水庫大壩沉降突變監測分析

曹 銳

(新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，烏魯木齊 830000)

?

水庫大壩沉降突變監測分析

曹 銳

(新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，烏魯木齊 830000)

“500”水庫是向甘泉堡工業園區供水的尾水調節水庫，屬于大(2)型工程，位于天山北緣沖積平原，水庫呈四面封閉形，典型的平原水庫，主要由均質土壩、放水兼放空涵洞(以下簡稱涵洞)、入庫建筑物、退水渠、調節池等項目組成。文章結合“500”水庫實際情況，通過建立水庫大壩壩體沉降突變統計分析模型，并將實測值與模型值進行比對以判斷大壩沉降突變的狀態，對指導水庫大壩的合理運行意義重大，并為整個工程綜合效益的發揮提供了保障。

水庫大壩；沉降突變；監測；統計模型

1 水庫概況

“500”水庫是向甘泉堡工業園區供水的尾水調節水庫，屬于大2型工程，位于天山北緣沖積平原，地理坐標E80°48＇27＂，N44°12＇35＂，距離烏魯木齊市52km。水庫呈四面封閉形，典型的平原水庫，壩軸線長17.8km，水面面積24km2，最大壩高28m，主要由均質土壩、放水兼放空涵洞(以下簡稱涵洞)、入庫建筑物、退水渠、調節池等項目組成。庫壩區內地表平坦，深度30m以內，巖性為輕-中-重粉質壤土，表層0-3.0m深內，以輕粉質壤土為主，局部夾粉細紗透鏡體，滲透系數K=1.3-1.6×10-3cm/s。3-10m深度內，以中粉質壤土為主，夾重粉質壤土，滲透系數K=2.3×10-5-4.4×10-4cm/s，屬微-弱透水層。

2 儀器布置及沉降突變監測資料整理

2.1 儀器布置

為充分監測“500”水庫大壩在運行過程中所可能發生的沉降突變情況，在壩體設置自動化沉降儀，其中，心墻設置兩個點(分別為心墻CH1和心墻CH5)進行心墻內部沉降突變的監測，還包括0+170m斷面、0+225m斷面、0+125m斷面及下游壩壩殼料CH3等處監測大壩斷面與下游壩殼料的沉降突變，所有監測儀器均實行定時測量為主、實時測量為輔的監測原則。

2.2 沉降突變監測資料整理

“500”水庫自建設到投入運行，自動化測量與人工比測方面的變形監測資料較為完整，自動化測量及人工比測數據均真實可靠。在施工運行期間，壩體大規模沉降均發生在0+170m主監測斷面，大壩0+170m斷面測點心墻CH1、0+225m斷面測點心墻CH5和下游壩殼料CH3斷面累計沉降變化詳見表1。

3 建立統計模型及成果分析

3.1 統計模型的建立

在施工期間，隨著壩體施工填筑，“500”水庫黏土心墻堆石壩將不斷升高，在自重與碾壓共同作用下，壩體將發生沉降變形。在各種影響因素中，溫度對壩體沉降變形影響最小，為簡化計算，可忽略不計。水庫施工期間壩體沉降分量包括填筑分量和時效分量，水庫壩體完工進入運行后，施工期間的沉降變形將繼續延續，由于此時的沉降變形主要由水荷載引起并與時間密切相關，故而劃分為水壓分量和時效分量。

水庫大壩施工期沉降變形的填筑分量可按下式計算：

(1)

式中：Sh為施工期沉降變形填筑分量；β為修正系數；h0為壓縮層的厚度，m；h為填筑層的厚度，m；n為彈性模量系數。

表1 水庫大壩典型測點累計沉降量統計表

結束施工，水壓將引起的水庫大壩沉降突變為水位H的函數，按照泰勒級數展開為：

(2)

結合水庫大壩實際，取等號右邊前3項得：

(3)

水庫水位變化較為頻繁，不同水位會對壩體沉降突變產生不同程度影響，所以引起沉降的水位必須采用含前期不同時段情況的平均水位，此種情況下，運行期水壓分量按下式計算：

(4)

St=(c1Hα+c2hβ)e-D+c3

(5)

式中：c1、c2、c3、D、α、β均為待定參數。

綜上，可以將“500”水庫大壩沉降突變統計模型表示如下：

+(c1Hα+c2hβ)e-D+c3+Sh

(6)

式中：H1為當日水庫水位值；H為計算前所統計天數的平均水位；其余參數涵義同前，c1、c2、c3、D、α、β等待定參數均可利用統計軟件通過逐步回歸計算求得。

3.2 成果分析

采用水庫大壩壩體監測數據，并選取典型測點的監測成果作回歸分析，取施工期心墻和壩殼料的彈性模量系數分別為0.808和0.537，并假設運行期庫水位對壩體沉降突變影響天數為25d。填筑和時效是影響“500”水庫大壩壩體沉降突變的主要變量，在大壩施工期沉降變化較快，其后變化幅度逐漸減緩，并受庫水位影響顯著，壩體典型測點統計回歸分析詳見表2-3。

表2 壩體典型測點沉降突變回歸因子

表3 壩體典型測點沉降突變回歸分析結果

測點樣本數復相關系數剩余標準差F檢驗值F0.01臨界值CH11530.9820.351672.17CH31060.9680.591422.25CH51270.9790.443842.88

通過表3結果可以看出，回歸分析結果與實測值擬合度較高，各典型測點復相關系數都在0.960以上，剩余標準差取值都在0.35及以上，說明回歸分析結果具有較高的精確度。典型測點模型值與實測值相當接近，隨時間變化兩者之間的差值逐漸減小，這體現了水庫大壩壩體沉降突變在時間分布上完全符合同類壩型沉降突變規律，且壩體沉降突變逐漸區域穩定狀態。

4 結 論

通過對水庫大壩各斷面設置沉降儀進行監測，既可以了解大壩運行中壩體的變化情況，又可以通過分析壩體沉降突變監測資料，掌握不同工況下壩體的運行狀態及變化規律，為水庫大壩安全運行提供理論支撐。經分析計算，“500”水庫大壩壩體沉降突變較為均勻，最大沉降發生在最大壩高斷面，施工期壩體沉降量占沉降總量的90%以上，施工結束進入運行期后，壩體沉降突變逐漸趨于穩定，這一變化符合土石壩沉降變化規律。

[1]張阿峰.恰甫其海大壩沉降監測資料的初步分析[J].水電自動化與大壩監測，2009(02)：58-61.

[2]馬文麗，蘇懷智，游艇.基于最大熵理論的大壩安全監控指標[J].水電能源科學，2011(06)：77-79.

[3]董永，張志誠，關文海.大壩安全監測模型因子相關性探究[J].三峽大學學報：自然科學版，2011(04)：19-21.

1007-7596(2017)02-0042-03

2017-02-16

曹銳(1982-)，男，陜西長武人，工程師。

TV

B