傾度法在建新水庫大壩觀測資料分析中的應用

王惠民

(福建省水利管理中心，福州 350001)

傾度法在建新水庫大壩觀測資料分析中的應用

王惠民

(福建省水利管理中心，福州 350001)

在福建省的土石壩觀測資料中，極少應用傾度法來判斷大壩壩體是否存在裂縫。本文介紹了傾度法在建新水庫大壩上的應用及具體的計算方法，希望能提高對傾度法在土石壩觀測資料分析中重要性的認識。

傾度法;土石壩;沉陷量

1 工程概況

建新水庫位于福清市漁溪鎮建新萬角村，大壩為黏土心墻土石混合壩，壩頂高程77.79m，最大壩高42.79m，壩頂長度335m，防浪墻頂高程78.60m。溢洪道為寬頂堰，堰頂高程68.00m，堰頂凈寬20m。輸水洞為壩下埋管鋼筋混凝土輸水洞，直徑1.40m，進口底高程44.00m，最大泄流量18.2m3/s。工程于1970年12月動土興建，1974年5月峻工。大壩迎水坡坡比自上而下分別是 1∶1.75、1∶2.0、1∶2.5、1∶2.75，分別在68.00m、58.00m、47.50m高程處設置平臺，平臺寬分別為2.0m、2.8m和3.0m。防洪標準采用100年一遇設計，2000年一遇校核;水庫設計洪水位74.46m;校核洪水位75.70m。

建新水庫管理處于1975年8月開始大壩沉陷位移觀測。沉陷位移采用四等水準測量，儀器為國產的S3水準儀。1975年在觀測壩頂和上游坡設10個沉陷觀測點;1991年在大壩背水坡增加兩排10個沉陷觀測點。其高程和位置見表1和圖1。

2 問題的提出

根據建新水庫大壩安全鑒定報告，當上游庫水位為正常蓄水位74.20m時，考慮Ⅶ度地震作用(地震動峰值加速度為0.10g)，下游無水時，上游邊坡穩定的最小安全系數為1.09，小于規范允許值1.15，滑弧體位于上游邊坡高程68.00m平臺上方。由于大壩上游坡高程68.00m以上的邊坡為1∶1.75，與福建省壩高40m的心墻壩相比偏陡。工程運行中，若大壩存在不均勻沉陷的縱向裂縫，對大壩安全運行不利。因此，應用建新水庫大壩沉陷觀測資料，采用傾度法分析大壩壩體是否存在裂縫。

表1 大壩觀測點布置

圖1 大壩沉陷觀測點平面布置示意圖

3 傾度計算

3.1 漏測沉陷量的推算

由于施工期的沉陷規律與竣工后的沉陷規律不同及建新水庫大壩在施工中未發現裂縫，因此該水庫于1974年5日竣工，1975年8月開始觀測，漏測時間為1.25年。從建新水庫大壩觀測點沉陷數據看，該大壩屬于沉陷發展緩慢，沉陷趨于穩定的情況，適合南科所提出的漏測沉陷量方法，其公式：

式中 KS——直線斜率，mm/lg年;

Sa——觀測點漏測時間的總沉陷量，mm;

t——距首次觀測日的時間，年;

a——試算系數。(一般在0.25～1之間)

3.1.1 試算系數a和斜率KS的確定

取實測資料和1+at時間的點與直線分散性最小的 a值，假設a為0.25、0.5、1，I－1 沉陷點的沉陷觀測數據與相應1+at時間，繪制在回歸對數方程的半對數坐標系上，時間與累計沉陷量回歸方程線，詳見圖2：

其余觀測點沉陷觀測數據按上述方法繪制。從各觀測點時間與累計沉陷量關系圖上看，建新水庫大壩上游坡和壩頂的各沉陷位移觀測點，當a=0.25時，實測數據在回歸方程線的分散性相對其他a值的分散性小。因此，a值取0.25。KS的確定，在各觀測點的累計沉陷量與時間1+0.25t的回歸線上取兩點，讀取相應的累計沉陷量和時間對數值，進行計算。如I－1點，回歸線上取兩點，分別為 Ln2、89.82;Ln5、144.33。KS=(144.33－89.82)/(Ln5－Ln2)=59.49。其他計算KS值。各點的KS見表2。

圖2 Ⅰ-1觀測點時間與累計沉陷量關系線

表2 各點累計沉陷量與時間1+0.25t的回歸線KS的計算

3.1.2 漏測沉陷量的推算

應用表2建新水庫大壩各沉陷觀測點的回歸線斜率值，根據南科所的推算公式(Ks×Ln(1+0.25t))，進行推算漏測沉陷量。計算成果見表3。

3.2 傾度值計算

3.2.1 累計沉陷量修正與深層沉陷量推算

觀測點累計沉陷量修正，就是將表3推算的漏測沉陷量加入相應觀測點的各年累計沉陷量中。Ⅱ－1的累計沉陷量修正詳見表4中的②欄，其余觀測點的累計沉陷量修正也以此類推。

表3 漏測沉陷量的推算

表4 Ⅱ－1觀測點深層沉陷量推算成果表 (單位：mm)

深層沉陷量推算，由于建新水庫大壩沉陷觀測為壩體表面觀測，第一排和第二排的高程分別為74.70m和77.70m，將第二排各觀測點表面沉陷量推算至高程74.70m的沉陷量。工程竣工后，壩體累計沉陷量與高度大致成正比及第一排與第二排高程相差較小，因此采用本觀測點高度比值進行推算。如II－1的壩體高度為32.84m，I－1與II－1高程相差3m，將累計沉陷量的修正值×高度比值0.908(29.84/32.84)，進行深層沉陷量推算。II－1觀測點的深層沉陷量推算成果詳見表4的③欄，II－2、II－3、II－4、II－5觀測點深層沉陷量推算也以此類推。

3.2.2 傾度值計算

根據傾度的定義，應用經過上述處理的沉陷觀測資料及同一大壩橫斷面上的兩點的水平距離(5.7m)，計算觀測點的I－1與II－1、I－2與II－2、I－3與II－3、I－4與 II－4、I－5與 II－5間的傾度值。計算成果見表5。

4 傾度計算成果分析

從表5中可看到，傾度值均小于1%，最大傾度值為0.97，發生在I－1和II－1觀測點間;大的傾度值發生在大壩運行前幾年，隨著時間延長傾度值變化較小。因此，依據南科所提出的產生大壩裂縫的標準(傾度值大于1%)，推斷建新水庫壩體產生縱向裂縫的概率很小。

表5 各點間的傾度值計算成果表 (單位：%)

5 結語

福建省已建成水庫3664座，其中大型水庫21座，中型水庫181座。土石壩壩型的水庫占80%左右。在土石壩沉陷位移觀測資料整理分析中，若遇到大壩邊坡較陡時，可應用南科所的傾度法理論判斷土石壩壩體內是否存在裂縫;若遇到大壩出現大壩裂縫時，可應用傾度值變化的規律判斷大壩裂縫的性質。

Application of Inclination Method in New Reservoir Dam Observational Data Analysis

WANG Hui-min
(Fujian Water Management Center，Fuzhou350001，China)

Inclination method is rarely applied to determine whether there are cracks on the dam or not in Fujian earth-rock dam observation data．The application of inclination method in new reservoir dam and specific calculation method are introduced．It is expected that the paper can improve the recognition of importance of inclination method in earth-rock dam observation data analysis．

inclination method;earth-rock dam;settlement amount

TV214

B

1005-4774(2013)08-0053-04