某水库大坝表面变形观测数据分析_王永伟.pdf

河南水利与南水北调 2023年第2期工程建设与管理某水库大坝表面变形观测数据分析王永伟（婺源县水利局，江西 婺源 333200）摘要：以江西省婺源县清华水库为例，在概述水库运行概况的基础上对水库大坝表面变形原型观测系统设置展开分析，并结合实测资料对水库大坝水平位移、沉降位移及伸缩缝变形展开分析评价。结果表明，水库大坝水平位移、沉降位移均较小，大坝自2010年除险加固以来基本处于稳定运行状态。关键词：清华水库；大坝；水平位移；沉降位移；变形观测中图分类号：TV6文献标识码：A文章编号：1673-8853（2023）02-0081-02Analysis of Surface Deformation Observation of a Reservoir DamWANG Yongwei（Wuyuan County Water Conservancy Bureau,Wuyuan 333200,Jiangxi）Abstract：Taking Tsinghua Reservoir in Wuyuan County,Jiangxi Province as an example,based on the overview of the operation ofthe reservoir,the prototype observation system of dam surface deformation is analyzed.Combined with the measured data,thehorizontal displacement,settlement displacement and expansion joint deformation of the reservoir dam are analyzed and evaluated.Theresults show that the horizontal displacement and settlement displacement of the reservoir dam are small,and the dam has basicallybeen in stable operation since 2010.Key words：Tsinghua Reservoir;dam;horizontal displacement;settlement displacement;deformation observation1水库概况清华水库总库容为1 672104m3，正常蓄水位120.60 m，相应库容872104m3，设计灌溉面积300 hm2，电站装机2 400 kW，多年平均电能760104kW h，属于中型水库。清华水库工程等别为等，大坝、溢洪道和引水隧洞等主要建筑物级别为3级，设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为500年一遇；泄水建筑物的消能防冲建筑按50年一遇洪水标准设计。水库设计洪水最大洪峰流量1 131.80 m3/s，相应水库洪水位 124.25 m，库容 1 456104m3；校核洪水最大洪峰流量 1 697.30 m3/s，相应水库洪水位125.65 m，库容1 672104m3。考虑到该水库建设历程较为曲折，历次施工可能存在质量问题，必须展开水库变形观测，以全面评价水库大坝安全状况，了解大坝运行性态，保证工程效益的充分发挥。2原型观测系统设置在该水库坝顶110#坝段依次设置16个测点，依次编号为C1C16，分别展开大坝水平位移、沉降变形观测。其中，水平位移观测采用J07-7806经纬仪和视准线法。各测点均从2010年5月1日开始按照3个月/次的频率观测；观测结果向下游位移为正，以向上游位移为负。沉降变形观测采用TCA-2003型电子全站仪，从2009年12月10日开始按3个月/次的频率展开沉降变形观测，并按照二等精密水准测量。伸缩缝变形观测测点编号为F1F18，其中F1F9设置在坝顶，F10F18设置在坝体灌浆廊道，于2010年1月10日展开，观测频次仍为3个月/次，观测结果正值表示坝段伸缩缝张开，负值表示闭合。3观测结果分析3.1水平位移观测结果分析结合该水库大坝水平位移观测资料（见表1），对其水平位移变动趋势规律、变化特点及影响因素展开分析。引起水库大坝水平位移的原因很多，而库水位对水平位移量的影响最大。根据表中观测结果，2010年5月1日库水位为120.21 m，2011年4月27日库水位升高至120.28 m，C4测点处累计位移量从0.50 mm减小至0.30 mm；C10测点处的累计位移量从0 mm增加至-0.20 mm，C15测点处累计位移量从0.20 mm增加至0.30 mm。随着库水位的上涨，坝体土孔隙部分充水，引发坝体整体向下游位移；而随着库水位的下降，土体内水分释放，在重力作用下，土体颗粒固结，坝体也整体向上游位移。大坝蓄水后在水压力的作用下坝体各部位同时出现向上游和下游的位移，但位移量均不大。3.2沉降位移观测结果分析根据表2中实测沉降位移观测资料，坝顶累计沉降随时间的推移而呈增大趋势，背水坡坝顶C3测点累计变形量最大，达到64 mm；且大坝沉降主要集中在坝体中部坝高较高位置。沉降观测结果基本满足规范要求，两岸坝肩因坝体高度小，沉降作者简介：王永伟（1982.12），男，工程师，主研方向：水利工程。