江垭碾压混凝土坝无应力变形统计模型分析.pdf

第 4 9卷第 4期 2 0 1 3年 4月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 GA】惦U WAT E R RE S OUR C E S A ND HY DR OP 0WE R 1 1 巳 c HNO LOGY Vo 1 4 9 No 4 Ap r ， 2 0 1 3 设计与研究 江垭碾压混凝土坝无应力变形统计模型分析 乔国龙 ， 夏在森， 杨建喜 ， 于小苇 ( 辽宁西北供水有限责任公司， 辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 0 ) 摘要： 无应力变形分析是大坝安全监测资料分析的基础。文章以江垭大坝无应力变形实际监测资料为依据， 通过温 度和时效因子的选择建立无应力变形的统计模型， 进而对模型的各个分量进行分析， 得 出江垭大坝 目前无应力变形 的状态。 关键词： 江垭碾压混凝土坝； 无应力变形； 变形监测； 统计模型 中图分类号： T V 6 4 2 2 文献标志码： A 文章编号： 2 0 9 5 0 1 4 4 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 2 3 0 3 1 前言 监测统计模型是一种根据已取得的监测资料 。 以环境量作为 自变量 ， 以监测效应量作为因变量 ， 利 用数理统计分析方法而建立起来的。 定量描述监测 效应量与环境量之间的统计关系的数学方程。统计 模型以历史实测数据 为基础 。 基本上不涉及到大坝 的结构计算分析 ， 因此 ， 它本质上是一种经验模型。 大坝监测效应量主要有变形类 、 应力类和渗流 类效应量 ， 其 中变形和应力类效应量统计模型结构 形式一致 ， 渗流类效应量统计模 型结构形式略有 区 别 。 主要以江垭大坝 8 坝段 9个测点无应力变形实 测资料为依据 ， 运用逐步 回归模型对其实测资料进 行分析。 2因子选 择 无应力计测值包括混凝土 自生体积变形、 混凝 土温度及湿度变形 ， 本文假定混凝土内部湿度变形 8 = O ，混凝土 自生体积变形在统计模型回归分析中 可 以用时效变形分量来模拟。因此 ， 采用下式来建 立无应力计测值统计模型： 占= + 式 中： 一常数项 ； 占 无应力计应变测值 ： 6 广一 无应力计温度测值 ； 一 无应力计测值的时效分量。 根据江垭 8 坝段无应力变形实测资料对 比分 析 ， 其 自动化监测资料基本上能反应江垭 大坝无应 力变形的变化规律， 考虑到自动化观测频次较高， 测 值丰富， 因此对这些测点均采用 自动化观测成果建 立统计模型。 ( 1 ) 温度 因子 在无应力计实测资料 中。每个无应力计都配套 埋设温度计 ， 并且温度计 自动化测值丰富， 能够较好 的反应坝体 内部温度变化状况 ，可以用温度计实测 温度值作为温度 因子建模 。因此 ，温度分量 的构成 形式可表示为 ： 5 、 6 6 0 十 6 f i = 1 式 中： 6 时刻的温度统计分量； 时刻温度测点的温度实测值 ； 6 回归常数 ； 6 广一 回归系数。 b o , b 均由回归分析确定 ， 温度因子个数取 5 。 ( 2 ) 时效因子 时效分量是一种随时间推移而朝某一方 向发展 的不可逆分量 。 它主要反映坝体材料徐变 、 坝基岩石 蠕变、岩体节理裂隙以及软弱结构在水压力等荷载 作用下 的压缩和塑性变形对监测效应量的影 响， 其 成因比较复杂。 大量理论研究和实例分析表明 ， 时效 分量的变化一般与时间呈 曲线关系 。 