引河闸工程防渗墙强度损失与渗透系数特性变化分析

李晓红

（河北省大清河河务管理处，河北 保定 071051）

1 概述

混凝土防渗墙技术已被逐步运用在引河闸工程中，其混凝土防渗墙强度损失、渗透系数变化直接影响着工程安全运行[1~2]。但实践中发现混凝土防渗墙出机口取样与实体取样抗压强度、渗透系数均存在较大的差异[3]。若对混凝土防渗墙强度损失、渗透系数特性变化间关系认知不深，则可能导致防渗墙混凝土拌和物的配制比不合理，对工程整体质量及施工效率的控制亦存在诸多隐患[4]。因此，基于该引河闸工程出机口取样与实体取样数据，借助Python语言编制了相应的程序，构建了该引河闸工程防渗墙强度损失与渗透系数变化特性的数理统计模型。依托河北省境内某引河闸工程，开展了该引河闸工程混凝土防渗墙的强度损失与渗透系数变化规律的研究，这对提升引河闸工程中整体质量以及施工效率具有重要意义[5]。

2 计算理论及计算方法

2.1 计算理论

由于影响引河闸工程中混凝土防渗墙墙抗压强度、渗透系数的因素众多，如：温度、振捣、荷载等。因此，需先将数据先进行分组，再运用二项式线性回归方法对采样数据进行建模处理，挖掘它们之间的关系。

二项式线性回归问题的数理统计模型：

式中：e为随机误差；b为回归参数，b0为常数项，bj为偏回归系数（j=1,2），当其他自变量保持不变时，自变量x每改变1个单位所造成的y的变化量yi。

用变化量 yi来估计 b0，b1，b2，得到估值，则引河闸工程防渗墙强度损失与渗透系数变化特征的二项式线性回归模型为：

2.2 计算方法

借助Python语言编写程序与数据处理分析。绘制了数据柱状图、散点图，编写了方差分析、拟合测定函数等计算代码，建立了引河闸工程防渗墙强度损失与渗透系数变化特征的二项式线性回归模型，以综合分析混凝土防渗墙在出机口取样与实体取样混凝土的抗压强度与渗透系数变化规律。

3 强度损失与渗透系数特性变化结果分析

引河闸工程防渗墙混凝土设计抗压强度分别为C15、C10，设计抗渗均为K≤1×10-6cm/s。

3.1 防渗墙抗压强度损失特性分析

引河闸平剖面图示意图见图1，根据引河闸工程的实际情况，对出机口、实体数据取样20组，绘制了出机口取样与实体取样样本强度的对比图，C10、C15标号混凝土防渗墙取样数据抗压强度分布分别见图2、图3。根据数据系列运用Python语言对混凝土防渗墙取样数据进行分析。

图1 引河闸平剖面图示意图

图2 不同取样部位C10混凝土防渗墙取样数据抗压强度分布

图3 不同取样部位C15混凝土防渗墙取样数据抗压强度分布

图2 、图3可以看出：不同标号混凝土防渗墙出机口取样抗压强度与实体取样抗压强度变化规律大致相同，实体取样试块抗压强度均低于出机口取样强度。

表1 不同标号混凝土防渗墙取样数据抗压强度统计结果

表1可以看出：C10混凝土出机口取样试块强度比实体取样试块强度均值大7.11 MPa，强度平均损失了29.8%；C15混凝土出机口取样试块强度比实体取样试块强度均值大10.42 MPa，强度平均损失了32.44%。

图4 不同取样部位C10混凝土强度回归

图5 不同取样部位C15混凝土强度回归

结果表明：C10混凝土防渗墙出机口、实体取样抗压强度拟合关系式分别为yC10=-80.61317+7.48061x-0.14161x2，yC15=-169.2 609+1 0.67832x-0.1 4651x2，二者相关系数RC102=0.81598,RC152=0.96784，根据拟合优度定义，回归线拟合程度较好，图4、图5中亦可以看出数据分布较为集中，表明出机口取样试块强度比实体取样试块抗压强度线性相关。

3.2 防渗墙渗透系数变化特性分析

对出机口、实体数据取样20组，绘制了出机口取样与实体取样样本渗透系数的对比图，C10、C15标号混凝土防渗墙取样数据渗透系数分布分别见图6、图7。根据数据系列运用Python语言对混凝土防渗墙取样数据进行分析。

图6 不同取样部位C10混凝土防渗墙取样数据渗透系数分布

图7 不同取样部位C15混凝土防渗墙取样数据渗透系数分布

图6 、图7可以看出：不同标号混凝土防渗墙出机口取样渗透系数与实体取样渗透系数变化趋势呈正相关关系，实体取样试块渗透系数均高于出机口取样渗透系数。

表2 不同标号混凝土防渗墙取样数据渗透系数统计结果单位：10-7cm/s

表2可以看出：C10混凝土出机口取样试块渗透系数比实体取样试块渗透系数均值小5.63×10-7cm/s，渗透系数平均增加了164%；C15混凝土出机口取样试块渗透系数比实体取样试块渗透系数均值小6.28×10-7cm/s，渗透系数平均增加了165%。

图8 不同取样部位C10混凝土渗透系数回归

图9 不同取样部位C15混凝土渗透系数回归

计算结果表明：C10混凝土防渗墙出机口、实体取样渗透系数拟合关系式分别为 yC10=6.41697+0.69954x+0.02044x2，yC15=-0.77654+4.694x-0.48168x2，二者相关系数，根据拟合优度定义，回归线拟合程度较好，图8、图9中亦可以看出数据分布较为集中，表明出机口取样试块渗透系数比实体取样试块渗透系数线性相关。

4 结论

（1）不同取样部位C10、C15混凝土防渗墙抗压强度变化均线性相关。C10、C15混凝土实体取样的强度比出机口取样强度减小了29.8%和32.44%。运用python语言对不同取样部位C10、C15混凝土防渗墙抗压强度数据建模可知：C10、C15混凝土防渗墙出机口与实体取样抗压强度相关系数分别为0.81598、0.96784，回归线拟合程度较好。

（2）不同取样部位C10、C15混凝土防渗墙渗透系数变化均线性相关。C10、C15混凝土实体取样的渗透系数比出机口取样渗透系数增加了164%和165%。运用Python语言对不同取样部位C10、C15混凝土防渗墙渗透系数数据建模可知：C10、C15混凝土防渗墙出机口与实体取样渗透系数相关系数分别为0.88426、0.83911，回归线拟合程度较好。混凝土防渗墙的抗渗性变小可能是由于该引河闸工程混凝土防渗墙在施工时采用不振捣的拔管施工方法，使得实体取样的密实度相对于出机口取样的密实度小。