81河南水利与南水北调 2023年第2期工程建设与管理表1水库大坝水平位移观测结果表观测日期2010-05-012011-04-272012-05-032013-04-292014-04-302015-04-272016-04-282017-05-012018-05-022019-04-252020-04-242021-04-262022-04-21库水位/m120.21120.28120.29117.48111.26118.84117.08111.29113.08118.27120.21119.06115.04累计水平位移量/mmC1-0.30-0.40-0.60-0.60-0.60-0.50-0.40-0.30-0.30-0.30-0.10-0.10-0.10C2-0.20-0.20-0.30-0.20-0.20-0.20-0.30-0.30-0.10-0.10-0.10-0.10-0.10C3-0.20-0.30-0.300.200.400.3000-0.10-0.10-0.10-0.10-0.10C40.500.300.300.300.300.400.400.400.400.400.400.300.30C50.10-0.10-0.10-0.10-0.10000.100.20-0.20-0.10-0.10-0.10C6-0.20-0.10-0.100-0.30-0.30-0.10-0.10-0.30-0.40-0.40-0.30-0.30C7-0.20-0.50-0.50-0.90-0.90-0.90-0.90-0.90-1.00-1.00-1.00-1.00-0.90C80.500.600.800.400.400.400.400.400.500.500.500.400.30C90.200.100.200.600.600.600.600.600.700.500.500.500.60C100-0.20-0.100.400.400.400.200.200.200.500.500.700.50C110-0.30-0.30-0.30-0.30-0.30-0.20-0.10-0.10-0.10-0.10-0.10-0.20C120.300-0.300.400.400.400.400.400.300.300.300.300.40C13-0.40-0.40-0.40-0.50-0.50-0.50-0.50-0.50-0.40-0.40-0.40-0.40-0.40C14-0.200-0.10-0.20-0.20-0.20-0.80-0.70-0.70-0.70-0.60-0.60-0.60C150.200.300.300.2000-0.10-0.30-0.20-0.10-0.10-0.10-0.10C160.400.400.400.400.300.300.300.300.300.400.400.400.40表2水库大坝沉降位移观测结果表观测日期2009-12-102010-12-082011-12-122012-11-282013-11-202014-12-012015-12-082016-12-202017-12-242018-11-252019-11-292020-12-102021-12-04库水位/m121.05120.61120.89118.61111.12121.52114.66117.08114.21118.75120.21119.30115.21累计沉降位移量/mmC12568412101-4218240C23541081118861029055C3354591119141017341264C44426710171161027661C545122981-4-315-848C6144-1-110-9-533-635C7-100-1-4-41-6-448-140C800516-48-1210161055C9-2-33-90-1-1-9-408145C10-2-3-4-8-6-8-9-17-12-12-4-148C11094-6-4-12-14-22-18-20-11-10-12C12-615-10-5-9-10-14-8-15-1030C13-252-8-1-12-12-18-20-13-7-85C14-3-2-7-10-2-6-13-16-12-25-8-610C15-2-2-8-9-1-6-10-20-31-28-10-108C16-7-3-3-7-4-5-15-18-29-26-8-44也较小。沉降位移量与库水位存在密切关系，随着库水位降低，坝体水逐渐排出，土体颗粒间孔隙增大，在受到坝体自重作用后发生垂直向下的沉降固结，使坝体向下游向位移。而随着库水位的升高，水渗入后充满土体颗粒孔隙，土体浮容重小于其湿容重，故受到浮力作用后土体体积膨胀，坝体向下游向位移。大坝沉降位移量与填土高度存在密切关系，填筑高度越大，累计沉降量也越大；且坝顶沉降量明显比两侧边坡沉降量大。3.3测缝仪观测结果分析结合测缝仪观测结果，将各测点当日测值和库水位绘制为过程线，通过分析看出，不同测点相对位移过程线表现处周期性波动趋势，因实测温度资料缺失，过程线峰值一般出现在1-2月份，谷值多出现在8-9月份。主要原因在于1-2月份气温较低，浆砌石重力坝收缩，坝段间相对位移增大；而8-9月份气温升高，坝段间相对位移减小；伸缩缝测值变化与库水位无明显相关性。因环境温度对坝顶浆砌石影响更大，所引发的混凝土膨胀及收缩程度也较大，故位于坝顶的F1F9测点测值变幅较大，而位于坝体灌浆廊道的F10F18测点测值变幅较小；各测点观测结果年变幅较为平缓，无明显的增减趋势，各坝段伸缩缝开合变化稳定；坝体伸缩缝最大测值0.48 cm出现在2017年1月10日，当前伸缩缝张开幅度不大，不影响大坝分缝止水。4结语大坝变形观测资料表现出较好的规律性，运行期间大坝土体逐渐固结引发坝体沉降，且沉降量与填筑高度直接相关，但这种沉降位移量均在允许范围内。大坝内外部变形监测结果所反映的大坝变形过程及趋势基本一致，表明所得出的表面变形观测结果真实可信。大坝运行处于稳定状态，只需开展日常监测即可；此外，为保证数据快速、准确、自动采集和及时分析处理，应尽快构建大坝安全自动监测系统。参考文献：1 杨敏刚，李战备，张金杰.运行期水库大坝变形监测系统常见问题与改进建议 J.大坝与安全，2017（2）：18-21+27.收稿日期：2022-11-10编辑：雍友玉82