Civil 3D曲面分析在新疆KMS水庫設計中的應用

王繼堯

（新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000）

平原水庫設計中，為保證總庫容達到設計要求，盡量減少外運土方，利用庫盤內開挖料，增大庫容[1]，減少工程投資，庫容、壩體填筑、庫盤開挖等計算是水利規劃設計過程中必不可少的一項內容，不同于傳統的計算方法，Civil 3D 三維設計軟件由于計算精度高、速度快，目前已廣泛應用。

1 工程概況

新疆KMS水庫位于某輸水工程輸水線路末端，承擔著受水區調節配水及事故檢修備用作用，在輸水工程事故及檢修期間將是受水區唯一供水水源，地位特別重要，水庫四面圍壩，由擋水大壩、入庫建筑物、供水兼退水建筑物等組成，水庫最大壩高18 m，壩頂寬度8 m，上游壩坡1∶2.5，下游壩坡1∶2.0，除西壩段外，其余壩段設有30 m 寬上、下游反壓平臺，反壓平臺坡度1∶3.0，總庫容2860 萬m3，有效庫容2700 萬m3，壩軸線總長6081 m，為土工膜斜墻壩，采用全庫盤土工膜防滲。

2 Civil 3D設計過程

2.1 設計思路

利用Civil 3D將KMS水庫二維原始地形線生成三維原始地形曲面，并將已定的放坡線創建為要素線并進行挖填方放坡，生成放坡曲面[2]，最終利用生成的曲面作為“對照曲面”，與“基準曲面”分析計算庫容及工程量。

2.2 設計過程

（1）根據地質專業提供的KMS 水庫1∶1000 二維原始地形圖，利用Civil 3D 中很多種生成曲面的方式，例如利用高程線、高程點等生成三維地形曲面（見圖1）。

圖1 三維原始地形曲面

（2）根據壩體橫剖面圖（見圖2、圖3），將壩軸線、壩頂高程、壩頂上下游及上下游反壓平臺頂部邊緣線賦予高程后創建“要素線”，考慮壩基清基1 m，編輯降低原始地形曲面1 m，再利用“放坡創建工具”，分別向上、下游按照設計坡度進行填方放坡至原始地形曲面，生成壩體填筑曲面（見圖4），點擊“分析”中“體積面板”[3]，以原始地形曲面作為“基準曲面”，壩體填筑曲面作為“對照曲面”，計算出壩體填筑量。

圖2 西壩段壩體橫剖面圖

圖3 其余壩段壩體橫剖面圖

圖4 壩體填筑曲面

（3）庫容計算時先計算四面圍壩后正常蓄水位下與原始地形間的容量，再將庫盤開挖、壩體填筑等因素考慮后得出最終庫容。因靜庫容水面可近似認為是水平面[4]，故根據與正常蓄水位同一高程的壩體上游坡曲面線，做多段線連接，將多段線賦予正常蓄水位高程后創建為要素線，作為特征線新建庫容曲面，得到放坡組，點擊放坡組特性，生成放坡曲面。利用“體積面板”，以原始地形曲面作為“基準曲面”，計算出原始庫容（見圖5）。

（4）庫盤開挖時，以壩體上游坡腳線向庫盤內偏移（西壩段偏移60 m，其余壩段因設有上游反壓平臺，偏移30 m）后開始放坡開挖，坡度1∶15，在靠近東壩段庫盤設平臺，向西、北庫盤平整，平整坡度為1∶300（見圖6），利用Civil 3D分別生成曲面，點擊“分析”中“地面數據”，點擊“曲面之間最小距離”選擇這兩個曲面后生成曲面交線[5]，以此交線作為兩曲面的邊界，最終生成庫盤開挖曲面，利用“體積面板”，以原始地形曲面作為“基準曲面”，計算出庫盤開挖量（見圖7）。

圖5 庫容水面曲面

圖6 庫盤開挖示意圖

（5）對通過Civil 3D 計算得出的各個工程量進行整理，結果見表1，水庫最終設計三維效果圖見圖8。

圖7 庫盤開挖曲面

表1 Civil 3D 計算結果表 萬m3

圖8 水庫最終設計三維效果圖

3 結語

KMS 水庫工程設計過程中，需考慮挖填平衡，利用庫內開挖料進行壩體填筑和增加庫容，相較于傳統計算方法，Civil 3D在設計分析計算時，基本操作簡單，計算速度快、精度高、成果合理，且直觀的三維視覺效果便于準確合理布置建筑物的位置，全面了解工程區概況，減少無效工作，KMS 水庫工程從可研至技施階段均采用Civil 3D軟件進行設計計算，大大提高了工作效率，減少了人為計算的誤差，充分說明Civil 3D在水利行業有很好的應用前景。