某工程大壩水平位移監測分析

潘宣何　趙文君　張文舉

（湖南澧水流域水利水電開發有限責任公司　長沙市　410004）

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某工程大壩水平位移監測分析

潘宣何趙文君張文舉

（湖南澧水流域水利水電開發有限責任公司長沙市410004）

【摘要】利用某工程大壩水平位移監測資料，分析了水平位移變化特點，并采用統計模型原理建立起水平位移統計模型，分析其水位分量、溫度分量、時效分量對大壩位移的影響，可為類似工程提供參考。

【關鍵詞】碾壓混凝土壩水平位移統計模型

1　工程概況

某工程是一座以防洪為主，兼顧發電、灌溉、航運等多目標開發的水利綜合樞紐，壩址控制流域面積3000km2。水庫具有年調節性能，總庫容14.39億m3，正常蓄水位140m。電站裝機容量120mW，灌溉農田0.36萬hm2（5.4萬畝），通航建筑物規模50t級。大壩為碾壓混凝土重力壩，屬Ⅰ等工程，壩頂高程148m，最大壩高88m，壩軸線長351m。大壩共分18個壩段，自左向右分別為：非溢流壩段、溢流壩段、廠房壩段、灌溉渠首組成。工程于2004年開工建設，2007年蓄水運行。

大壩壩基位于石英砂巖地，巖體大部分為良質地基，局部存在地質缺陷，整體而言，左岸巖體差于右岸，表現為弱上風化帶較厚，夾層性狀較差；河床左側比右側差，表現為巖體中裂隙密集帶發育、風化加劇加深。為滿足設計要求，對5#、6#、12#等壩段的壩基巖體進行固結灌漿處理。

2　監測方法及測點布置

水平位移采用正倒垂線和引張線觀測［1-3］。6#、9#、14#壩段分別布設1條正垂線和倒垂線觀測水平位移，6#、14#壩段垂線同時作為高程90m廊道和壩頂引張線的工作基點，其中6#壩段正垂線有2個中間基點，9#、14#壩段正垂線各有1個工作測點；7#～13#壩段采用引張線觀測水平位移。

正倒垂線及引張線自2007年5月起采用人工觀測；2009年11月后以自動化系統監測為主，人工觀測為輔。引張線自采用自動化監測后實測數據跳動較大，部分規律性不強。本文將重點分析正倒垂線觀測的壩段的水平位移。

水庫于2007年10月下閘蓄水，2007年之后的庫水位約在（101.01～138.26）m之間，庫水位過程線如圖1所示。

圖1　庫水位過程線

3　水平位移監測分析

圖2為典型壩段水平位移過程線，表1為水平位移特征值。蓄水初期，大壩位移隨庫水位上升而增大；當水位在（101.01～138.26）m變化時，向下游位移隨庫水位的增加而增大，水位下降時，向下游位移隨之減??；垂線方向上，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。大壩6#、9#和14#壩基廊道附近測點的水平位移變幅分別為4.3mm、11.29mm和6.38mm，而頂部測點變幅為10.92mm、11.45mm和11.93mm。

圖2　6#壩段不同高程的水平位移過程線

表1　水平位移統計特征值統計表

截至2014年12月31日6#、9#及14#基礎廊道附近的向下游水平位移最大值分別為4.91mm、11.12mm和6.67mm，位移主要發生在2008年9月之前水庫蓄水階段庫水位從85m上升至130m的過程中，之后位移變化較小。6#、14#壩頂最大值分別為9.52mm和14.40mm，9#壩段高程118m處的最大值為13.28mm。

4　位移回歸模型分析

4.1統計模型

大壩壩體的水平位移受水壓、溫度、時效等影響。為進一步分析它們對水平位移的影響程度，需建立數學模型進行定量分析。根據監測資料，大壩水平位移監測量的統計模型表達如下：

式中δH——上下游水位變化引起的位移分量；

δT——溫度變化引起的位移分量；

δt——時效位移分量。

4.1.1水壓位移分量

水壓位移分量δH受水荷載影響，庫水位發生變化后，位移即發生相應變化，δH與位移呈非線性關系，其表達式如下：

式中a0、a1——回歸系數；

H——水位變化量，即庫水位與2007年11月1日開始蓄水時庫水位84.76m的差值。

4.1.2溫度位移分量

邊界溫度及壩體混凝土水化熱的釋放是壩體位移變化的溫度因素。本文采用正弦波周期函數作為溫度因子，其表達式如下：

式中b1～b4——溫度分量的待定系數；

T——溫度函數。

4.1.3時效位移分量

時效位移分量是監測量的一個重要因素；時效位移一般規律為：蓄水初期變化快，隨時間推移逐漸平緩。時效位移分量表達式如下：

式中c1～c9——時效分量的待定系數；

ki——常數，依次為50、100、200、300、600、1 000、1 500；

T——從2007年11月1日開始起算的天數。

4.2統計模型成果分析

根據統計模型原理，建立6#和14#壩段壩頂和基礎廊道、9#壩段高程118m及基礎廊道處向下游水平位移的統計模型。典型壩段水平位移擬合線及殘差過程線如圖3，統計模型分量過程量如圖4，水平位移統計成果詳見表2。

由圖3及表2可知，各測點位移擬合模型的復相關系數在（0.85～0.96）之間，殘差標準差均在（0.17～0.57）mm之間，擬合精度較高。

圖3　14#壩段H=9Om處向下游水平位移擬合值及殘差過程線

圖4　14#壩段H=9Om處向下游水平位移統計模型分量過程線

表2　各壩段垂線頂部和底部測點向下游水平位移統計模型特征值

水位分量隨庫水位上升而逐漸增大，水位下降時逐漸減少。同一壩段基礎廊道的水位分量比頂部水位位移分量的變幅小。6#、9#和14#壩段壩基廊道附近測點的水位分量變幅分別為1.14mm、1.49mm和2.13mm，頂部測點水位分量變幅為4.86mm、7.22mm和7.64mm。

溫度分量隨時間呈周期性變化；溫度下降時，溫度分量逐漸由上游傾向下游；溫度升高時，溫度分量逐漸由下游傾向上游。同一壩段基礎廊道的溫度分量比頂部溫度分量的變幅小。6#、9#和14#壩段壩基廊道附近測點的溫度分量變幅為0.41mm、0.42mm、1.47mm；頂部測點溫度分量變幅為4.18mm、2.54mm、1.47mm。

時效分量隨著時間的推移逐漸增加，6#和14#壩段時效分量均明顯收斂，說明其壩體變形是穩定的。

5　結　語

（1）截止2014年12 月31日，6#、14#壩段壩頂最大值分別為9.52mm 和14.40mm，9#高程118m處的最大值為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）各測點位移擬合模型的復相關系數在（0.85～0.96）之間，精度較高。

（3）水位分量隨庫水位上升而逐漸增大，水位下降時逐漸減少；溫度分量隨時間呈周期性變化；時效分量隨時間推移逐漸增加并收斂。

參考文獻

［1］趙素橋.潘家口水庫大壩水平位移觀測成果分析［J］.大壩觀測與土工測試，1996，21（3）：25-28.

［2］吳瑕，張文勝.三峽水利樞紐右岸大壩變形規律分析［J］.人民長江，2010，41（20）：19-22.

［3］杜成旺，劉超.落坡嶺水庫大壩位移分析［J］.水科學與工程技術，2010，（2）：83-85.

作者簡介：潘宣何（1985-），男，湖南永州人，瑤族，工程師，從事水利工程管理工作，E-mai1：Pxhe401@163.com。

收稿日期：（2016-02-21）