混凝土坝变形过程及监控指标研究.pdf

2 0 1 6 年第 2 期 水利规划与设计 科 研管 理 DOI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 6 0 2 01 9 混凝 土坝变 形过程及 监控指标研究 于 君 ( 新 疆塔里木河流域阿克苏管理局 ，新疆 阿克苏 8 4 3 0 0 0 ) 摘要 ：通过对某水利枢 纽混凝 土重力坝监测资料的分析 ，建立 了混凝 土坝位移监控模 型。对典型坝段 水平位 移的 监控指标进行 了拟定 ，并运 用 K S法对坝顶水平位移监测样本进行 了检验 。得 出典型坝段 向下游和上游方 向水平 位移的 限定值 ，为判定 大坝所处的状态提供 了相关依据 。对预 防事故 、杜 绝安 全隐患具有至关重要的作用 。 关键词 ：监测 ；位移 ；模型 ；指标 中图分类号 ：T V 6 9 8 1 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 2 2 4 6 9 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 0 5 2 0 2 大 坝 出 现安 全 事 故 ，将 造 成 不 同程 度 的损 失 。 。大坝失事破坏往往是缓慢 发生的，因此通 过监测系统来掌握大 坝的工作状态 ，对预防事故 、 杜绝安全隐患，具有至关重要的作用。对大坝进行 安 全监测 就 需要从 以 下 四个 方 面人 手 ： ( 1 ) 原 型 观 测资料正分析，主要依据实测资料建立数学监控模 型 ；( 2 ) 观测资料反分析 ，用正分析 的结果 ，按 照 理论分析 ，反演出坝体和坝基材料的相关参数和结 构的特性 ；( 3 ) 反馈分析 ，在前面两项分析的基础 上 ，找出规律和相关信息 ，反馈到设计、施工和运 行管理中，实现优化设计和施工、促进科学运行管 理的 目的；( 4 ) 根据上面 的分析，利用计算 机和软 件 ，依据前面观测 和分析的成果 ，结合领域 内相关 专家的经验对大坝设计、施工及运行管理进行全面 的分析和评价 。通 过对大坝监测资料进行分析 ， 可以建立监控模型，拟定监控指标 ，并可以对大坝 设计时的各种物理力学参数和相关模型进行反演 分 析 ，可 以有 效地 对 大坝建 成后 的运 行 状 况 和变 化规 律进行预测和监控。 1 工程概况 某水利 枢纽 由主 坝 、副 坝、开 敞式 溢 洪 道 、 左岸输水建 筑物和地 下发电厂房 、右岸船 闸等建 筑物组成。主坝 为混凝 土重 力坝 ，坝高 1 1 3 0 m， 坝顶 长 3 0 5 5 m、宽 7 0 m，最 大 坝 底 宽 8 4 5 r n 。 坝顶 高程 1 7 9 0 m，正常 蓄水位 1 7 3 0 m，相 应库 容 1 1 2 2亿 I 11 ，校核 洪水 位 1 7 7 8 m，相应 库 容 52 2 0 3 5亿 m 。坝址两岸 山体呈对称 “ V” 型 ，山体 浑厚 ，坡度 2 5 。 4 5 。 ，岩性为 黑云母花 岗岩 ，无 规模 较 大 不 良地 质 构造 发 育 ，区域 地 质 构造 较 稳 定 。 2混凝土坝位移监控模 型 根据该混凝土坝的垂线 自动监测资料 ，按照坝 体水平位移 向下 游为正 ，垂线 编号采用 P L表示 ， 测点用垂线 P L和高程确定 ，如 P L 2 ( 1 4 0 0 m) 表示 正垂线 P L 2上 高程 1 4 0 0 m 处测 点 的位移 值 。 首先选取 P L 2 ( 1 4 0 0 m) 和 P L 5 ( 1 7 9 0 m) 来 研究大 坝顺 水 流方 向 的 位 移 的变 化 规 律 。其 结 果 如 图 1 、 图 2所示 。 