可采用对数式 、 指数式 、 双曲线式、 直线式等表示 。在建立监测统计 模型时 可根据具体情况预置一个或多个时效 因子 参与 回归分析 。 根据定性分析结果 ， 在充分考虑和研 究可能的时效 因子形式 的基础上 ， 通过综合分析 ， 取 4种因子形式 ，即 l l = t 1 、 ， 2 = l I ( t l + 1 ) 、 I 3 = l n ( t l + 1 ) 、 厶 = t l ， 其 中， t l = ( t - t o ) 3 6 5 = ( 观测 日序值一 基准 日序值 ) 3 6 5 。基准 日取为江垭大坝蓄水 日期( 1 9 9 5年 7月 1 日) ， 即 8 e = c 1 1 + c 2 I t l I ( t 1 + 1 ) + c 3 1 n ( t 1 + 1 ) + c 4 t 1 收稿日期： 2 0 1 3 0 4 0 7 作者简介： 乔国龙( 1 9 8 5 一 ) ， 男， 山东德州人 ， 助理工程师， 硕士， 主要从事水利工程建设与管理。 2 3 2 0 1 3年第 4期 甘肃水利水 电技术 第 4 9卷 显著性水平取 = 0 0 5 ， 引 、 剔 因子 的 F统计量 为 3 0 。建模时段取为 2 0 0 5 2 0 0 8年期 间的监测资 料系列 。在建模之前 。 先对测值的可靠性进行了分 析和检验 ， 并剔除了明显的粗差。 3 模 型分 析 对 8 各个测点非应力应变分别建立统计模型 。 各测点统计模型构成见表 1 ，模型的拟合情况见表 2 。 部分测点统计模型拟合分量变化过程线见图 l 3 。 表 1 8 非应力变形统计模型方程组构成 日期 图 1 N 越测点非应力变形统计模型分量过程线 日期 图 2 N 盯测点非应力变形统计模型分量过程线 2 0 0 4- 0 8 2 0 0 5 0 4 2 0 0 5 1 2 2 0 0 6 -0 8 2 0 0 7 04 2 0 0 7 - 1 2 2 0 0 8 -0 8 日 期 图 3 N 测点非应力变形统计模型分量过程线 3 1 模型质量 ( 1 )复相关系数 在多元 回归分析中。复相关系数是衡量某一变 量与由多个变量线形组合后 。对该变量作估计的变 量之间线形关系密切程度的量 。或表征由多个变量 作某一变量 的回归时的回归方差与该变量的方差的 第 4期 乔 国龙 ， 等 ： 江垭碾压混凝 土坝无应力变形统计模型分析 第 4 9卷 比例。因此 ， 复相关系数越接近 1 ， 回归效果就越好 ， 因此 它可以作为检验总的回归效果 的一个指标。 从表 2可以看 出。 8 坝段 9个测点非应力变形 统计模型中。复相关系数 R在 0 9以上的有 5个测 点 ； 0 8 0 9之间的有 3个测点 ； 0 7 0 8之间有 1 个 测点 ； 最大值为 0 9 9 1 ( N 8 。 ) ， 最小值为 0 7 3 2 ( N 8 6 ) 。 总体看来 ， 8 各个测点统计模型质量较好 。 能够较好 的反应该坝段的非应力应变的变化规律 。 ( 2 ) 在线性回归分析中，真实值和估计值之间 的差称为残差 ( 或者剩余量) ， 所有预测值的残差平 方的和叫做残差平方和( 或者剩余平方和) ， 剩余标准 差 就是剩余平方和的开平方。人们通常用剩余标准 差 S来表示预报值的精度 ， S越小 ，因变量值随机波 动范围越小， 用所建立的回归方程做预报越精确。 从表 2可以看出， 8 坝段 9个测点统计模型中， 全部测点剩余标准差均在 4以下 。 最大标准差 3 6 1 ( N 盯 ， 最小标准差 1 3 9 ( N 8 5 ) 。各个测点统计模型剩 余标准差均不大 ， 能够较精确的做预报。 