密云水库潮河主坝沉陷资料分析

王娜

摘要：大坝安全监测是实时掌握被监测体的状态、保障其运行安全的重要手段，沉陷是土石坝的一个监测重点。根据密云水库潮河主坝40多年来的沉

陷监测资料，选择有代表性的标点，绘制沉陷过程曲线，进行回归分析，得出回归方程，对沉陷进行预报，绘制大坝累计沉陷量横断面、纵端面和平面分布图，对大坝沉陷的影响因素进行分析，揭示斜墙土石坝变形规律，判断大坝变形是否正常。

关键词：潮河主坝沉陷监测分析

土石坝的沉陷具有规律复杂、变形量大的特点。由于对筑坝材料的力学性质的认识目前并不完善，土石坝沉陷理论计算结果往往与实际情况有所偏差，为揭示土石坝沉陷规律、保障坝体结构安全，对沉陷加强监测和分析非常重要。现对密云水库潮河主坝40多年来的沉陷资料进行分析。

1工程概况

潮河主坝是密云水库的第二座大坝，修建于1958年9月，1960年9月竣工。该坝坐落于密云县穆家峪镇南碱厂村西南约100m的河道弯曲段，为壤土斜墙防渗体的碾压式土坝。坝长1008m，坝顶高程160.0m，坝顶宽8m，最大坝高56.0m，相应坝底计算宽度为310.5m。

潮河主坝坝址两岸山头系由花岗片麻岩、角闪花岗片麻岩及石榴石角闪斜长片麻岩组成。河床部分的岩基主要为角闪花岗片麻岩和石榴石角闪片麻岩。坝址处河床左侧有宽约250米的阶地，左岸山坡较缓，约20度左右，山头也较低;右岸山坡较陡，约40度左右，河床深槽靠近右岸。左岸坝肩岩石的风化较深，平均超过6m，最深达12.5m，右岸岩石风化不超过3m。

2变形监测设施简介

由于沙砾石坝体和地基的沉陷、位移主要在施工期基本完成，所以没有埋设观测坝体内部和地基沉陷和位移的标点。只埋设了主坝坝面沉陷和位移监测标点，均为表面式标点。

变形标点布置：该坝共埋设了32个变形标点，上游两排共13个，高程分别为158.0m和152.0m;下游共四排标点共19个，高程分别为158.0m、140.0m、125.0m、117.0m左右，组成了5个横断面，间距100m～200m不等。由于上游两排标点为1998年大坝加固时上游换料重新护坡后新设标点，故分析时未采用。

3沉陷过程线分析

选取下游靠近坝顶158.0m排标点资料进行分析，根据历年的观测资

料，选择代表性强的桩号为0+200、0+400、0+700的标点绘制其累计沉陷量过程线（截至2007年10月），见图1。

正常的沉陷曲线应为初期斜率大，之后慢慢变缓，最后接近水平。从曲线可知：此曲线为正常的沉陷曲线，实测沉陷量在建坝初期即1960至1962年之间增加最快，以后沉陷速度基本一致。在1976年沉陷量略大，原因是受当年的唐山大地震影响。到1978年沉陷速度再次稳定，直至1988年左右速度明显下降，曲线几乎平直，说明沙土基本密实，大坝沉陷稳定。2007年10月份，累计最大沉陷量是下游158.0桩号0+400为164mm，发生在最大坝高处，符合正常规律，沉陷率3.14‰，根据参考资料土石坝竣工后沉陷率小于10‰的都不会产生裂缝，竣工后第一年沉陷速率大于5‰时为“过大沉陷”，从潮河主坝历年观测资料分析，各个标点的沉陷率均远远小于参考指标值，因此说明其碾压质量很好，抗裂强度也不低。

4代表性标点监测数据回归分析

根据图1，由数学知识可只知累计沉陷量s与时间t具有双曲线关系即：1/s=a+b/t令y=1/s，x=1/t则y=a+bx上式为一般直线函数式用回归直线方法求得回归系数a、b。1976年受唐山大地震影响因此所选系列应以1976年为界限，分为震前震后两个阶段对具有代表性的标点数据进行回归分析。

从表1中可看出1963～1975和1976～2007系列n-2=6，查相关系数检验表得r5%=0.707，r1%=0.834，表中相关系数r都大于r1%，说明计算所得各回归方程相关关系是高度显著的。用两个系列的回归方程计算结果与实测沉陷结果进行对比，1963～1975年系列最大相差8mm，1976～2005年系

列最大相差7mm，充分说明实测沉陷过程线和回归过程线拟合良好，证明该坝累计沉陷量与时间成双曲线函数关系，所建立的回归方程符合土石坝沉陷规律。

5根据回归方程对大坝未来沉陷进行预报和评估

大量资料证明累计沉陷量与时间成双曲线关系，可以用得出的回归曲线的方程对未来大坝的沉陷进行预报和评估。在水库运行中没有引起沉陷

突變的其它因素的影响的话，预报短期内的沉陷是可以的，预报期越短精度越高，表3对未来10年以内的沉陷进行预报：2010年、2012年、2014年和2016年，并把计算结果与最近一年（2007年）的观测结果进行对比，与大坝建成56年后（2016年）最大沉陷相差数值为：0+200和0+400均为5mm，0+700为3mm，0+200和0+400比0+700沉陷差量要大主要是因为填土厚度不同，0+200填土厚度为53.25m，0+700为42.38m，填土厚度大所以沉陷比较缓慢，固结时间比较长，沉陷差量也较大，符合正常规律，也充分证明了此回归方程的正确性，进而反映潮河主坝正常运行。

6结语

经过以上分析，可见潮河主坝沉陷的主要原因是填土在自重作用下的压缩，而压缩过程与时间有直接关系，时间越长累计压缩量就越大，因此沉陷变化的主要影响因素是时间。此之外，沉陷变化还与施工期的荷载，填土厚度，土的压缩性及运行过程中库水位和地震等自然因素有很大关系。

参考文献

【1】梅孝威《水工监测工》黄河水利出版社1996年第一版【2】密云水库管理处历年《密云水库整编资料》《密云水库整编图》【3】密云水库管理处《密云水库工程手册》1996年