不高。有沒有更好的辦法來解決目前淤地壩工程量計算中存在的問題呢？
1  淤地壩壩體工程量計算新方法的尋求
計算淤地壩壩體工程量主要是計算壩體的清基土方、削坡土（石）方、結(jié)合槽開挖土（石）方以及壩體碾壓土方。目前，壩體工程量計算主要有三種方法，即地形圖法、橫斷面法和經(jīng)驗估算法。地形圖法計算工作量較大而且計算速度較慢，而經(jīng)驗估算法計算結(jié)果又比較粗，因此目前主要采用橫斷面法手工計算即橫斷面法進(jìn)行計算。橫斷面法與地形圖法相比，計算起來更為容易，但正如前面所提及的清基、削坡邊界問題難以確定，加之計算過程仍比較繁瑣，造成工作量大，準(zhǔn)確度相對不高，計算效率低。結(jié)合工作實際，在假定橫斷面均勻（即橫斷面法計算假定）的前提下，提出了計算壩體工程量的新方法——三維計算法和微分法，這種兩種算法相互結(jié)合運用不僅解決了清基、削坡所涉及的岸坡邊界問題，而且還起到了相互校核計算結(jié)果的目的，使淤地壩壩體工程量計算加以準(zhǔn)確，加之將兩種算法的計算過程編成程序（淤地壩工程量計算軟件系統(tǒng)），又解決了手工計算效率不高等問題。
2  三維計算法的計算原理
三維計算法的計算原理：將淤地壩按照其壩體參數(shù)虛擬地布置在溝道中，假定所形成的三維立體在壩軸線方向是無限長的，再按照不同溝道斷面（原始溝道斷面、清基斷面、削坡斷面）各自溝底最低點垂直于溝道斷面所在平面（壩軸線鉛垂面）所形成的直線為運動軌跡（如圖1），將三維立體進(jìn)行切割，即可切割成圖2一樣的不同斷面的三維幾何體（俯視圖）。通過對不同斷面所切割形成的三維幾何體體積的計算，利用不同溝道三維幾何體體積之間的關(guān)系確定清基土方、削坡土石方、壩體碾壓土方；通過計算結(jié)合槽的長度確定結(jié)合槽的開挖土石方量；根據(jù)削坡后的斷面確定壩體的壩軸線長度、馬道長度、溝底寬度等壩體參數(shù)。三維計算法用到的主要公式有臺體體積、三棱體體積等的計算公式，計算的關(guān)鍵是要確定清基斷面、削坡石方斷面、削坡全斷面的曲線坐標(biāo)以及三維幾何體體積。通過引入清基厚度以及削坡坡比，根據(jù)原始斷面坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及曲線生成原理利用計算機自動計算清基斷面、削坡斷面坐標(biāo)和虛擬的壩體三維幾何體（原始溝道、清基、削坡）外輪廓坐標(biāo)，再通過程序化設(shè)計，實現(xiàn)批量淤地壩工程量的自動計算。

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