3 - 2 温度分 量 ( 1 ) 8 坝段各测点均入选 了温度因子 ，温度分 量所 占比例大部分在 2 0 以上。最小 比重为 1 6 6 ( N 。 。 ) ， 最大比重为 8 5 2 ( N 盯 ) 。从温度分量的大小 来看 ， 温度变化对江垭重力坝非应力变形影响较大。 ( 2 ) 温度因子的回归系数为正 ，表明坝体混凝 土呈现膨胀变形， 回归系数为负 ， 说明坝体混凝土呈 现收缩变形。这符合坝体混凝土受热胀冷缩影响的 基本变化规律。 ( 3 ) 从温度分量过程线看 ，大部分测点温度变 形呈现有规律的波动现象 ， 主要原 因是随着季节 的 不同， 温度变化具有一定的周期性 ， 导致温度变形呈 现一定的周期性 ， 埋设在距离坝体表面越近的无应 力计 ， 其温度应变周期性变化越明显 ， 坝体内部无应 力计温度变形周期性变化相对较小。 3 3 时效 分量 ( 1 ) 8 各测点统计模型均人选 了时效 因子 ， 即 各测点非应力应变均存在时效变形 ， 即 自生体积变 形和湿度变形。时效变形所 占的比重较大 ， 大部分 测 点时效 分 量所 占比重 大 于 2 0 。最 小 比重为 1 4 7 ( N 8 7 ) ， 最大比重达到 8 3 5 ( N 8 1 ) 。 ( 2 ) 从时效分量过程线来看 ，大部分混凝土 自 生体积变形为趋势性递增膨胀变形 。 少数测点混凝 土 自生体积呈收缩变形 。对于趋势性递增膨胀 的自 生体积变形 。其平均发展速度第一个月约占当前总 变形的 2 0 ， 其后速度逐渐变慢。 坝踵部位元应力计 测得的自生体积变形一般小于其他部位的 自生体积 变形 ，埋设部位搞成低的无应力计所测得的 自生体 积变形较小。 目前 ，部分坝段混凝土 自生体积变形 仍未达到稳定 。 ( 3 ) 8 统计模型显示无应力计实测非应力变形 时效分量大部已经趋于稳定 只有- J , 部分仍然处 于微小的膨胀或收缩状态 ，主要原因是现场的实际 环境变化比实验室模拟 的情况更加复杂 ，影响因素 更多如湿度变化对统计模型时效分量的影响等。 4结语 按照混凝土坝应力应变的一般规律性 江垭重 力坝非应力变形的时效分量应基本趋于稳定 。综合 上述对非应力变形统计模型温度分量和时效分量 的 分析 ， 本次建模分析认为， 温度变形已经基本趋于稳 定 ， 并且随着季节的变化表现出一定 的周期性变化 ， 这符合混凝土热胀冷缩的基本规律 ；大部分测点时 效分量已经基本趋于稳定 ，说明混凝土 自生体积变 形 已经基本趋于稳定 。但由于现场湿度变化等影响 因素比较复杂，所以部分测点时效分量呈现微小的 变化，同样符合混凝土时效分量的基本规律。总体 来看 ， 非应力变形变化 比较均匀 ， 基本上没有发生很 大突变的现象 。其膨胀变形和收缩变形也在规范规 定的范围内， 因此 ， 江垭重力坝非应力应变统计模型 成果表明大坝混凝土非应力变形状态正常 。没有发 现明显的异常现象。 参 考文 献 ： 1 吴中如 水工建筑物安全监控理论及其应用 M 北京： 高 等教育出版社， 2 0 0 3 2 李珍照 大坝安全监测 M 北京 ： 中国电力出版社， 1 9 9 7 3 周科志， 张朝康 浅谈我国碾压混凝土筑坝技术特点E J 四川水力发电， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 3 ) ： 9 3 9 5 4 薛桂玉 碾压混凝土坝无应力变形分析研究 D 武汉： 武 汉水利电力大学， 1 9 9 1 5 魏朝坤 大体积碾压混凝土E ta 北京： 水利电力出版社 ， 1 9 9 0 嗣 意 愿 壁 25