龍灘水電站大壩穩定性分析及安全監測技術研究

摘要：龍灘水電站大壩的穩定性直接關系到工程安全與環境保護。借助對大壩結構類型、設計參數及其穩定性進行詳細分析并使用現代化的計算模型與方法評估了大壩在不同工況下的穩定性。安全監測技術方面介紹了大壩變形監測、應力應變監測等技術的應用，大壩的運行狀態根據實時監測數據可以及時發現潛在的安全隱患。借助對監測數據的采集與處理，結合數據質量控制與誤差分析來評估大壩的整體安全性。分析了當前安全監測技術的優勢與不足并提出了提升監測精度與可靠性的建議。

關鍵詞：龍灘水電站"大壩穩定性"安全監測"數據分析"技術應用

中圖分類號：TV698.1

The"Stability"Analysis"and"Safety"Monitoring"Technology"Research"of"the"Longtan"Hydroelectric"Dam

HUANG"Gang

Guangxi"Hydropower"Science"Research"Institute"Co.，"Ltd.，Nanning，Guangxi"Zhuang"Autonomous"Region，530000"China

Abstract："The"stability"of"the"Longtan"Hydroelectric"Dam"is"directly"related"to"the"safety"of"the"project"and"environmental"protection."A"detailed"analysis"of"the"dam's"structure"type，"design"parameters，"and"stability"was"conducted，"using"modern"computational"models"and"methods"to"assess"the"dam's"stability"under"various"operating"conditions."In"terms"of"safety"monitoring"technology，"the"application"of"techniques"such"as"dam"deformation"monitoring"and"stress-strain"monitoring"was"introduced."Real-time"monitoring"data"allows"for"the"timely"identification"of"potential"safety"hazards"based"on"the"dam's"operational"status."Through"the"collection"and"processing"of"monitoring"data，"combined"with"data"quality"control"and"error"analysis，"the"overall"safety"of"the"dam"is"assessed."The"advantages"and"limitations"of"current"safety"monitoring"technologies"are"analyzed，"and"recommendations"are"provided"for"improving"monitoring"accuracy"and"reliability.

Keywords："Longtan"Hydroelectric"Station;Dam"stability;Safety"monitoring;Data"analysis;Technological"applications

龍灘水電站作為我國西南地區重要的大型水電工程，其大壩穩定性與安全性直接關系到防洪、發電及生態環境改善等多項核心任務的實現。大壩運行過程中，因滲流、應力集中及壩體變形可能引發的安全隱患，要求工程技術人員在設計階段就精準預測各類極限工況下的力學行為，并在運行中利用先進監測技術實時掌握大壩狀態。結合極限平衡法、有限元分析及滲流模擬等方法開展的穩定性評估，能夠為工程運行提供理論支撐?；诠饫w傳感技術、無人機巡檢及多傳感器融合的大壩安全監測系統，在數據采集與處理、異常識別及趨勢分析中起到關鍵作用，為提升監測精度與可靠性提供了可能。本研究圍繞龍灘水電站大壩的結構特點、工況穩定性及監測數據處理展開，以期為大型水電工程的長期安全運行和技術優化提供參考。

1工程概況

龍灘水電站是我國西南地區重要的大型水電工程，位于廣西紅水河中游，是紅水河梯級開發中的骨干工程之一。大壩為混凝土重力壩，設計總庫容為271億"m3，裝機容量630"萬kW，是目前國內技術先進的大型水電站之一。工程的主要任務包括防洪、發電、航運及改善生態環境等。

大壩壩高132"m，壩頂長450"m，最大厚度為120"m，設計水頭為120"m，設計洪水標準為1/1000年一遇，校核洪水標準為1/10000年一遇。大壩基礎采用堅固的均質花崗巖，具有良好的承載能力和抗滲性能。為確保工程的安全性，大壩結構設計遵循《混凝土重力壩設計規范》（SL"319-2018），并結合現場實際進行了多項優化設計。

2龍灘水電站大壩結構特點與穩定性分析

2.1"大壩結構類型與設計參數

龍灘水電站大壩為混凝土重力壩，使用了經典的重力壩設計原理，整體結構受重力作用依賴壩體自重抵抗水流帶來的水平力和其他外部荷載。大壩結構設計按照《混凝土重力壩設計規范》（SL"319-2018）進行，壩高為132"m，壩頂長為450"m，壩體最大厚度為120"m。大壩設計水頭為120"m，設計洪水標準為1/1000年一遇的設計洪水。大壩基礎使用巖基，底面為均質花崗巖，巖石強度符合設計要求。

大壩的設計參數包括水庫水位、壩體材料、抗壓強度、壩體厚度等，在壩頂與壩底的厚度差異較大，使用漸變設計來優化壩體材料使用和增強抗滑穩定性[1]。壩體材料選用了高強度混凝土抗壓強度不小于40"MPa。設計過程中考慮了水庫的最高蓄水位與最低操作水位變化同時充分考慮了壩體材料在長期水力作用下的老化與變形情況。大壩設計過程中引入了細致的滲流分析，使用精確的排水設計并保證壩體與壩基之間的水力接觸不會對大壩結構穩定性造成負面影響。

