湯河水庫壩體水平位移與庫水位關(guān)系分析

朱化平

(遼寧省湯河水庫管理局，遼寧 遼陽 111000)

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湯河水庫壩體水平位移與庫水位關(guān)系分析

朱化平

(遼寧省湯河水庫管理局，遼寧 遼陽 111000)

湯河水庫是一座以防洪、城市和工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的大(2)型水利樞紐工程。主要的樞紐建筑物有大壩、泄洪洞、溢洪道、發(fā)電廠。大壩為黏土斜墻砂殼壩。壩體水平位移是反映壩體運(yùn)行情況的重要指標(biāo)。通過對湯河水庫多年的水平位移觀測資料進(jìn)行分析，結(jié)果表明，大壩壩體水平位移與庫水位相關(guān)性較好，變化規(guī)律符合黏土斜墻壩運(yùn)行一般規(guī)律，壩體運(yùn)行狀態(tài)正常。

湯河水庫；水平位移；數(shù)據(jù)分析；黏土斜墻壩

1 工程概況

湯河水庫是一座以防洪、城市和工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的大(2)型水利樞紐工程。主要的樞紐建筑物有大壩、泄洪洞、溢洪道、發(fā)電廠。大壩為黏土斜墻砂殼壩。為監(jiān)測壩體在水庫蓄水運(yùn)行過程中可能發(fā)生的變形穩(wěn)定情況，分別在防浪墻布設(shè)8個標(biāo)點(diǎn)，即C1-C8；在壩體下游坡面分別于樁號0+100、0+220、0+340壩段布置3個觀測斷面，共計(jì)9個標(biāo)點(diǎn)，即B1-B9，用以監(jiān)測壩體的變形情況，詳見圖1。

圖1 湯河水庫大壩變形監(jiān)測布置圖

2 影響壩體水平位移的因素分析

湯河水庫壩體為黏土斜墻砂殼壩，自1970年開始觀測以來，每年觀測壩體水平位移兩次，汛前汛后各一次。通過多年的觀測資料來看，壩體順?biāo)鞣较蛩轿灰齐S著庫水位的升降變化而變化，庫水位降低壓力減小，壩體向上游運(yùn)動；庫水位升高壓力增大，壩體向下游運(yùn)動。在建壩初期，壩體在順?biāo)鞣较蛩轿灰瞥手芷谧兓瑝误w具有“彈性”，說明壩體密實(shí)均勻。壩體沿水流方向水平位移的振幅減小，說明壩體結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，壩體與基礎(chǔ)及兩岸山體的連體內(nèi)力增強(qiáng)且趨于穩(wěn)定[1]。

壩體建成蓄水運(yùn)行后，壩體自身的沉降與固結(jié)，水的荷載，溫度變化等因素都能影響壩體的水平位移。

2.1 沉降和固結(jié)對壩體水平位移的影響

土體在荷載作用下，孔隙水緩慢滲出，體積逐漸壓縮，土體中有效應(yīng)力逐漸增大，超靜孔隙水壓力逐步消散直至完全消失，這一過程稱為固結(jié)。固結(jié)過程中，孔隙水壓力消散，導(dǎo)致土體被壓縮產(chǎn)生沉降。

湯河水庫壩體由砂礫料和黏土填筑，坡面壘砌塊石護(hù)坡。建壩初期，由于壩體砂礫料和黏土自身的固結(jié)和沉降，壩體水平位移量及垂直位移量均較大，通過整理歷史觀測資料發(fā)現(xiàn)，位移量逐年減小，說明壩體內(nèi)部填筑材料逐漸密實(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸趨于穩(wěn)定，壩體自身的沉降和固結(jié)對壩體水平位移的影響越來越小。

2.2 水的荷載和溫度對壩體水平位移的影響

壩體建成竣工后，蓄水運(yùn)行，壩體在水壓力的作用下，產(chǎn)生沿水流方向的水平位移。受庫水位及溫度的影響，壩體向上游或向下游移動。通過查閱歷史觀測資料，庫水位升高，水壓力增大，壩體向下游移動。反之，庫水位降低，水壓力減小，壩體向上游移動。

同時由于黏土斜墻的防滲系數(shù)較大，水流滲過黏土斜墻，在壩體內(nèi)形成浸潤線，因此壩體各部位受庫水位影響也不相同。為了進(jìn)一步研究庫水位與壩體各部位水平位移的關(guān)系，選取2014年10月至2015年10月的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析。

2014年10月至2015年10月，水平位移觀測成果表1、表2。

表1 水平位移觀測成果

表2 2015年5月—2015年10月觀測成果

通過以上表格數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，壩體防浪墻上變形觀測點(diǎn)C1-C8點(diǎn)均呈向上游移動趨勢；壩體背水坡各觀測點(diǎn)均呈向下游移動趨勢。

通過查閱庫水位資料，發(fā)現(xiàn)自2014年初起，至2015年10月水平位移觀測時，庫水位一直呈持續(xù)下降趨勢。當(dāng)庫水位下降時，壩體上游水壓力減小，導(dǎo)致上游壩坡產(chǎn)生被動土壓力，防浪墻各觀測點(diǎn)徑向水平位移小幅度回彈，各觀測點(diǎn)均向上游移動。壩體背水坡各觀測點(diǎn)由于受壩體基礎(chǔ)的約束作用，且由于黏土斜墻的防滲作用，背水坡各點(diǎn)受庫水位下降的影響較小，壩坡整體受力仍向下游移動。

3 結(jié) 語

1)湯河水庫壩體竣工蓄水初期，受壩體填筑材料以及壩基地質(zhì)構(gòu)造的影響，壩體產(chǎn)生了較大的水平位移變形，且為不可逆變形。之后，隨著時間的推移壩體位移逐漸減小，逐步進(jìn)入彈性變化狀態(tài)，說明壩體構(gòu)造逐漸趨于穩(wěn)定。

2)湯河水庫壩體防浪墻各觀測點(diǎn)沿水流方向的水平位移受庫水位影響較大。通過多年的觀測資料發(fā)現(xiàn)，防浪墻各點(diǎn)沿水流方向的水平位移隨庫水位的變化呈明顯的周期性變化，庫水位升高，防浪墻各點(diǎn)向下游移動；庫水位下降，防浪墻各點(diǎn)向上游回彈。水平位移與庫水位正相關(guān)，同時，持續(xù)高水位作用時間越長，防浪墻各點(diǎn)沿水流方向的水平位移量越大。

3)湯河水庫壩體背水坡各觀測點(diǎn)沿水流方向的水平位移同樣受庫水位影響。壩體蓄水運(yùn)行后，庫水位升降呈周期性變化，降至低點(diǎn)時仍高于壩體浸潤線，壩體背水坡各觀測點(diǎn)始終受庫水位的水壓力，緩慢向下游移動。

4)通過湯河水庫多年觀測資料可得，大壩整體呈向下游緩慢移動的趨勢，且位移量很小，符合壩體運(yùn)行規(guī)律，壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，運(yùn)行正常。

[1]閔四海.二灘拱壩運(yùn)行期壩體水平位移分析[J].四川水利發(fā)電，2014，33(4)：94-101.

1007-7596(2017)03-0033-03

2017-02-24

朱化平(1981-)，男，遼寧營口人，工程師，從事水利工程管理工作。

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