福清梨洞水库大坝变形分析

王　挺　魏志洪

(1.福清市水利工程质量监督站，福建 福清　350300；2.福州大学土木工程学院，福建 福州　350108)



福清梨洞水库大坝变形分析

王挺1魏志洪2

(1.福清市水利工程质量监督站，福建 福清350300；2.福州大学土木工程学院，福建 福州350108)

【摘要】本文分析了福清梨洞水库2011年水库除险加固、 2013年水库观测仪器更新对2011年前后水库变形观测数据造成的显著性差异。在此基础上，对大坝变形进行分析，得出大坝沉陷及位移趋于稳定的结论。

【关键词】梨洞水库；土石坝；变形分析

1　工程概况

梨洞水库位于福清市南岭镇梨洞村，离城关镇23.50km，坝址以上流域面积11.50km2。按30年一遇洪水设计，设计洪水位259.72m(黄海高程，下同)，相应库容643万m3，按500年一遇洪水校核，校核洪水位260.72m，相应总库容725万m3，正常高水位259.70m，相应库容640万m3。梨洞水库是一座以灌溉为主，结合防洪、供水、发电等综合利用的小(1)型水库，为大坝溪梯级开发的龙头水库。水库于1993年4月动工兴建， 1994年12月工程基本建成。

梨洞水库大坝为黏土斜墙土石混合坝，坝顶高程261.20m，防浪墙顶高程262.40m，坝顶长度155m，坝顶宽4m(包括防浪墙)，最大坝高25m。坝基为花岗岩。

水库由大坝、副坝、溢洪道、输水涵洞和泄洪隧洞等组成。

水库有效灌溉面积5949亩，为元洪开发区日供水1万～2万m3，为塔桥水电站年增发电量398kW·h。水库保护下游海城公路和2个行政村(五龙、星桥)近2万人口。因此，水库大坝的安全运行至关重要。

2　变形观测分析

2.1观测点布置

大坝变形观测成果整理按《水工建筑物观测工作手册》进行[1]。

梨洞水库大坝布设9个沉陷和水平位移观测点(坝顶261.20m高程一排三点、迎水坡259.00m高程一排三点、背水坡253.50m高程一排三点)，见图1。

为便于分析，对大坝标点进行统一编号，编号由一个罗马数字和一个阿拉伯数字组成，中间用“-”连接，前一个罗马数字代表纵排号，从迎水坡259.00m高程、坝顶到背水坡253.50m高程，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，后一个数字为横断面号，从坝右到坝左分别为1、2、3，沉陷观测用s表示，水平位移观测用z表示。例如Ⅱ-3s观测标点，即位于坝顶261.20m高程的第3个横断面上的沉陷观测点。

图1　大坝观测点布置情况

2.2观测数据的连续性分析

梨洞水库大坝观测资料较完整，但由于建坝时间较晚(1994年12月工程基本建成)，第一次观测时间为1996年5月15日，最近一次观测时间为2015年10月14日。由于水库管理人员更换、资料整理制度不健全等原因，2006年以前的观测数据遗失。现有连续的观测资料为2006年6月12日—2015年10月14日，其中2011年水库除险加固，暂停观测一年。

2011年5月，福清市梨洞水库除险加固工程动工，2011年11月29日完工，2012年12月29日，福清市梨洞水库管理中心组织并通过了福清市梨洞水库除险加固工程技术预验收。

2013年水库观测仪器更新，更新后水准仪型号为DS32，经纬仪型号为DE-2B。

2.3观测数据的显著性分析

2011年水库除险加固、2013年水库观测仪器更新，是否会对水库变形观测数据造成显著性差异?解决这个问题最常用的办法，就是利用数理统计学中假设检验的办法进行分析[2]。

将2006—2015年的变形观测资料分为两组。第一组为2011年水库除险加固前的数据，从2006—2010年，共11次观测数据；第二组为2011年水库除险加固后的数据，从2012—2015年，共7次观测数据。对两组数据进行假设检验分析。

根据两组观测数据的样本方差，通过F检验判断其相应的两个正态总体方差是否相等。如果两组观测数据总体方差相等，则可通过t检验判断两组样本总体均值是否相等。从而判断两组数据是否具有显著性差异。