图 1测点 P L 2 ( 1 4 0 O m) 的水 平位移 变化 过程线 从图 2和图 3可以看出，顺水流方 向大坝水平 位移与库水位呈正相关性 ，库水位高时，向下游位 移增大 ，库水位降低时 ，向下游水位减小 ，当水位 收稿 日期 ：2 0 1 5 1 1 - 2 7 作者简介 ：于君( 1 9 6 7年一 ) ，女 ，工程师。 科研管理 水利规划与设计 2 0 1 6 年第2 期 一 l V 长 图 2测点 P L 5 ( 1 7 9 0 m) 的水平位移变化过程线 低至一定高度 ，水平位移会 向上游方 向开始增大。 气温的变化也对大 坝位移有影 响，大体呈 负相关 性，气温高时 ，向上游方向位移变大 ，气温低 时向 下游方向增大。结合水位和气温的影响可以得出 ， 在气温较高、水位较低时 ，大坝向下游 的水平位移 最小 ；当气温较低 ，水位较高时，大坝向下游 的水 平位移最大。 根据上面的分析 ，大坝向下游方向的水平位移 主要与水库水位 、气温 和时 间等 因素有关。因此 ， 采用水压分量、气温分量和时效分量 ，通过理论和 经验公式进行 回归分析 ，选取 P L 5( 1 7 9 0 m) 监测 点的监测数据 ，采用逐步回归法 ，得出了如图 3所 示的水平位移统计模型拟合过程线。 图 3 测点 P L 5 ( 1 7 9 O m) 的水平位移统计模型拟合过程线 由图 3可以看出，水平位移统计模 型的拟合值 与实际监测值较接近 ，相关 系数为 0 9 6 6 ，拟合效 果好 ，精度可以达到预测 的需要。 3混凝土坝位移监控指标 该坝已建成运行十几年 ，根据监测资料 ，本次 采用典型小概率法对典型坝段的水平位移的监控指 标进行拟定 。选择典型坝段每年水平位移的最大值 和最小值作为监测样本，见表 1 。 本次运用柯尔莫哥洛夫 斯米尔 洛夫检验法 即 K S法对表 1中的数据进行检验 。K s法的基本 原理 为 ： 表 1 坝顶垂线测点水 平位 移极 值统计表 ( 单位 ：m m) 年份 坝段 极值 2 0 0 9 2 01 0 2 0l 1 2 O1 2 2 01 3 2 0l 4 最大值 2 4 3 3 6 7 0 9 O 1 8 0 0 0 4 0 9 9 2样 最小值 一 8 6 4 9 1 4 6 9 2 6 8 6 7 1 6 8 1 7 最大值 3 3 9 2 8 4 3 8 6 3 4 6 1 9 6 2 5 O 4 # 最小值 一1 1 3 4 1 2 7 2 7 O 3 7 4 3 8 1 6 8 9 5 注 ：水位 位移 向 F 瓣 为 正 ， 向 上将 为负 。 D= 一 m ax + J F n ( )一 ( ) J =m a x ( D )式( 1 ) 式 ( 1 ) 中：D 为 F ( ) 与 F 。 ( i ) 的最大差值 ；F ( ) 为经验分布函数 ；F 。 ( ) 为理论分布函数 。 当 DD( n ， ) 时 ，认为样本数据分布符合 ( ； ) ，D( n ，。 ) 为临界柯 尔莫哥洛夫值 。根据正态 分布 ，取显 著性水平为 0 0 5 ，则对应 的临界柯尔 莫哥洛夫值为 0 5 1 9 。 K - s法的原理是对 于每一个样本，均对其经验 分布和理论分布的偏差进行检验，而不是采用分区 抽样检测两者之间偏差的方法，因而其检测结果较 为准确 。对于 2 # 坝段水平位移最大值的平均值 为 一 0 2 2 8 ，标准差为 2 0 0 4 ，计算结果如表 2所示。 表 2 2 I ； 坝段年最大位移数据 分布情 况计算结果 年最大位移 频 次 累计频次 经验分布 理论分布 偏差 ( 1 n m) ( ( F) F ( ) F 。 ( ) D 一3 6 7 1 l 0 1 6 6 7 0 0 4 2 6 0 1 2 4l 一0 9 9 1 2 0 3 3 3 3 O 3 5 l 6 O 01 8 3 0 9 0 1 3 0 5 0 0 0 0 3 6 8 4 0 1 31 6 0 0 4 l 4 0 6 6 6 7 0 5 3 7 4 O 1 2 9 3 1 8 0 1 5 0 8 3 3 3 0 8 4 4 7 0 O1 1 4 2 4 3 1 6 1 0 0 0 0 0 9 0 8 1 O O 91 9 由表 2可知，D=0 1 3 1 6D( 6 ，0 0 5 ) ，说明 坝顶位移最大值服从正态分布。根据其分 布情况 ， 可以 确 定 2#坝 段 坝 顶 水 平 位 移 的 监 控 指 标 为 3 0 6 8 mm。 对 于 2#坝 段 水 平 位 移 最 小 值 的平 均 值 为 一 7 8 1 5 ，标准差为 0 8 8 5 ，计算结果如表 3所示 。 由表 3可知 ，D=0 1 5 7 7D( 6 ，0 0 5 ) ，说明 坝顶位移最小值服从正态分布。根据其分布情况可 以确 定 2#坝 段 坝 顶 水 平 位 移 的 监 控 指 标 为 一 9 2 70 mm 。 对于 4#坝 段 水 平 位 移 最 大 值 的 平 均 值 为 2 0 5 5 ，标准差为 2 2 8 0，计算结果 ( 下转第 5 8页) 5 3 0 m 2 0 1 6 年第 2 期 水利规划与设计 科研 管理 7 蒋云 波项 目档 案管 理 的 现状 与 对 策 J 云 南档 案 ，2 0 0 1 ( 0 2 ) ： 2 3 2 4 8 1王丽浅谈 档案管 理工作 的重要性 J 科技信 息 ， 2 0 1 0 ( 2 3 ) ： 2 4 2 十2 2 0 9 杨 昕馨水利工程档案管理工作 刍议 J 水利技 术监督 ， 2 0 1 3 ( O 1 ) ： 6 4 6 5 1 0杨丽君提高 人 员 素 质做 好 档案 管 理 工作 J 兰 台 世 界 ， 2 01 3( S 3)：1 8 ( 上 接第 5 3页 ) 如 表 4所 示 。 表 3 2 # 坝段年最小位移数据分 布情 况计 算结果 年最小位移 频次 累计频次 经验分布 理论分布 偏 差 ( mm) ( _厂 ) ( ，) F ( ) F 。 ( ) D 一 9 1 4 1 1 O 1 6 6 7 0 0 6 7 2 0 0 9 9 5 8 6 4 1 2 0 3 3 3 3 O 1 7 5 6 O 1 5 7 7 8 1 7 1 3 0 5 0 0 0 0 3 44 2 0 1 5 5 8 7 1 6 1 4 0 6 6 6 7 0 7 7 0 4 0 1 0 3 7 6 9 2 l 5 0 8 3 3 3 0 8 4 4 1 0 01 0 8 6 8 6 1 6 1 0 0 0 0 0 8 59 7 0 1 4 0 3 表 4 4 # 坝段年最大位移数据分布情 况计算 结果 年最 大位移 频次 累计频次 经验分布 理论分布 偏差 ( mm) ( ， ) ( F) F ( ) F 。 ( ) D 一2 8 4 1 l 0 1 6 6 7 0 0 1 5 9 0 1 5 0 8 1 9 6 1 2 0 3 3 3 3 0 48 3 4 0 1 5 0 1 2 5 O 1 3 0 5 0 00 0 5 77 4 0 0 7 7 4 3 3 9 1 4 0 6 6 6 7 0 7 2 0 9 0 0 5 4 2 3 4 6 1 5 0 8 3 33 O 7 3l 1 0 1 0 2 2 3 8 6 1 6 1 0 0 0 0 0 7 8 5 7 0 2 1 4 3 由表 4可 知 ，D=0 2 1 4 3D( 6，0 0 5 ) ，说 明 坝顶位移最大值服从正态分布。根据其分布情况可 以 确 定4#坝 段 坝 顶 水 平 位 移 的 监 控 指 标 为 5 8 0 5 ram。 