水库大坝沉降突变监测分析

曹 锐

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，乌鲁木齐 830000)



水库大坝沉降突变监测分析

曹 锐

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，乌鲁木齐 830000)

“500”水库是向甘泉堡工业园区供水的尾水调节水库，属于大(2)型工程，位于天山北缘冲积平原，水库呈四面封闭形，典型的平原水库，主要由均质土坝、放水兼放空涵洞(以下简称涵洞)、入库建筑物、退水渠、调节池等项目组成。文章结合“500”水库实际情况，通过建立水库大坝坝体沉降突变统计分析模型，并将实测值与模型值进行比对以判断大坝沉降突变的状态，对指导水库大坝的合理运行意义重大，并为整个工程综合效益的发挥提供了保障。

水库大坝；沉降突变；监测；统计模型

1 水库概况

“500”水库是向甘泉堡工业园区供水的尾水调节水库，属于大2型工程，位于天山北缘冲积平原，地理坐标E80°48＇27＂，N44°12＇35＂，距离乌鲁木齐市52km。水库呈四面封闭形，典型的平原水库，坝轴线长17.8km，水面面积24km2，最大坝高28m，主要由均质土坝、放水兼放空涵洞(以下简称涵洞)、入库建筑物、退水渠、调节池等项目组成。库坝区内地表平坦，深度30m以内，岩性为轻-中-重粉质壤土，表层0-3.0m深内，以轻粉质壤土为主，局部夹粉细纱透镜体，渗透系数K=1.3-1.6×10-3cm/s。3-10m深度内，以中粉质壤土为主，夹重粉质壤土，渗透系数K=2.3×10-5-4.4×10-4cm/s，属微-弱透水层。

2 仪器布置及沉降突变监测资料整理

2.1 仪器布置

为充分监测“500”水库大坝在运行过程中所可能发生的沉降突变情况，在坝体设置自动化沉降仪，其中，心墙设置两个点(分别为心墙CH1和心墙CH5)进行心墙内部沉降突变的监测，还包括0+170m断面、0+225m断面、0+125m断面及下游坝坝壳料CH3等处监测大坝断面与下游坝壳料的沉降突变，所有监测仪器均实行定时测量为主、实时测量为辅的监测原则。

2.2 沉降突变监测资料整理

“500”水库自建设到投入运行，自动化测量与人工比测方面的变形监测资料较为完整，自动化测量及人工比测数据均真实可靠。在施工运行期间，坝体大规模沉降均发生在0+170m主监测断面，大坝0+170m断面测点心墙CH1、0+225m断面测点心墙CH5和下游坝壳料CH3断面累计沉降变化详见表1。

3 建立统计模型及成果分析

3.1 统计模型的建立

在施工期间，随着坝体施工填筑，“500”水库黏土心墙堆石坝将不断升高，在自重与碾压共同作用下，坝体将发生沉降变形。在各种影响因素中，温度对坝体沉降变形影响最小，为简化计算，可忽略不计。水库施工期间坝体沉降分量包括填筑分量和时效分量，水库坝体完工进入运行后，施工期间的沉降变形将继续延续，由于此时的沉降变形主要由水荷载引起并与时间密切相关，故而划分为水压分量和时效分量。

水库大坝施工期沉降变形的填筑分量可按下式计算：

(1)

式中：Sh为施工期沉降变形填筑分量；β为修正系数；h0为压缩层的厚度，m；h为填筑层的厚度，m；n为弹性模量系数。

表1 水库大坝典型测点累计沉降量统计表

结束施工，水压将引起的水库大坝沉降突变为水位H的函数，按照泰勒级数展开为：

(2)

结合水库大坝实际，取等号右边前3项得：

(3)

水库水位变化较为频繁，不同水位会对坝体沉降突变产生不同程度影响，所以引起沉降的水位必须采用含前期不同时段情况的平均水位，此种情况下，运行期水压分量按下式计算：

(4)

St=(c1Hα+c2hβ)e-D+c3

(5)

式中：c1、c2、c3、D、α、β均为待定参数。

综上，可以将“500”水库大坝沉降突变统计模型表示如下：

+(c1Hα+c2hβ)e-D+c3+Sh

(6)

式中：H1为当日水库水位值；H为计算前所统计天数的平均水位；其余参数涵义同前，c1、c2、c3、D、α、β等待定参数均可利用统计软件通过逐步回归计算求得。

3.2 成果分析

采用水库大坝坝体监测数据，并选取典型测点的监测成果作回归分析，取施工期心墙和坝壳料的弹性模量系数分别为0.808和0.537，并假设运行期库水位对坝体沉降突变影响天数为25d。填筑和时效是影响“500”水库大坝坝体沉降突变的主要变量，在大坝施工期沉降变化较快，其后变化幅度逐渐减缓，并受库水位影响显著，坝体典型测点统计回归分析详见表2-3。

表2 坝体典型测点沉降突变回归因子

表3 坝体典型测点沉降突变回归分析结果

测点样本数复相关系数剩余标准差F检验值F0.01临界值CH11530.9820.351672.17CH31060.9680.591422.25CH51270.9790.443842.88

通过表3结果可以看出，回归分析结果与实测值拟合度较高，各典型测点复相关系数都在0.960以上，剩余标准差取值都在0.35及以上，说明回归分析结果具有较高的精确度。典型测点模型值与实测值相当接近，随时间变化两者之间的差值逐渐减小，这体现了水库大坝坝体沉降突变在时间分布上完全符合同类坝型沉降突变规律，且坝体沉降突变逐渐区域稳定状态。

4 结 论

通过对水库大坝各断面设置沉降仪进行监测，既可以了解大坝运行中坝体的变化情况，又可以通过分析坝体沉降突变监测资料，掌握不同工况下坝体的运行状态及变化规律，为水库大坝安全运行提供理论支撑。经分析计算，“500”水库大坝坝体沉降突变较为均匀，最大沉降发生在最大坝高断面，施工期坝体沉降量占沉降总量的90%以上，施工结束进入运行期后，坝体沉降突变逐渐趋于稳定，这一变化符合土石坝沉降变化规律。

[1]张阿峰.恰甫其海大坝沉降监测资料的初步分析[J].水电自动化与大坝监测，2009(02)：58-61.

[2]马文丽，苏怀智，游艇.基于最大熵理论的大坝安全监控指标[J].水电能源科学，2011(06)：77-79.

[3]董永，张志诚，关文海.大坝安全监测模型因子相关性探究[J].三峡大学学报：自然科学版，2011(04)：19-21.

1007-7596(2017)02-0042-03

2017-02-16

曹锐(1982-)，男，陕西长武人，工程师。

TV

B