2.2"穩定性分析模型與計算方法

龍灘水電站大壩的穩定性分析使用了極限平衡法、有限元法和滲流分析3種主要計算方法并保證全面評估大壩在復雜工況下的安全性。極限平衡法主要用于評估大壩抗滑和抗傾覆穩定性。借助計算壩體的滑移力矩和抗滑力矩之比，得到安全系數[2]。抗滑安全系數的計算公式為：

（1）

式（1）中：為壩體的抗滑力矩；為外部力矩。若"gt;1，壩體穩定；若"lt;1大壩存在滑移風險。

有限元法用于分析壩體的應力、應變和變形，尤其適用于復雜壩體結構和多因素影響下的穩定性計算。

在大壩結構分析中，使用三維有限元模型，考慮混凝土材料的非線性特性，以及壩體與基礎的接觸面。借助此模型可以得到壩體在不同工況下的應力分布和變形模式，為大壩的穩定性評估提供重要依據。

滲流分析使用有限差分法（Finite"Difference"Method）與有限元法（Finite"Element"Method）相結合的方式，借助求解滲流方程：

（2）

式（2）中：為水流密度；為滲透系數；為水頭；為梯度算符。該方程用于模擬壩體內部和基礎的水流路徑，評估滲流對壩體穩定性的影響。

3龍灘水電站大壩安全監測數據分析與評估3.1"監測數據采集與處理

龍灘水電站大壩的安全監測體系中監測數據的采集與處理是確保實時安全評估的基礎。監測系統為實現高效的數據采集使用了自動化和遠程監測技術，結合無線數據傳輸和集中控制系統并保證了數據的實時性、可靠性和完整性[3]。監測系統的核心包括布設在壩體、壩基、壩頂以及周邊環境的各類傳感器，涵蓋了變形、應力、滲流、水位等多個關鍵參數。

數據處理部分對采集的數據進行預處理，包括去噪、平滑、插值和誤差修正等步驟。噪聲和異常值的去除是保證數據質量的第一步[4]。數據借助專用的數據分析軟件進行統計處理，轉換成符合工程分析要求的格式。結合已有的設計模型與監測數據借助有限元分析、極限平衡法等方法進行綜合評估[5]。數據處理過程還需對各個監測點的時間序列進行對比分析以確認數據的連續性和一致性。數據處理的最后階段，監測系統會對比歷史數據來分析大壩的變形趨勢和應力分布，進行實時診斷并提供安全預警。

3.2"數據質量控制與誤差分析

龍灘水電站為確保數據的可靠性建立了嚴格的數據質量控制體系，涵蓋傳感器校準、數據采集、傳輸、處理和存儲等環節。數據采集環節所有傳感器均借助定期校準來消除系統偏差，保證其在長期運行中的精度和穩定性[6]。傳感器的校準依據標準規范進行并保證各傳感器的測量精度符合要求。應力應變監測中應力計需要定期校準以確保測量值的準確性。變形監測中，水準儀和光纖傳感器在不同水位下進行交叉驗證以消除水位波動對測量結果的影響。校準后的傳感器能夠有效避免由于設備老化或環境變化導致的測量誤差。數據的處理階段使用先進的信號處理算法對原始數據進行濾波和去噪，消除由于溫度、濕度等環境因素引起的干擾。對于因設備故障或通訊問題產生的異常數據進行誤差修正。

3.3"穩定性評估與安全性判定

穩定性評估過程中變形監測數據被用來計算壩體的沉降量和傾斜角度，結合設計標準對比，確定壩體是否處于安全變形范圍內[7]。應力應變監測結果則用于評估壩體在不同工況下的受力狀態并保證壩體不會發生塑性變形或局部破壞。應力值的計算公式為：

式（3）中：為應力；為作用在壩體某部位的力；為受力截面面積。借助滲流模擬和水力學分析，可以評估壩基的滲透性及水位變化對大壩安全性的影響。滲流分析公式為：

式（4）中：為滲流量；為滲透系數；為滲流面積；為水頭差；為滲流路徑長度。借助計算滲流量與水頭差，可以判斷壩體是否存在過高的滲流風險。監測數據分析，見表1。

4結語

龍灘水電站大壩的穩定性和安全性分析表明，整體監測系統和技術手段有效保障了大壩的長期安全運行。大壩在設計范圍內運行穩定。壩體的變形量、應力分布和應變值均未超過安全閾值且變形監測和應力應變數據均符合設計要求。滲流監測結果雖然顯示壩基滲流量略有增加但仍在可控范圍內。數據質量控制體系確保了監測數據的準確性和可靠性，誤差修正和數據處理方案有效消除了外部干擾因素。綜合評估結果表明，大壩整體穩定性良好且符合長期運行要求，需進一步加強壩基滲流的監測并保證大壩在極端工況下的安全性。

參考文獻

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