对 于 4#坝 段 水 平 位 移 最 小 值 的 平 均 值 为 一 9 2 7 2 ，标准差为 2 0 7 9 ，计算结果如表 5所示。 表 5 4 # 坝段年最小位移数据分布情况计算结果 年最小位移 频次 累计频次 经验分布 理论分布 偏差 ( mm) ( ， ) ( F) F ( 。 ) F 。 ( ) D l 2 7 2 1 l 0 1 6 6 7 0 0 4 8 6 O 1 1 8 1 1 1 3 4 l 2 0 3 3 3 3 O 1 5 9 9 0 1 73 4 8 9 5 1 3 0 5 0 0 0 O 5 61 5 0 O 6l 5 8 1 6 1 4 0 6 6 6 7 0 7 0 3 6 0 0 3 6 9 7 4 3 l 5 0 8 3 33 0 8 l 2 2 0 O 2 1 l 一7 O 3 1 6 I 0 0 0 0 0 8 5 9 6 0 1 40 4 由表 5可知 ，D= 0 1 7 3 4D( 6 ，0 0 5 ) ，说明 58 坝顶位移最小值服从正态分布。根据其分布情况可 以确 定 4#坝 段 坝 顶 水 平 位 移 的 监 控 指 标 为 一 1 2 91 2ram。 由上述计算分析可以得出，2 撑 典型坝段向下游 方 向的坝顶水平位移一般不应超过 3 0 6 8 ra m，且向 上 游 方 向 的 坝 顶 水 平 位 移 一 般 也 不 应 超 过 一 9 2 7 0 ra m；4 # 典型坝段向下游方 向的坝顶水平位 移一般不应超过 5 8 0 5 ra m，且向上游方 向的坝顶水 平位移一般也不应超过 一1 2 9 1 2 mm。 4 结语 本文通过对某水利枢纽混凝土重力坝监测资料 的分析 ，建立了混凝土坝位移监控模型 ，水平位移 统计模型的拟合值与实际监测值较接近 ，拟合效果 好 ，精度可以达到预测 的需要。通过典型小概率法 对典型坝段的水平位移的监控指标进行了拟定，选 择典型坝段每年水平位移的最大值和最小值作 为监 测样本 ，并运用 柯 尔 莫 哥 洛 夫一 斯 米 尔 洛 夫检 验 法对 2 0 0 92 0 1 4年坝顶水 平位移 监测 样本 进行 了检 验 ，监 测样 本 均 服 从 正 态分 布 规 律 ，得 出 典型坝段 的 向下 游 方 向 和 向上 游方 向 的水平 位 移 的限定 值 ，为 判 定 大坝 所 处 的状 态 提供 了相 关 的依 据 。 参 考文 献 1 王伟，钟启明 ， 刘守华 ， 等 混凝土坝变形组合预报模型 的蛙跳 建模 方法 J 水利水运工程学报 ， 2 0 1 3 ( 0 2 ) ： 9 - 1 4 2 王建 ， 卢兆辉 ，路振刚混凝 土坝变形初值 反演及校准 J 水 利 学报 ， 2 0 1 2， 4 3 ( 1 0 ) ：1 2 2 3 1 2 2 9 3 张国新 ， 沙莎混凝土坝全过程 多场耦合仿真分析 J 水利水 电技术 ， 2 0 1 5 ( 0 6 ) ： 8 7 - 9 3 4 吕文丽碾 压混凝 土重力 坝整体三维仿真分析 J 水利规划与 设计 ，2 0 1 1 ( 0 3 ) ： 4 0 - 4 3 5 娄一青 ， 王林素 ，苏怀智 碾 压混凝 土坝层面渗流 变异特性 研 究 J 水利规划与设计 ， 2 0 1 1 ( 0 6 ) ： 5 6 5 8 6 王焰 驹碾压混凝土重力坝工程 中温度控 制施工技术 J 水利 技术监督 ，2 0 1 4 ( 0 2 ) ： 6 0 6 2 7 陈文华 ，帅辉 玲拉模 法在 溢 流堰 堰面 混凝 土 浇筑 上的应 用 J 水利技术监督 ， 2 0 1 4 ( 0 4 ) ： 5 5 5 7 8 彭圣军混凝土坝安全监控模型数值 优化及变位预 警指标研究 D 南 昌大学 ， 2 0 1 4