混凝土壩變形過(guò)程及監(jiān)控指標(biāo)研究

于 君

（新疆塔里木河流域阿克蘇管理局，新疆阿克蘇843000）

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混凝土壩變形過(guò)程及監(jiān)控指標(biāo)研究

于 君

（新疆塔里木河流域阿克蘇管理局，新疆阿克蘇843000）

摘要：通過(guò)對(duì)某水利樞紐混凝土重力壩監(jiān)測(cè)資料的分析，建立了混凝土壩位移監(jiān)控模型。對(duì)典型壩段水平位移的監(jiān)控指標(biāo)進(jìn)行了擬定，并運(yùn)用K-S法對(duì)壩頂水平位移監(jiān)測(cè)樣本進(jìn)行了檢驗(yàn)。得出典型壩段向下游和上游方向水平位移的限定值，為判定大壩所處的狀態(tài)提供了相關(guān)依據(jù)。對(duì)預(yù)防事故、杜絕安全隱患具有至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：監(jiān)測(cè)；位移；模型；指標(biāo)

大壩出現(xiàn)安全事故，將造成不同程度的損失［1-2］。大壩失事破壞往往是緩慢發(fā)生的，因此通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)掌握大壩的工作狀態(tài)，對(duì)預(yù)防事故、杜絕安全隱患，具有至關(guān)重要的作用。對(duì)大壩進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)就需要從以下四個(gè)方面入手：（1）原型觀測(cè)資料正分析，主要依據(jù)實(shí)測(cè)資料建立數(shù)學(xué)監(jiān)控模型；（2）觀測(cè)資料反分析，用正分析的結(jié)果，按照理論分析，反演出壩體和壩基材料的相關(guān)參數(shù)和結(jié)構(gòu)的特性；（3）反饋分析，在前面兩項(xiàng)分析的基礎(chǔ)上，找出規(guī)律和相關(guān)信息，反饋到設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理中，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工、促進(jìn)科學(xué)運(yùn)行管理的目的；（4）根據(jù)上面的分析，利用計(jì)算機(jī)和軟件，依據(jù)前面觀測(cè)和分析的成果，結(jié)合領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)專家的經(jīng)驗(yàn)對(duì)大壩設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理進(jìn)行全面的分析和評(píng)價(jià)［3］。通過(guò)對(duì)大壩監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行分析，可以建立監(jiān)控模型，擬定監(jiān)控指標(biāo)，并可以對(duì)大壩設(shè)計(jì)時(shí)的各種物理力學(xué)參數(shù)和相關(guān)模型進(jìn)行反演分析，可以有效地對(duì)大壩建成后的運(yùn)行狀況和變化規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)和監(jiān)控。

1　工程概況

某水利樞紐由主壩、副壩、開(kāi)敞式溢洪道、左岸輸水建筑物和地下發(fā)電廠房、右岸船閘等建筑物組成。主壩為混凝土重力壩，壩高113.0m，壩頂長(zhǎng)305.5m、寬7.0m，最大壩底寬84.5m。壩頂高程179.0m，正常蓄水位173.0m，相應(yīng)庫(kù)容11.22億m3，校核洪水位177.8m，相應(yīng)庫(kù)容20.35億m3。壩址兩岸山體呈對(duì)稱“V”型，山體渾厚，坡度25°～45°，巖性為黑云母花崗巖，無(wú)規(guī)模較大不良地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較穩(wěn)定。

2　混凝土壩位移監(jiān)控模型

根據(jù)該混凝土壩的垂線自動(dòng)監(jiān)測(cè)資料，按照壩體水平位移向下游為正，垂線編號(hào)采用PL表示，測(cè)點(diǎn)用垂線PL和高程確定，如PL2（140.0m）表示正垂線PL2上高程140.0m處測(cè)點(diǎn)的位移值［4-5］。首先選取PL2（140.0m）和PL5（179.0m）來(lái)研究大壩順?biāo)鞣较虻奈灰频淖兓?guī)律。其結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1　測(cè)點(diǎn)PL2（140.0m）的水平位移變化過(guò)程線

圖2　測(cè)點(diǎn)PL5（179.0m）的水平位移變化過(guò)程線

從圖2和圖3可以看出，順?biāo)鞣较虼髩嗡轿灰婆c庫(kù)水位呈正相關(guān)性，庫(kù)水位高時(shí)，向下游位移增大，庫(kù)水位降低時(shí)，向下游水位減小，當(dāng)水位低至一定高度，水平位移會(huì)向上游方向開(kāi)始增大。氣溫的變化也對(duì)大壩位移有影響，大體呈負(fù)相關(guān)性，氣溫高時(shí)，向上游方向位移變大，氣溫低時(shí)向下游方向增大。結(jié)合水位和氣溫的影響可以得出，在氣溫較高、水位較低時(shí)，大壩向下游的水平位移最??；當(dāng)氣溫較低，水位較高時(shí)，大壩向下游的水平位移最大。

根據(jù)上面的分析，大壩向下游方向的水平位移主要與水庫(kù)水位、氣溫和時(shí)間等因素有關(guān)。因此，采用水壓分量、氣溫分量和時(shí)效分量，通過(guò)理論和經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行回歸分析，選取PL5（179.0m）監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用逐步回歸法，得出了如圖3所示的水平位移統(tǒng)計(jì)模型擬合過(guò)程線。

