某工程大坝水平位移监测分析

潘宣何　赵文君　张文举

（湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司　长沙市　410004）



某工程大坝水平位移监测分析

潘宣何赵文君张文举

（湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司长沙市410004）

【摘要】利用某工程大坝水平位移监测资料，分析了水平位移变化特点，并采用统计模型原理建立起水平位移统计模型，分析其水位分量、温度分量、时效分量对大坝位移的影响，可为类似工程提供参考。

【关键词】碾压混凝土坝水平位移统计模型

1　工程概况

某工程是一座以防洪为主，兼顾发电、灌溉、航运等多目标开发的水利综合枢纽，坝址控制流域面积3000km2。水库具有年调节性能，总库容14.39亿m3，正常蓄水位140m。电站装机容量120mW，灌溉农田0.36万hm2（5.4万亩），通航建筑物规模50t级。大坝为碾压混凝土重力坝，属Ⅰ等工程，坝顶高程148m，最大坝高88m，坝轴线长351m。大坝共分18个坝段，自左向右分别为：非溢流坝段、溢流坝段、厂房坝段、灌溉渠首组成。工程于2004年开工建设，2007年蓄水运行。

大坝坝基位于石英砂岩地，岩体大部分为良质地基，局部存在地质缺陷，整体而言，左岸岩体差于右岸，表现为弱上风化带较厚，夹层性状较差；河床左侧比右侧差，表现为岩体中裂隙密集带发育、风化加剧加深。为满足设计要求，对5#、6#、12#等坝段的坝基岩体进行固结灌浆处理。

2　监测方法及测点布置

水平位移采用正倒垂线和引张线观测［1-3］。6#、9#、14#坝段分别布设1条正垂线和倒垂线观测水平位移，6#、14#坝段垂线同时作为高程90m廊道和坝顶引张线的工作基点，其中6#坝段正垂线有2个中间基点，9#、14#坝段正垂线各有1个工作测点；7#～13#坝段采用引张线观测水平位移。

正倒垂线及引张线自2007年5月起采用人工观测；2009年11月后以自动化系统监测为主，人工观测为辅。引张线自采用自动化监测后实测数据跳动较大，部分规律性不强。本文将重点分析正倒垂线观测的坝段的水平位移。

水库于2007年10月下闸蓄水，2007年之后的库水位约在（101.01～138.26）m之间，库水位过程线如图1所示。

图1　库水位过程线

3　水平位移监测分析

图2为典型坝段水平位移过程线，表1为水平位移特征值。蓄水初期，大坝位移随库水位上升而增大；当水位在（101.01～138.26）m变化时，向下游位移随库水位的增加而增大，水位下降时，向下游位移随之减小；垂线方向上，高程越高位移越大。蓄水后3月份左右向下游位移最大，9月份左右最小。大坝6#、9#和14#坝基廊道附近测点的水平位移变幅分别为4.3mm、11.29mm和6.38mm，而顶部测点变幅为10.92mm、11.45mm和11.93mm。

图2　6#坝段不同高程的水平位移过程线

表1　水平位移统计特征值统计表

截至2014年12月31日6#、9#及14#基础廊道附近的向下游水平位移最大值分别为4.91mm、11.12mm和6.67mm，位移主要发生在2008年9月之前水库蓄水阶段库水位从85m上升至130m的过程中，之后位移变化较小。6#、14#坝顶最大值分别为9.52mm和14.40mm，9#坝段高程118m处的最大值为13.28mm。

4　位移回归模型分析

4.1统计模型

大坝坝体的水平位移受水压、温度、时效等影响。为进一步分析它们对水平位移的影响程度，需建立数学模型进行定量分析。根据监测资料，大坝水平位移监测量的统计模型表达如下：

式中δH——上下游水位变化引起的位移分量；

δT——温度变化引起的位移分量；

δt——时效位移分量。

4.1.1水压位移分量

水压位移分量δH受水荷载影响，库水位发生变化后，位移即发生相应变化，δH与位移呈非线性关系，其表达式如下：

式中a0、a1——回归系数；

H——水位变化量，即库水位与2007年11月1日开始蓄水时库水位84.76m的差值。

4.1.2温度位移分量

边界温度及坝体混凝土水化热的释放是坝体位移变化的温度因素。本文采用正弦波周期函数作为温度因子，其表达式如下：

式中b1～b4——温度分量的待定系数；

T——温度函数。

4.1.3时效位移分量

时效位移分量是监测量的一个重要因素；时效位移一般规律为：蓄水初期变化快，随时间推移逐渐平缓。时效位移分量表达式如下：

式中c1～c9——时效分量的待定系数；

ki——常数，依次为50、100、200、300、600、1 000、1 500；

T——从2007年11月1日开始起算的天数。

4.2统计模型成果分析

根据统计模型原理，建立6#和14#坝段坝顶和基础廊道、9#坝段高程118m及基础廊道处向下游水平位移的统计模型。典型坝段水平位移拟合线及残差过程线如图3，统计模型分量过程量如图4，水平位移统计成果详见表2。

由图3及表2可知，各测点位移拟合模型的复相关系数在（0.85～0.96）之间，残差标准差均在（0.17～0.57）mm之间，拟合精度较高。

图3　14#坝段H=9Om处向下游水平位移拟合值及残差过程线

图4　14#坝段H=9Om处向下游水平位移统计模型分量过程线

表2　各坝段垂线顶部和底部测点向下游水平位移统计模型特征值

水位分量随库水位上升而逐渐增大，水位下降时逐渐减少。同一坝段基础廊道的水位分量比顶部水位位移分量的变幅小。6#、9#和14#坝段坝基廊道附近测点的水位分量变幅分别为1.14mm、1.49mm和2.13mm，顶部测点水位分量变幅为4.86mm、7.22mm和7.64mm。

温度分量随时间呈周期性变化；温度下降时，温度分量逐渐由上游倾向下游；温度升高时，温度分量逐渐由下游倾向上游。同一坝段基础廊道的温度分量比顶部温度分量的变幅小。6#、9#和14#坝段坝基廊道附近测点的温度分量变幅为0.41mm、0.42mm、1.47mm；顶部测点温度分量变幅为4.18mm、2.54mm、1.47mm。

时效分量随着时间的推移逐渐增加，6#和14#坝段时效分量均明显收敛，说明其坝体变形是稳定的。

5　结　语

（1）截止2014年12 月31日，6#、14#坝段坝顶最大值分别为9.52mm 和14.40mm，9#高程118m处的最大值为13.28mm；蓄水后3月份左右向下游位移最大，9月份左右最小。

（2）各测点位移拟合模型的复相关系数在（0.85～0.96）之间，精度较高。

（3）水位分量随库水位上升而逐渐增大，水位下降时逐渐减少；温度分量随时间呈周期性变化；时效分量随时间推移逐渐增加并收敛。

参考文献

［1］赵素桥.潘家口水库大坝水平位移观测成果分析［J］.大坝观测与土工测试，1996，21（3）：25-28.

［2］吴瑕，张文胜.三峡水利枢纽右岸大坝变形规律分析［J］.人民长江，2010，41（20）：19-22.

［3］杜成旺，刘超.落坡岭水库大坝位移分析［J］.水科学与工程技术，2010，（2）：83-85.

作者简介：潘宣何（1985-），男，湖南永州人，瑶族，工程师，从事水利工程管理工作，E-mai1：Pxhe401@163.com。

收稿日期：（2016-02-21）