沉陷观测数据假设分析计算见表1，水平位移观测数据假设分析计算见表2。

表1　沉陷观测数据假设分析计算

表2　水平位移观测数据假设分析计算

沉陷观测数据假设分析计算表明：88.89%的观测数据在2011年水库除险加固前后具有显著性差异。观测标点Ⅱ-2s，2011年水库除险加固前后两组数据方差不相等，表明前后两组数据不符合正态分布。

水平位移观测数据假设分析计算表明：77.78%的观测数据在2011年水库除险加固前后具有显著性差异，11.11%的观测数据在2011年水库除险加固前后没有显著性差异。观测标点Ⅱ-1s，2011年水库除险加固前后两组数据方差不相等，表明前后两组数据不符合正态分布。

因此， 2011年水库除险加固、2013年水库观测仪器更新，对2011年前后水库变形观测数据造成显著性差异。

2.4大坝变形观测分析

2011年前后水库变形观测数据存在显著性差异，因此，将观测数据分为2011年前后两组进行变形分析，第一组为2006—2010年，共11次观测数据，第二组为2012—2015年，共7次观测数据。

第一组以2006年6月观测数据为水平基准。第二组以2012年1月观测数据为水平基准。

垂直位移的计算方法：按普通水准测量得出各高程，向下为正，向上为负。

水平位移的计算方法：按水平位移记录表进行，向下游为正，向上游为负。

时间—变形量关系见图2～图7。

图2　迎水坡观测标点时间—累积沉陷曲线

图3　坝顶观测标点时间—累积沉陷曲线

图4　背水坡观测标点时间—累积沉陷曲线

图5　迎水坡观测标点时间—累积位移曲线

将第一组从2006—2010年的累计变形量与第二组为从2012—2015年的累计变形量叠加得到最终累计变形量，见表3。

图6　坝顶观测标点时间—累积位移曲线

图7　背水坡观测标点时间—累积位移曲线

表3　累计变形量统计　单位：mm

3　结　论

a.由于2011年水库除险加固对坝体的扰动，以及2013年水库观测仪器更新，导致2011年前后水库变形观测数据存在显著性差异。

b.从2006—2015年观测时间—累积沉陷曲线图看，大坝累计沉陷均小于坝高的1.16‰，大坝有沉陷但总体趋于稳定。

坝体的间隔沉陷与时间关系：根据土体固结理论，土体受荷之初土体中孔隙水和空气容易被排出，土体顶面垂直沉降较快，随着荷载的持续作用，土体中的孔隙水和空气逐渐不易排出土体顶面，垂直沉降的速度也逐渐减慢。大坝的沉陷过程实质上是土体的固结过程。梨洞水库坝体土体固结符合该规律。

c.从2006—2015年观测时间—累计位移曲线图看，大坝累计位移均小于坝高的1.48‰，大坝有位移但总体趋于稳定。

坝体水平位移主要有两个方面：第一方面为由坝线自重荷载产生的水平位移量使迎水坡向上游位移，背水坡坝体向下游位移。第二方面为由水压力产生的坝体水平位移量使坝体各部位都向下游位移。按照此理论，梨洞水库坝体在自身稳定后，坝体总体应向下游位移。

参考文献

[1]水利电力部水利司.水工建筑物观测工作手册[M].北京：水利电力出版社，1978.

[2]陈魁.应用概率统计[M].北京：清华大学出版社，2000.

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.07.013

中图分类号：TV698.1+1

文献标识码：A

文章编号：1673-8241(2016)07- 0037- 05

Analysis on the dam deformation of Fuqing Lidong Reservoir

WANG Ting1, WEI Zhihong2

(1.FuqingWaterEngineeringQualitySurveillanceStation,Fuqing350300,China;2.CollegeofCivilEngineeringofFuzhouUniversity,Fuzhou350108,China)

Abstract:In the paper, the significant difference of reservoir risk removal and consolidation of Fuqing Lidong Reservoir in 2011 and reservoir observation instrument updating in 2013 on reservoir deformation observation data around 2011 are analyzed. On the basis, dam deformation is analyzed for obtaining the conclusion of dam settlement and displacement tending to stability.

Key words:Lidong Reservoir; earth and rockfill dam; deformation analysis