圖3　測(cè)點(diǎn)PL5（179.0m）的水平位移統(tǒng)計(jì)模型擬合過(guò)程線

由圖3可以看出，水平位移統(tǒng)計(jì)模型的擬合值與實(shí)際監(jiān)測(cè)值較接近，相關(guān)系數(shù)為0.966，擬合效果好，精度可以達(dá)到預(yù)測(cè)的需要。

3　混凝土壩位移監(jiān)控指標(biāo)

該壩已建成運(yùn)行十幾年，根據(jù)監(jiān)測(cè)資料，本次采用典型小概率法對(duì)典型壩段的水平位移的監(jiān)控指標(biāo)進(jìn)行擬定。選擇典型壩段每年水平位移的最大值和最小值作為監(jiān)測(cè)樣本，見(jiàn)表1。

本次運(yùn)用柯?tīng)柲缏宸?斯米爾洛夫檢驗(yàn)法即K-S法對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)［6］。K-S法的基本原理為：

表1　壩頂垂線測(cè)點(diǎn)水平位移極值統(tǒng)計(jì)表（單位：mm）

式（1）中：D為Fn（xi）與F0（xi）的最大差值；Fn（xi）為經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)；F0（xi）為理論分布函數(shù)。

當(dāng)D＜D（n，a）時(shí)，認(rèn)為樣本數(shù)據(jù)分布符合F0（xi），D（n，a）為臨界柯?tīng)柲缏宸蛑?。根?jù)正態(tài)分布，取顯著性水平為0.05，則對(duì)應(yīng)的臨界柯?tīng)柲缏宸蛑禐?.519。

K-S法的原理是對(duì)于每一個(gè)樣本，均對(duì)其經(jīng)驗(yàn)分布和理論分布的偏差進(jìn)行檢驗(yàn)，而不是采用分區(qū)抽樣檢測(cè)兩者之間偏差的方法，因而其檢測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確［7］。對(duì)于2#壩段水平位移最大值的平均值為-0.228，標(biāo)準(zhǔn)差為2.004，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2　2#壩段年最大位移數(shù)據(jù)分布情況計(jì)算結(jié)果

由表2可知，D=0.1316＜D（6，0.05），說(shuō)明壩頂位移最大值服從正態(tài)分布。根據(jù)其分布情況，可以確定2 #壩段壩頂水平位移的監(jiān)控指標(biāo)為3.068mm。

對(duì)于2 #壩段水平位移最小值的平均值為-7.815，標(biāo)準(zhǔn)差為0.885，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

由表3可知，D=0.1577＜D（6，0.05），說(shuō)明壩頂位移最小值服從正態(tài)分布。根據(jù)其分布情況可以確定2 #壩段壩頂水平位移的監(jiān)控指標(biāo)為-9.270mm。

對(duì)于4 #壩段水平位移最大值的平均值為2.055，標(biāo)準(zhǔn)差為2.280，計(jì)算結(jié)果

如表4所示。

表3　2#壩段年最小位移數(shù)據(jù)分布情況計(jì)算結(jié)果

表4　4#壩段年最大位移數(shù)據(jù)分布情況計(jì)算結(jié)果

由表4可知，D=0.2143＜D（6，0.05），說(shuō)明壩頂位移最大值服從正態(tài)分布。根據(jù)其分布情況可以確定4 #壩段壩頂水平位移的監(jiān)控指標(biāo)為5.805mm。

對(duì)于4 #壩段水平位移最小值的平均值為-9.272，標(biāo)準(zhǔn)差為2.079，計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5　4#壩段年最小位移數(shù)據(jù)分布情況計(jì)算結(jié)果

由表5可知，D=0.1734＜D（6，0.05），說(shuō)明壩頂位移最小值服從正態(tài)分布。根據(jù)其分布情況可以確定4 #壩段壩頂水平位移的監(jiān)控指標(biāo)為-12.912mm。

由上述計(jì)算分析可以得出，2#典型壩段向下游方向的壩頂水平位移一般不應(yīng)超過(guò)3.068mm，且向上游方向的壩頂水平位移一般也不應(yīng)超過(guò)-9.270mm；4#典型壩段向下游方向的壩頂水平位移一般不應(yīng)超過(guò)5.805mm，且向上游方向的壩頂水平位移一般也不應(yīng)超過(guò)-12.912mm。

4　結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)某水利樞紐混凝土重力壩監(jiān)測(cè)資料的分析，建立了混凝土壩位移監(jiān)控模型，水平位移統(tǒng)計(jì)模型的擬合值與實(shí)際監(jiān)測(cè)值較接近，擬合效果好，精度可以達(dá)到預(yù)測(cè)的需要。通過(guò)典型小概率法對(duì)典型壩段的水平位移的監(jiān)控指標(biāo)進(jìn)行了擬定，選擇典型壩段每年水平位移的最大值和最小值作為監(jiān)測(cè)樣本，并運(yùn)用柯?tīng)柲缏宸?斯米爾洛夫檢驗(yàn)法對(duì)2009～2014年壩頂水平位移監(jiān)測(cè)樣本進(jìn)行了檢驗(yàn)，監(jiān)測(cè)樣本均服從正態(tài)分布規(guī)律，得出典型壩段的向下游方向和向上游方向的水平位移的限定值，為判定大壩所處的狀態(tài)提供了相關(guān)的依據(jù)。

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作者簡(jiǎn)介：于 君（1967年—），女，工程師。

收稿日期：2015-11-27

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.019

中圖分類(lèi)號(hào)：TV698.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-2469（2016）02-0052-02