Civil 3D曲面分析在新疆KMS水库设计中的应用

王继尧

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

平原水库设计中，为保证总库容达到设计要求，尽量减少外运土方，利用库盘内开挖料，增大库容[1]，减少工程投资，库容、坝体填筑、库盘开挖等计算是水利规划设计过程中必不可少的一项内容，不同于传统的计算方法，Civil 3D 三维设计软件由于计算精度高、速度快，目前已广泛应用。

1 工程概况

新疆KMS水库位于某输水工程输水线路末端，承担着受水区调节配水及事故检修备用作用，在输水工程事故及检修期间将是受水区唯一供水水源，地位特别重要，水库四面围坝，由挡水大坝、入库建筑物、供水兼退水建筑物等组成，水库最大坝高18 m，坝顶宽度8 m，上游坝坡1∶2.5，下游坝坡1∶2.0，除西坝段外，其余坝段设有30 m 宽上、下游反压平台，反压平台坡度1∶3.0，总库容2860 万m3，有效库容2700 万m3，坝轴线总长6081 m，为土工膜斜墙坝，采用全库盘土工膜防渗。

2 Civil 3D设计过程

2.1 设计思路

利用Civil 3D将KMS水库二维原始地形线生成三维原始地形曲面，并将已定的放坡线创建为要素线并进行挖填方放坡，生成放坡曲面[2]，最终利用生成的曲面作为“对照曲面”，与“基准曲面”分析计算库容及工程量。

2.2 设计过程

（1）根据地质专业提供的KMS 水库1∶1000 二维原始地形图，利用Civil 3D 中很多种生成曲面的方式，例如利用高程线、高程点等生成三维地形曲面（见图1）。

图1 三维原始地形曲面

（2）根据坝体横剖面图（见图2、图3），将坝轴线、坝顶高程、坝顶上下游及上下游反压平台顶部边缘线赋予高程后创建“要素线”，考虑坝基清基1 m，编辑降低原始地形曲面1 m，再利用“放坡创建工具”，分别向上、下游按照设计坡度进行填方放坡至原始地形曲面，生成坝体填筑曲面（见图4），点击“分析”中“体积面板”[3]，以原始地形曲面作为“基准曲面”，坝体填筑曲面作为“对照曲面”，计算出坝体填筑量。

图2 西坝段坝体横剖面图

图3 其余坝段坝体横剖面图

图4 坝体填筑曲面

（3）库容计算时先计算四面围坝后正常蓄水位下与原始地形间的容量，再将库盘开挖、坝体填筑等因素考虑后得出最终库容。因静库容水面可近似认为是水平面[4]，故根据与正常蓄水位同一高程的坝体上游坡曲面线，做多段线连接，将多段线赋予正常蓄水位高程后创建为要素线，作为特征线新建库容曲面，得到放坡组，点击放坡组特性，生成放坡曲面。利用“体积面板”，以原始地形曲面作为“基准曲面”，计算出原始库容（见图5）。

（4）库盘开挖时，以坝体上游坡脚线向库盘内偏移（西坝段偏移60 m，其余坝段因设有上游反压平台，偏移30 m）后开始放坡开挖，坡度1∶15，在靠近东坝段库盘设平台，向西、北库盘平整，平整坡度为1∶300（见图6），利用Civil 3D分别生成曲面，点击“分析”中“地面数据”，点击“曲面之间最小距离”选择这两个曲面后生成曲面交线[5]，以此交线作为两曲面的边界，最终生成库盘开挖曲面，利用“体积面板”，以原始地形曲面作为“基准曲面”，计算出库盘开挖量（见图7）。

图5 库容水面曲面

图6 库盘开挖示意图

（5）对通过Civil 3D 计算得出的各个工程量进行整理，结果见表1，水库最终设计三维效果图见图8。

图7 库盘开挖曲面

表1 Civil 3D 计算结果表 万m3

图8 水库最终设计三维效果图

3 结语

KMS 水库工程设计过程中，需考虑挖填平衡，利用库内开挖料进行坝体填筑和增加库容，相较于传统计算方法，Civil 3D在设计分析计算时，基本操作简单，计算速度快、精度高、成果合理，且直观的三维视觉效果便于准确合理布置建筑物的位置，全面了解工程区概况，减少无效工作，KMS 水库工程从可研至技施阶段均采用Civil 3D软件进行设计计算，大大提高了工作效率，减少了人为计算的误差，充分说明Civil 3D在水利行业有很好的应用前景。